500kV超高压输电线路架空地线频繁断股原因分析

500kV超高压输电线路架空地线频繁断股原因分析
发表时间：2019-10-11T17:28:13.853Z 来源：《云南电业》2019年4期作者：谢家文[导读] 近年来，我国的500kV超高压输电线路建设有了很大进展，其架空地线断股现象也常有发生。

（中国南方电网超高压输电公司南宁局广西南宁 530000）摘要：近年来，我国的500kV超高压输电线路建设有了很大进展，其架空地线断股现象也常有发生。

某500kV超高压输电线路架空地线频繁断股，采用宏观形貌检查、断口SEM检测、显微组织检测、力学性能检测及镀锌层质量检测等方法，对架空地线断股原因进行分析。

结果表明：架空地线采用的镀锌钢线材料中存在超标脱碳层、非金属夹杂物及网带状铁素体等冶金及热加工缺陷，造成钢线的强度和韧性
均不合格；同时，在钢线表面存在裂纹及尖锐凹坑等缺陷，在大风等恶劣气象条件下的拉应力载荷作用下，钢线表面沿裂纹及尖锐凹坑等应力集中部位发生脆性断裂。

关键词：架空地线；断股；夹杂物；脱碳层；裂纹；镀锌层引言
雷电现象在我国广泛分布，有些地区甚至频繁发生。

对于雷电现象人们虽然已经有了很多了解，但由于雷电所具有的功率巨大、数量大、种类多、随机性大、地区分布不均匀、发展过程极快等特征，人类尚不能完全解释其机理、掌握其普遍规律，因此对于雷电打在输配电线路上这种现象无法完全避免，高压以及超高压输电线路距离长、运行范围大，导地线发生断股不易发现，地线发生断股散丝极易扩大、引起对地短路，导线发生断股损失机械强度，一旦发生断线，容易引起多塔连锁事故，对电网运行影响极大。

本文通过对输电线路的常用导线进行选型，根据选型的架空导线，研究钢芯铝绞线铝线单根截面积、钢芯铝绞线总的截面积以及雷电流C分量大小对导线烧蚀特性的影响，通过比较导线烧蚀损伤面积、断线断股的情况来比较导线烧蚀情况。

为输电线路架空导线防雷选型提供依据。

1 500kV超高压输电线路架空地线频繁断股原因 1.1由于污闪而形成的故障 500kV输电线路运行期间，会因为工作压力的影响，致使大面积停电故障的发生。

线路污闪故障的发生，其主要原因在于输电线路设计上存在着一定的故障，尤其是500kV输电线路设计中如果缺乏对环境的前期调查，设计的综合比对，则会致使问题的发生。

500kV输电路若发生污闪故障，则会致使其供应难以有效开展，甚至会造成跳闸问题的发生。

在实际的设计及管理过程中，需要科学予以预防。

500kV输电线路的污闪故障是因为输电线路的绝缘子被污染，且未能够及时清除所发生。

但是致使污闪故障的发生，其原因也包含输电线路的材料质量存在问题等，也会影响着线路的绝缘性效果。

为了避免500kV输电线路污闪故障的发生，则需要定期对输电线路的绝缘子实施表面除尘工作，尤其是在风雨过后，更需要对其表面存在的灰尘、附着物等予以清除，避免影响绝缘子的工作能力，保证输电线路运行的稳定性。

1.2自然条件的影响
导线微风振动的影响因素有很多，如导线的材料和直径、导线距地面的高度、平均运行应力（静态应力）、线路的档距等，但风速、风向以及线路所经地形、地貌特征的影响最明显。

通过调查事故现场，发现该地区属于典型的内蒙古草原地形及风力气候特征，在年平均气温为14℃、最低气温为－38℃的环境下，线路长时间受到年平均速度为10m/s的风力吹动，线路张力较大，如果导地线自身性能不佳、自阻尼特性不良会造成微风振动衰减不佳，极易导致线路疲劳断股。

1.3表层脱碳层不均匀
镀锌钢线表层存在不均匀的、深度为30~50μm的全脱碳层，已超过GB/T4354—2008对于65号钢表层总脱碳层深度≤2%d的要求。

线材在加热、轧制和随后的空冷加工过程中均易产生脱碳现象，严重时会影响产品的质量，降低钢线的强度和抗疲劳性能。

同时，镀锌钢线表层还存在深约16μm的线性开口和尖锐凹坑等缺陷，与标准中钢线表面应光滑，不应有裂纹缺陷的要求不符。

这些裂纹及尖锐凹坑缺陷的存在，也说明钢线的加工工艺或模具存在问题，加工过程中在钢线表面形成了较多的不连续性缺陷，极有可能在钢线承受载荷时成为断裂的开裂源。

2架空地线断股试验分析 2.1宏观形貌分析
地线断股部位均位于各塔间档距的中部且距离线夹较远，不存在与线夹或金具相接触或摩擦的情况，断股全部为钢绞线最外圈镀锌钢线，且发生散股。

地线的断口主要表征为无塑性变形的脆性断口，断口齐平，钢线无塑性拉长变形和颈缩，断口表面呈暗灰色，较为干净，表面未见电流灼伤和高温熔断痕迹，钢线表面及断口表面未见严重氧化及腐蚀损伤等现象。

2.2防振锤特性试验
为了解地线用防振锤的功率特性及其谐振频率，委托国家电网公司重点实验室——输电线路导线力学性能实验室，依据GB/T2336—2000《防振锤技术条件》对防振锤进行功率特性试验。

试验过程中，防振锤被刚性地固定在D-800-3型电动振动台面上，通过施加正弦激振力，在恒速度条件下测定防振锤消耗功率的特性及谐振频率。

防振锤线夹速度7.5cm/s，试验频率范围5~60Hz，扫频速度0.2Hz/s，试验数据由频谱分析仪采集处理。

2.3明确线路检修的主要内容，创新输电线路检修理念 500kV输电线路检修过程中，工作人员需要提升定期检修的重视程度，对各项技术操作的方式、运行的状态等进行分析，明确相关评价指标，创新检修的方式，持续提升500kV输电线路检修的整体效果及工作质量。

500kV输电线路检修中，需要提升导地线检修的重视程度。

在500kV输电线路导地线检修期间，需要将线夹开启，深入到导地线的内部实施检查，对缠绕在上部的导线予以梳理。

对导线的表层需要实施细致检查，如果存在表皮破损的情况，被磨损的情况，则需要将破损的部位剪掉，而后将导线重新予以连接。

输电线路的绝缘子也需要提升检修的重视程度，在输电线路发生故障的情况下，特别是雷雨天气遭到雷击，多因为绝缘子故障所诱发，则需要对输电线路的绝缘子予以检修。

根据绝缘子各个位置的情况进行检查，明确其零件是否存在松动、部位是否具有裂缝等等。

绝缘子各个部位是否具有金属片脱落或者钢帽因生锈等问题，在清理的过程中，则需要应用清洗剂将绝缘子上部的污垢予以清理，做好绝缘子的维护工作，保证500kV输电线路的安全运行。

2.4机械性能分析
对架空地线镀锌钢线取样进行单丝拉力和韧性等力学性能测试，各项测试结果见表2。

可以看出，钢线的抗拉强度为1108MPa，远低于标准GB/T3428—2012规定的最低强度等级，即镀锌钢线的1级抗拉强度≥1310MPa的要求。

此外，在直径为d的芯轴上进行卷绕测试时，在钢线的表面形成了肉眼可见的明显周向开裂缺陷，与标准中无肉眼可见裂纹的要求不符，说明钢线的韧性也不合格。

结束语
综上所述，通过试验及分析，判断该500kV输电线路架空地线在运行过程中频繁发生断股损伤的主要原因为镀锌钢线材料中存在超标脱碳层、非金属夹杂物以及网带状铁素体等冶金及热加工缺陷，使得钢线的强度和韧性均不能满足使用要求，且钢线表面还存在裂纹及尖锐凹坑等制造缺陷，说明该批次架空地线存在严重的质量问题。

在冬春季的低温及强风载荷的作用下沿钢线表面裂纹及尖锐凹坑等应力集中部位开裂，并引发钢线的脆性断裂失效。

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作者简介：谢家文（1978-），男，壮族，广西南宁市，专科，助理工程师，主要从事输电线路运维、带电作业等工作。