架空良導(dǎo)體地線嚴(yán)重?fù)p傷的原因分析及補(bǔ)修

方玉群

（金華電業(yè)局，浙江 金華 321017）

1 概述

隨著架空線路采用OPGW（光纖復(fù)合架空地線）作為避雷線的應(yīng)用越來(lái)越多，為配合架空線路光纜，線路設(shè)計(jì)往往以鋼比58%左右的鋼芯鋁絞線作為另一側(cè)架空地線，從而起到有效分流和降低過(guò)電壓幅值的作用。由于架空良導(dǎo)體地線一般采用澆鑄鋼懸垂線夾進(jìn)行懸垂固定（另一側(cè)OPGW一般采用提包式預(yù)絞式有釋放功能的專用線夾），其線夾直接懸掛在地線頂架上，位移釋放尺寸很小。因外層鋁股的拉斷力往往小于鋼制地線線夾的握力，當(dāng)前后桿塔因海拔高低不均造成兩側(cè)檔距相差較大時(shí)，在架空地線不平衡張力的作用下，會(huì)造成線路發(fā)生斷股或滑線事故。2008年初，金華電網(wǎng)因遭遇嚴(yán)重持續(xù)低溫雨雪冰凍災(zāi)害，部分220 kV線路架空良導(dǎo)體地線出現(xiàn)了大面積斷股損傷，表1列舉了部分良導(dǎo)體損傷的相關(guān)情況，圖1為1例架空良導(dǎo)體地線斷股的圖示。

圖1 架空良導(dǎo)體地線斷股或外層鋁線全斷滑移現(xiàn)象

2 斷股原因分析

（1）地線鋁股設(shè)計(jì)安全系數(shù)偏低。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，LLBJ-70/40型良導(dǎo)體地線的設(shè)計(jì)安全系數(shù)為3.0，最大覆冰10 mm。由于鋼制地線懸垂線夾的順線路受力位移分解能力差，鋼制線夾通過(guò)鋁包帶直接卡住外層鋁線，造成鋁線所承受的實(shí)際應(yīng)力遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)值。

由于鋁的彈性模數(shù)EL與鋼的彈性模數(shù)EG不同，EL約為 59 000 MPa，EG約為 196 000 MPa，LLBJ-70/40型地線綜合彈性模數(shù)EZ介于兩者之間，約為91 100 MPa，當(dāng)?shù)鼐€受到拉力時(shí)，為保證鋁與鋼伸長(zhǎng)量ε一致，應(yīng)使：

根據(jù)式（1）計(jì)算年平均運(yùn)行應(yīng)力、設(shè)計(jì)覆冰10 mm和15 mm條件下各塔懸點(diǎn)所承受的靜態(tài)應(yīng)力及安全系數(shù)，見(jiàn)表2，其中σL為鋁股懸點(diǎn)應(yīng)力，σG為鋼股懸點(diǎn)應(yīng)力，σ為地線懸點(diǎn)應(yīng)力，KL為鋁股懸點(diǎn)安全系數(shù)，K為地線懸點(diǎn)安全系數(shù)。

從表2可知，當(dāng)覆冰10 mm時(shí)，雖然相應(yīng)桿塔的懸點(diǎn)應(yīng)力安全系數(shù)均能達(dá)到2.7以上，但由于在受地線張力時(shí)鋁股與鋼股受力不平衡，導(dǎo)致鋁線實(shí)際靜態(tài)應(yīng)力安全系數(shù)僅為1.56～1.66，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)安全系數(shù)3.0的要求。在覆冰15 mm時(shí)，鋁線實(shí)際靜態(tài)應(yīng)力安全系數(shù)降為1.09～1.21，而懸點(diǎn)總體安全系數(shù)仍為2.0左右。因此，地線鋁股設(shè)計(jì)安全系數(shù)偏低是本次良導(dǎo)體發(fā)生大面積鋁股斷線的主要原因。

（2）不均勻脫冰產(chǎn)生較大的沖擊力。

天氣轉(zhuǎn)暖時(shí)，覆冰嚴(yán)重的架空地線會(huì)產(chǎn)生不均勻脫冰，當(dāng)一側(cè)檔距地線大面積脫冰時(shí)因失去冰荷載（張力減載）而上彈，至最高點(diǎn)后再下拋，此時(shí)的地線拉力很大，沖擊力造成地線鋼制懸垂線夾的良導(dǎo)體固定處（壓杠）鋁股斷股或地線位移，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)宓鼐€頂架。2008年的電網(wǎng)冰災(zāi)事故中，大部分倒塔是因?qū)Ь€不均勻脫冰，沖擊張力拉垮直線塔頸部造成的。

（3）地線懸垂線夾握著力大于鋁股破斷力。

通過(guò)查閱相關(guān)資料和咨詢生產(chǎn)廠家，受損線路所使用的懸垂線夾握著力約為14.5 kN，而LLBJ-70/40的鋁股破斷力一般在11 kN左右，由于鋁股破斷力小于懸垂線夾的握著力，導(dǎo)致應(yīng)力增大時(shí)鋁股先行斷股。

（4）覆冰水平超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)，冰雪已經(jīng)融化，因而未能掌握具體覆冰厚度，但該段線路周圍3～4 km范圍內(nèi)類似地形的部分500 kV線路在相應(yīng)時(shí)間段發(fā)生了倒塔、斷線等嚴(yán)重的冰雪災(zāi)害，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，線路上覆冰達(dá)到了20～30 mm，據(jù)此判斷該段線路覆冰超過(guò)了覆冰10 mm的設(shè)計(jì)值。

表1 良導(dǎo)體損傷桿塔清單

表2 靜態(tài)應(yīng)力計(jì)算表

3 現(xiàn)場(chǎng)處理方案

3.1 斷股修補(bǔ)規(guī)程要求

根據(jù)DL/T 741-2001《架空送電線路運(yùn)行規(guī)程》要求，斷股損傷截面超過(guò)鋁股或合金股總面積25%時(shí)，應(yīng)開(kāi)斷重接。

根據(jù)DL/T 1069-2007《架空輸電線路導(dǎo)地線補(bǔ)修導(dǎo)則》要求：導(dǎo)地線損傷占總截面積的60%及以上或連續(xù)損傷，雖未超過(guò)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，但其損傷長(zhǎng)度超過(guò)正常補(bǔ)修管所能補(bǔ)修的范圍，屬于Ⅳ類損傷，可以采用接續(xù)管、預(yù)絞式接續(xù)條、接續(xù)管補(bǔ)強(qiáng)接續(xù)條進(jìn)行修補(bǔ)。

依據(jù)以上兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)表1所列的導(dǎo)體損傷進(jìn)行修復(fù)。

3.2 處理方案選擇

由于損傷點(diǎn)均位于高山地段，地形惡劣，部分檔段同塔架設(shè)并下跨110 kV線路，若開(kāi)斷重接，線路需停電且將架空地線降落至地面，交跨的110 kV線路也需停電降線配合，不僅現(xiàn)場(chǎng)工作量大，而且將嚴(yán)重影響線路的供電可靠性。因此，不考慮開(kāi)斷重接方案。

根據(jù)DL/T 1069-2007標(biāo)準(zhǔn)，可以采用預(yù)絞式接續(xù)條進(jìn)行修補(bǔ)。查閱相關(guān)資料可知，標(biāo)準(zhǔn)型LLBJ-70/40型預(yù)絞式接續(xù)條長(zhǎng)度為1 300 mm，全張力接續(xù)條長(zhǎng)度為2 240 mm。根據(jù)“預(yù)絞式接續(xù)條應(yīng)全部覆蓋損傷部位，且接續(xù)條端部距損傷部位邊緣的單邊長(zhǎng)度不得小于l00 mm”的要求，實(shí)際修補(bǔ)長(zhǎng)度為1 100 mm和2 040 mm。因此，丹大線33，36號(hào)塔，丹元線35，36號(hào)塔，溪金線15，19號(hào)塔左側(cè)可以采取上述方式修補(bǔ)，修補(bǔ)方式如表3所示。

由于溪石線45，46號(hào)塔，溪金線19號(hào)塔右側(cè)地線損傷長(zhǎng)度均超過(guò)了相應(yīng)的修補(bǔ)長(zhǎng)度，最長(zhǎng)損傷長(zhǎng)度達(dá)4 300 mm，為此向廠家提出定制加長(zhǎng)接續(xù)條，考慮到現(xiàn)場(chǎng)帶電作業(yè)和實(shí)施的可操作性，接續(xù)條長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)，經(jīng)反復(fù)驗(yàn)證，確定加長(zhǎng)型全張力接續(xù)條長(zhǎng)度為3 500 mm。

為確保溪石線46號(hào)塔、溪金線19號(hào)塔良導(dǎo)體地線能快速有效修補(bǔ)，提出了采用組合接續(xù)方式進(jìn)行修補(bǔ)的新方法，下面以溪石線46號(hào)塔右側(cè)地線的修補(bǔ)為例進(jìn)行介紹。

3.3 溪石線46號(hào)塔修補(bǔ)方案

檢修人員上塔后，先清理相應(yīng)的斷股鋁線，實(shí)測(cè)鋁線斷股長(zhǎng)度，剪取相應(yīng)規(guī)格、長(zhǎng)度的鋁股對(duì)其進(jìn)行纏繞、填充，在小號(hào)側(cè)斷點(diǎn)處采用加長(zhǎng)型全張力接續(xù)條（長(zhǎng)度約3 500 mm）進(jìn)行修補(bǔ)，在大號(hào)側(cè)采用全張力接續(xù)條（長(zhǎng)度約2 200 mm）進(jìn)行修補(bǔ)。修補(bǔ)后，用游標(biāo)卡尺實(shí)測(cè)外纜直徑，再對(duì)修補(bǔ)條外層根據(jù)實(shí)測(cè)外徑采用相應(yīng)的預(yù)絞式接續(xù)條進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)修補(bǔ)。修補(bǔ)完成后，將該掛點(diǎn)改為雙聯(lián)雙線夾安裝，如圖2所示。

圖2 溪石線46號(hào)塔右側(cè)地線斷股損傷超長(zhǎng)修補(bǔ)

3.4 組合串修補(bǔ)方式的安全性論證

根據(jù)鋼比58%的鋼芯鋁絞線參數(shù)和表2可知，良導(dǎo)體外層鋁股部分承擔(dān)約20%導(dǎo)線全部破斷力，內(nèi)鋼芯承擔(dān)約80%導(dǎo)線全部破斷力，即鋼芯承受著大部分的應(yīng)力，在覆冰15 mm時(shí)其懸點(diǎn)應(yīng)力安全系數(shù)仍然達(dá)2.0，則其鋼芯的安全系數(shù)應(yīng)在2.5。因此，采用組合式修補(bǔ)方式的安全風(fēng)險(xiǎn)是可控的。

表3 良導(dǎo)體損傷修補(bǔ)方式

良導(dǎo)體安全與否主要與機(jī)械性能和導(dǎo)流能力兩個(gè)指標(biāo)有關(guān)。在線路綜合檢修期間，對(duì)上述修補(bǔ)部位進(jìn)行了綜合檢查，未發(fā)現(xiàn)有位移、破損等任何缺陷，說(shuō)明其機(jī)械性能是滿足要求的。在兩年運(yùn)行期間，上述線路中多基桿塔附近曾遭受雷擊并導(dǎo)致線路跳閘，但修補(bǔ)部位無(wú)任何燒傷痕跡，證明其導(dǎo)流能力滿足運(yùn)行要求。

4 結(jié)論

（1）良導(dǎo)體地線鋁股設(shè)計(jì)安全系數(shù)偏低是造成本次大面積損傷的主要原因。由于鋁、鋼的彈性模量、線膨脹系數(shù)等有差異，導(dǎo)致懸點(diǎn)處受拉力時(shí)鋁股承受較大的應(yīng)力，直接降低其安全系數(shù)。因此，建議在高山地段地線設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免鋼芯鋁絞線或鋁包鋼芯鋁絞線，而應(yīng)采用導(dǎo)流能力相當(dāng)、安全系數(shù)更高的鋁包鋼絞線。

（2）架空地線采用鋼比58%的鋼芯鋁絞線時(shí)，由于鋼制懸垂地線線夾握著力大于鋁股破斷力，而且沒(méi)有絕緣子串長(zhǎng)度位移分解釋放不平衡地線張力差，線路設(shè)計(jì)時(shí)可采用OPGW光纜形式的提包式懸垂線夾。當(dāng)架空地線因不均勻脫冰產(chǎn)生較大張力差，沖擊張力超過(guò)提包式線夾橡膠墊握力時(shí)，橡膠墊脫開(kāi)釋放了架空地線張力，不會(huì)對(duì)良導(dǎo)體地線造成較大損傷，事后只需重新安裝提包式懸垂線夾即可。

（3）采用組合式接續(xù)條技術(shù)修補(bǔ)鋁股大面積損傷，具有不需要停電、修復(fù)快速、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，實(shí)踐證明其安全性能滿足運(yùn)行要求，適用于良導(dǎo)體損傷的臨時(shí)搶修、長(zhǎng)期修復(fù)等工作。

[1]文聰.輸電線路導(dǎo)線覆冰斷股分析[J].云南電力技術(shù)，2009，37（5）∶24-25.

[2]張殿生.電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京∶中國(guó)電力出版社.2003.

[3]國(guó)家電網(wǎng)公司.DL/T 741-2001架空送電線路運(yùn)行規(guī)程[S].北京：中國(guó)電力出版社.2001.

[4]中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì).DL/T 1069-2007架空輸電線路導(dǎo)地線補(bǔ)修導(dǎo)則[S].北京：中國(guó)電力出版社.2007.