500kV输电线路金具断裂原因分析及处理措施

500kV输电线路金具断裂原因分析及处理措施
【摘要】输电线路的故障不但影响到人们的日常生活，也可能会造成极大的安全事故。

本文介绍了某线500kV输电线路较近发生的两起球头挂环断裂事故，分析了金具断裂的各方面因素，通过计算数据、仔细观察得出了金具断裂的原因，最后为预防相类似的事件提出了有效的处理措施。

【关键词】500kV输电线路；断裂；分析；处理措施
0.引言
在现代社会，高电压的输电线路是城市供电的主要方式，其不但输送的距离远，而且覆盖的面积广阔，是城市人们正常工作生活的保障。

但是，由于施工材料和质量不好，高电压输电线路会出现不同城的事故，这些事故影响了输电线路的正常运行，因此我们要通过分析来修理并预防此类事故发生。

下面以某线路两起球头挂环断裂故障为例进行讨论分析。

1.金具断裂原因
1.1设备运行情况
某500kV输电线路全长59.8km，全线单回路铁塔线路为东西走向。

发生球头挂环断裂的266号、267号塔分别位于某河两岸，塔型均为ZBK-80，导线型号为LGJJ-300/40，两基塔绝缘子串均为双挂点双串，266号塔垂直档距720m，267号塔垂直档距915m，断裂球头挂环型号为QP-16，是20世纪80年代初产品。

1.2环境分析
该线266号、267号塔均属跨河高塔，线路走向都是东西走向。

根据常年风向统计，该段线路长年遭受风吹，在秋冬交替和冬春交替时，经常会发生导线随微风振动的情况，曾发生过覆冰舞动情况，覆冰厚度达到10mm，杆塔在该河附近，环境湿度较大，加快了金属部件的腐蚀。

1.3受力分析
为查找原因，组织有经验技术人员对线路各部件进行检查，发现500kV该线266号、267号塔均为大档距、大高差塔，导致双串绝缘子串出现倾斜图1所示。

1.3.1静荷载时受力情况
首先对球头挂环静荷载时受力进行垂直荷载和水平荷载分析计算。

a.266号塔球头挂环受力计算
球头挂环受力：
T=（M1+M2）×g=（5610.3+564.2）×9.8=60510N
式中T——球头挂环受力；
M1——导线质量；
M2——绝缘子串质量。

单联受力：
T1=0.7T=0.7×60510=42357N
球头挂环安全系数：
K=T3/T1=160000/42357=3.777
式中T3为球头挂环额定拉断力。

b.267号塔球头挂环受力计算
球头挂环受力：
T=（M1+M2）g=（6069.1+564.2）×9.8=65006N
单联受力：
T1=0.7T=0.7×65006=45505N
环头挂环的安全系数：
K=T3/T1=160000/45505=3.516
规程要求最大使用荷载情况下，金具的安全系数不应小于2.5。

由计算可见，可保证线路安全运行。

1.3.2线路覆冰时受力情况
当线路覆冰时对球头挂环受的垂直荷载和水平荷载进行校核，覆冰厚度按10mm计算。

266号塔球头挂环覆冰后受力：
T=（M1+M2+M3）×g=（5610.3+564.2+692.4）×9.8=67295.6N
式中M1——导线质量；
M2——绝缘子串质量；
M3——覆冰后冰的质量。

单串受力：
T1=0.7T=0.7×67295.6=47106.9N
安全系数：
K=T3T1=16000047106.9=3.39
267号塔球头挂环覆冰后受力：
T=（M1+M2+M3）×g=（5610.3+564.2+755.6）×9.8=67915N
单串受力：
T1=0.7T=0.7×67915=47540.9N
安全系数：
K=T3T1=16000047540.9=3.36
由计算结果可见，当线路覆冰时，金具的安全系数大于2.5，可保证线路安全运行。

1.3.3单串荷载增加到70%时受力情况
通过现场观察发现该串绝缘子运行时由于大档距和大高差的原因，绝缘子串双串倾斜，运行时将造成单串受力过大，同时还发现金具间受力角度不好造成金具接触过紧，通过金具间磨损痕迹发现，设计时考虑球头挂环自由度受到限制，造成舞动后金具受力增加，疲劳后受损，严重时发生球头挂环断裂。

266号、267号杆塔塔型均为ZBK-80，绝缘子串发生偏斜，因此造成266号塔小号侧绝缘子串和267号大号侧绝缘子串相对另一串绝缘子受力要大70%左右，常年在风力的作用下，加剧金具疲劳，遇有特殊天气和疲劳到极限时，可
能发生掉串情况。

1.4金属分析
为深入分析该线266号断裂球头挂环原因，将断裂金具进行相关金属检验。

1.4.1宏观检查
a.此次断裂为多源疲劳断裂，A处为主裂纹源，B处为次裂纹源。

裂纹源均在杆柱外表面。

b.断面分为3个区域，A、B处为裂纹源区，2、3处为疲劳区，4处为瞬断区。

2处的疲劳区占整个断口面积的近50%，该区域颜色较深，表面平滑，说明该区域开裂时间较长，是低应力下的高周疲劳。

3处的疲劳区可见明显贝纹线，此处裂纹扩展速度较2处明显加快，怀疑裂纹扩展到区域3时，运行工况发生较大变化，使应力幅度增大。

4处表面粗糙，为疲劳裂纹的失稳扩展区。

断口的裂纹源B附近外观几何形状不平滑，有几何凸起，容易形成较大的应力集中。

1.4.2金相检查
在主裂纹源A处将断口沿轴向剖开，进行金相分析，检验结果如下。

a.工件基体组织为铁素体+珠光体，组织状态未见异常。

b.在断口靠球头侧外表面存在许多细小裂纹，这些裂纹从镀锌层的外表面向内扩展，部分裂纹已扩展到基体内部。

裂纹在镀锌层内扩展呈弯曲形态，无法确定是穿晶扩展还是沿晶扩展，需进行进一步研究。

基体内裂纹较直，可确定为穿晶裂纹。

c.基体外表面存在约50μm的脱碳层。

1.4.3扫描电镜分析
a.镀锌层与基体结合不紧密。

b.裂纹源处附近存在微观缺陷。

1.4.4材质分析
用DV-6型定量直读光谱仪对断裂球头挂环化学成分进行分析，分析结果如表1所示。

发现其化学成分与GB699—1999《优质碳素结构钢》中的35号钢成分相符，含碳量比45号钢的要求低。

而按设计材质要求，此处球头挂环应采用45号钢，通过对厂家咨询，得知是由于制造工艺不良造成含碳量过低。

2.跳闸原因
a.500kV该线266号、267号塔均为大档距，大高差塔，导致双串绝缘子串出现倾斜，造成靠近外侧的金具受力过大，同时该倾斜也使直角挂板和球头挂环接触过紧，自由度受到限制，在常年风力的振动和舞动作用下，金具疲劳后受损，严重时发生球头挂环断裂，这是主要原因。

b.早期金具制造工艺不良，导致金具存在严重的球化不良、气孔及缩松等铸造缺陷，弱化了材料的基体组织，这也是造成球头挂环发生断裂的一个因素。

c.杆塔处在该河附近，常受风力作用，环境潮湿，加剧了金具的腐蚀和疲劳，这是金具断裂的外部原因。

3.防范措施及建议
a.对同期线路、相似地形的此类金具进行更换，并进行金具的抽样检查，发现问题及时更换。

b.线路发生舞动后要重点对大跨越、大高差线路金具和各部件进行检查，由于有些部位人眼观察非常不方便和狭窄，要利用一些无线视频检查装置进行检查，并保留检查影像，便于分析。

c.针对双串倾斜造成一串受力过大问题要在设计、施工、运行维护环节给予重视，在设计时给予避免，施工时给予调整，验收时给予重视，运行时给予处理。

d.对线路大跨越、大高差、重要跨越的铁塔受力金具采取高强度材质设计，同时设计的金具要符合现场运行情况。

e.采购金具时，要对设计材质和相关试验严格把关，做好抽样检查，避免使用不合格产品。

f.对大跨越、大高差的双串金具发生倾斜时，设计研究补偿调整，采用金具补偿的方式，使两串受力均匀，防止单串受力过大。

g.由于500kV输电线路经常发生覆冰舞动，对大跨越、大高差的杆塔金具进行抽样检测，主要进行金具检查及受力疲劳试验。

在允许情况下，对运行时间长的线路金具进行逐年更换。

h.提高对线路金属监督重视程度，加强对金属监督检查项目及标准的规范。

4.结语
总的来说，通过对500kV该线输电线路的266号、267号塔金具断裂原因的分析后，给出了相应的提升质量和预防的措施，相关人员和部门应该对此抱着重视的态度，适时进行检查和维修，预防事故的发生，确保供电线路能正常高效地
运行，为创造经济效益和社会效益做出贡献。

[科]
【参考文献】
[1]公维炜，田峰，王立新.输电线路金具抱箍断裂原因分析[J].内蒙古电力技术，2012（06）.
[2]刘敏.500kV输电线路雷击跳闸原因分析及防范措施[J].华东科技，2013（7）.。