35 kV架空輸電導(dǎo)線老化狀態(tài)分析

王新穎,鞠彥忠,周文斌

(1.東北電力大學(xué)建筑工程學(xué)院,吉林吉林 132012;2.廣東電網(wǎng)公司陽江供電局,廣東陽江 529500)

35 kV架空輸電導(dǎo)線老化狀態(tài)分析

王新穎1,鞠彥忠1,周文斌2

(1.東北電力大學(xué)建筑工程學(xué)院,吉林吉林 132012;2.廣東電網(wǎng)公司陽江供電局,廣東陽江 529500)

對(duì)運(yùn)行數(shù)十年的陽江35k V輸電導(dǎo)線的老化狀態(tài)和輸電導(dǎo)線的斷線的可能原因進(jìn)行了分析。通過對(duì)輸電導(dǎo)線的力學(xué)性能的測(cè)試、分析得出:輸電導(dǎo)線表面有輕微的腐蝕,鋼芯直徑的變化對(duì)于導(dǎo)線的外徑變化有直接的影響,服役多年的輸電導(dǎo)線的外徑增大了1.67%～4.24%;鋼芯單股的拉斷應(yīng)力能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定值的106%,伸長率也同樣滿足要求;但部分鋁股的抗拉強(qiáng)度低于95%,其余的大部分鋁股滿足標(biāo)準(zhǔn)要求;老舊導(dǎo)線的絞線拉斷力還能達(dá)到95%的計(jì)算拉斷力,而老舊導(dǎo)線的抗拉強(qiáng)度與未服役導(dǎo)線相比將低了2%～18%。結(jié)果表明:運(yùn)行的輸電老舊導(dǎo)線的老化狀態(tài)屬于注意狀態(tài),應(yīng)加強(qiáng)對(duì)線路的巡視與監(jiān)測(cè)。

輸電導(dǎo)線;老化狀態(tài);斷線原因;力學(xué)性能

1 斷線原因分析

在斷線原因分析方面,國內(nèi)外的研究經(jīng)驗(yàn)表明,架空線路容易在沿海、沙漠、跨河、跨海等地形條件下發(fā)生嚴(yán)重的微風(fēng)振動(dòng),在2周內(nèi)沒有防振保護(hù)措施的導(dǎo)線就可能導(dǎo)致疲勞斷股,嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)線斷裂而引起斷電事故,威脅架空線的運(yùn)行壽命,乃至輸電線路的安全[4]。一般認(rèn)為:風(fēng)致振動(dòng)導(dǎo)致導(dǎo)線內(nèi)部鋁股線之間的微幅滑移和交變應(yīng)力,由此產(chǎn)生的微動(dòng)磨損、疲勞是導(dǎo)線損傷、降低導(dǎo)線使用壽命的主要原因之一[5];而當(dāng)輸電線路穿過工業(yè)污染區(qū)或沿海地區(qū)時(shí),導(dǎo)線的大氣腐蝕也是造成其損傷關(guān)鍵因素之一[6];兩者往往產(chǎn)生疊加效應(yīng)(微動(dòng)和腐蝕),加劇導(dǎo)線的損傷,易造成斷線、斷股等輸電事故[7]。龐志宏,陳寶[8]從兩起導(dǎo)線斷線事故著手分析,陶可森[9]從懸垂線夾的防振角度分析,都認(rèn)為架空線路導(dǎo)、地線的磨損斷股有多種因素,而最多的是微風(fēng)振動(dòng)引起的導(dǎo)線疲勞損壞,且多出現(xiàn)在導(dǎo)線、地線的支持點(diǎn)附近。

2 輸電導(dǎo)線的力學(xué)性能測(cè)試

2.1 基本參數(shù)測(cè)量

本文根據(jù)導(dǎo)線規(guī)范[10-14]的要求測(cè)量型號(hào)為LGJ70/10的新舊導(dǎo)線的外徑和直流電阻。采用紙帶法進(jìn)行外經(jīng)測(cè)量,采用惠斯登電橋測(cè)量直流電阻。老舊的輸電導(dǎo)線在測(cè)量前應(yīng)先去除導(dǎo)線表面的氧化層,操作時(shí)要小心,防止損傷導(dǎo)線。測(cè)量時(shí)采用測(cè)量3次取平均的方法,測(cè)量的結(jié)果見表1。表1中的Old代表老舊導(dǎo)線,New代表新導(dǎo)線,節(jié)徑比是節(jié)距與直徑之比。表1中的各比值的計(jì)算如下:r1＝(鋁直徑÷ 3.8)×100;r2＝(鋼直徑÷3.8)×100;r3＝(導(dǎo)線直徑÷11.4)×100。

表1 新舊導(dǎo)線基本參數(shù)測(cè)量的結(jié)果

規(guī)范[10]中給出的型號(hào)為LGJ70/10導(dǎo)線的外徑是11.4 mm,在20℃時(shí)導(dǎo)線的直流電阻的最大值為0.421 7Ω/km。測(cè)量結(jié)果與規(guī)范相對(duì)比得出:老舊導(dǎo)線的直徑增大了1.67%～4.24%(±1%d);鋁單線的直徑變化不大,鋼單線的直徑增大1.49%～4.24%;節(jié)徑比均在限值之內(nèi),老舊導(dǎo)線的節(jié)徑比明顯比新導(dǎo)線的大;直流電阻值均小于限制,但是有防振錘的直流電阻值明顯大于其他老舊導(dǎo)線,老導(dǎo)線的20℃直流電阻大于新導(dǎo)線的20℃直流電阻。從其導(dǎo)線的外觀觀察導(dǎo)線表面帶有均勻的點(diǎn)蝕現(xiàn)象,導(dǎo)線呈現(xiàn)灰黑色,如圖1所示。

2.2 單股斷裂強(qiáng)度試驗(yàn)與鋼線1%伸長試驗(yàn)

2.2.1 試驗(yàn)材料及儀器標(biāo)定

從更換下來的8條導(dǎo)線上各選取3根鋼股和3根鋁股,總共試樣48根,其中鋁股24根,鋼股24根。由于輸電導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的特殊性,試驗(yàn)前將試樣校直且操作時(shí)不得拉伸或碰傷試樣。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)在試件的中間標(biāo)出200 mm的標(biāo)距作為試樣拉伸的標(biāo)準(zhǔn)長度。

圖1 35 k V老舊導(dǎo)線的形貌

實(shí)驗(yàn)前對(duì)部分儀器進(jìn)行校準(zhǔn),以確保試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。使用YB型引伸計(jì)檢定儀對(duì)型號(hào)YJZ-6/50、YJZ-25/50的兩種夾式引伸儀進(jìn)行標(biāo)定。標(biāo)定了5次,得到的引伸儀讀數(shù)與應(yīng)變儀讀數(shù)的關(guān)系如圖3和圖4所示,可見兩種引伸儀都具有良好的線性比例,可用于本次試驗(yàn)。

從這些細(xì)節(jié)不難看出，少年時(shí)期“我”所接受的是傳統(tǒng)意義的封建私塾教育和封建式家庭教育。壽鏡吾老先生和“我”的父親，都是封建教育的代表，呆板，嚴(yán)苛，不懂童心，“我”的兒童天性，喜歡花鳥蟲魚的愛好和提問的做法在老師那里被視作不可以，看五猖會(huì)的迫切在父親那里置若罔聞，全然不顧，封建式教育為“我”砌上一道無形的圍墻：一道摧殘兒童身心健康發(fā)展的教育圍墻?！拔摇闭炫c枯燥乏味的書本打交道，這里的世界沒有五彩的貝殼，沒有有青蛙似的兩只腳的跳魚兒，沒有西瓜要看守，沒有皮毛像油一樣光滑的猹，更沒有瓜地刺猹，雪地捕鳥的樂趣。

圖2 YJZ-25/50夾式引伸儀標(biāo)定

圖3 YJZ-6/50夾式引伸儀標(biāo)定

2.2.2 試驗(yàn)過程

將已經(jīng)測(cè)量完直徑的試樣安裝在液壓萬能試驗(yàn)機(jī)上,使試驗(yàn)機(jī)逐漸地勻速地施加荷載,控制夾頭移動(dòng)速度為30 mm/min,記錄輸電導(dǎo)線拉斷時(shí)的拉斷力。對(duì)鋼股拉斷試驗(yàn)時(shí),在200 mm標(biāo)距的中央安裝50 mm引伸儀(引伸儀與靜態(tài)應(yīng)變儀相連),記錄鋼線伸長1%時(shí)的拉力后,將引伸儀拆下(防止損傷引伸儀)。之后繼續(xù)勻速施加荷載,直到鋼股拉斷,記錄拉斷時(shí)的拉斷力。

2.2.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

單線的斷裂強(qiáng)度為斷裂負(fù)荷除以導(dǎo)線的截面積。利用分度值為微米的千分尺測(cè)量輸電導(dǎo)線單股的直徑d,采用3次測(cè)量取平均值得方法進(jìn)行測(cè)量,修約到2位小數(shù)計(jì)算單股的截面積。圖4為鋼股加載的力與時(shí)間曲線,圖5為鋼股拉斷后的示意圖。圖6為鋁股加載的力與時(shí)間曲線,圖7為鋁股拉斷后的示意圖。表3為鋼單線拉斷的試驗(yàn)結(jié)果,表4為鋁單線拉斷的試驗(yàn)結(jié)果。

圖4 鋼股加載的F-t曲線

圖5 鋼股拉斷后的示意圖

圖6 鋁股加載的F-t曲線

圖7 鋁股拉斷后的示意圖

表2 鋼單線的試驗(yàn)結(jié)果與分析

對(duì)鋼股的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行整理和分析表明:老舊導(dǎo)線的拉斷應(yīng)力小于未服役新導(dǎo)線的拉斷應(yīng)力,但均在允許范圍之內(nèi),比標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)范值大6%左右;鋼線1%伸長時(shí)的應(yīng)力也滿足規(guī)范的要求;伸長率在5～7之間,比校正后的最小值4.33大,滿足要求。

表3 鋁單線的試驗(yàn)結(jié)果與分析

對(duì)鋁股的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行整理和分析表明:處于服役中期的老舊導(dǎo)線的鋁股的單線拉斷應(yīng)力均大于絞前抗拉強(qiáng)度的95%,但有部分小于絞前抗拉強(qiáng)度的95% (表中的O70-4);LGJ70/10舊線的伸長率比新線的伸長率小20%,數(shù)值在2%～3%之間,小于5%。由圖6的曲線可見,鋁股無明顯的屈服特性,表現(xiàn)出很好的脆性特性。

2.3 輸電導(dǎo)線的絞線的計(jì)算拉斷力

絞線的計(jì)算拉斷力Fj為

式中:σa為鋁單線的絞前抗拉強(qiáng)度;σ1%為鋼線伸長1%時(shí)的應(yīng)力;Aa為鋁線部分截面積;As為鋼線部分截面積;α為鋁線的強(qiáng)度損失系數(shù),37股以上的鋁絞線α取0.9,37股及以下的鋁絞線α取0.95,各種鋼芯鋁絞線α取1.0。

將導(dǎo)線鋼單線和鋁單線的試驗(yàn)結(jié)果代入式(1)中,計(jì)算各種導(dǎo)線的計(jì)算拉斷力,結(jié)果見表4。用鋁單線絞線后的抗拉強(qiáng)度代入公式得出老舊導(dǎo)線的計(jì)算拉斷力比標(biāo)準(zhǔn)中給出的計(jì)算拉斷力大5%～15%,從計(jì)算得到的拉斷力老舊導(dǎo)線在受力上滿足要求。

表4 絞線計(jì)算拉斷力

2.4 輸電導(dǎo)線的導(dǎo)線拉斷力試驗(yàn)

2.4.1 試驗(yàn)的材料及制備

參考規(guī)范[10],截取9 m長的導(dǎo)線,按規(guī)范要求做出8 m長的標(biāo)距。本次試驗(yàn)導(dǎo)線共11根,其中6根未服役線,5根老舊導(dǎo)線。實(shí)驗(yàn)時(shí)兩端用導(dǎo)線相配套的耐張線夾作為兩端的緊固端,一端與地錨相連,一端與100 t的MTS相連(施加張力端)。按照規(guī)范的要求,使導(dǎo)線的額定拉斷力在30%、50%、70%和85%的負(fù)荷條件下分級(jí)加載,最終將導(dǎo)線拉斷,得出導(dǎo)線的拉斷力。試驗(yàn)設(shè)備見圖8。

圖8 導(dǎo)線拉斷力試驗(yàn)設(shè)備

2.4.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

架空線在均勻增大的拉力的作用下,逐漸被拉長至拉斷時(shí)所需的拉力稱為拉斷力(記為Fe)。對(duì)于鋼芯鋁絞線來說,拉斷力由鋼部和鋁部共同承受,為二者的綜合拉斷力。絞線的綜合拉斷力是指絞線受拉時(shí)其中強(qiáng)度最弱或受力最大的一股或多股出現(xiàn)拉斷的總拉力。對(duì)架空線進(jìn)行拉斷力試驗(yàn)時(shí),要求其能承受計(jì)算拉斷力的95%,即計(jì)算拉斷力的95%才是絞線的綜合拉斷力TP[15]。計(jì)算式如下:

11根輸電導(dǎo)線的試驗(yàn)結(jié)果見表5。將由式(2)計(jì)算得出的導(dǎo)線的綜合拉斷力(絞線拉斷力)FP與試驗(yàn)得到的綜合拉斷力F相對(duì)比值來評(píng)估老舊導(dǎo)線的在力學(xué)性能。

表5 絞線拉斷力的試驗(yàn)結(jié)果

表5中的百分比為試驗(yàn)拉斷力與絞線拉斷力的比值。老舊導(dǎo)線的絞線拉斷力比標(biāo)準(zhǔn)中給出的大, LGJ70/10的絞線拉斷力能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的110%左右, LGJ120/20最大的拉斷力能夠達(dá)到120%。

3 結(jié)論

結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)[16]的導(dǎo)線狀態(tài)的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,通對(duì)對(duì)服役中后期的老舊導(dǎo)線的力學(xué)性能測(cè)試分析得出:陽江35k V輸電導(dǎo)線表面有輕微的腐蝕,鍍鋅鋼絞線有輕微鋅層脫落或銹蝕現(xiàn)象,強(qiáng)度試驗(yàn)值大于85%,導(dǎo)線處于注意狀態(tài)。試驗(yàn)結(jié)果表明,線路的斷線原因大多數(shù)為雷擊及雷擊產(chǎn)生的其他斷線情況、老化疲勞及臺(tái)風(fēng)導(dǎo)致斷線。對(duì)于服役多年的老舊導(dǎo)線,線路運(yùn)行人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)導(dǎo)線在惡劣環(huán)境下,及易損區(qū)導(dǎo)線的巡視和檢測(cè)。

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Analyses of aging state of 35 kV overhead transmission conductors

Wang Xinying1,Ju Yanzhong1,Zhou Wenbin2
(1.Architectural Engineering Institute,Northeast Dianli University,Jilin 132012,China; 2.Yangjiang Power Supply Bureau of Guangdong Grid Co.,Yangjiang 529500,China)

To understand the aging state of Yangjiang 35 k V power transmission conductors after running for a decade,starting from the broken reason of the transmission conductors,the possible causes of the disconnection of the transmission conductors are analysed.Through the study of the mechanical properties of the transmission conductor of the test,it is analysed that the transmission conductors’surface has slight corrosion,the diameter changes of the steel core have direct influence on the changes in the outer diameter of the conductors,the diameters of them have increased by 1.67%—4.24%.Steel reinforced single strands of the tensile stress can reach the standard of 106%of the specified value,and the elongation can also meet the requirements.The tensile strength of some aluminum strands of is less than 95%to the standard requirements,except that most of the rest of the aluminium strands meet the standard requirements.Tensile force of the wire of the old stranded wire can reach 95%of the tensile force calculation.The old wire tensile strength compared with not served wire will be lower by 2%—18%.The results show that the old transmission conductors’aging state belongs to pay attention to the status of the wire.In the case of bad environment,which may lead to break off,the line operators should strengthen patrol and inspection on lines.

transmission conductors;aging state;broken reason;mechanical property

TM726.3

B

1002-4956(2014)5-0050-05

2013-09-14 修改日期:2013-12-10

中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司科技項(xiàng)目(K-GD2012-238);吉林省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(201105061)

王新穎(1988—),女,吉林東豐,碩士,研究方向?yàn)檩旊娋€路

E-mail:wangxinying.2008＠163.com

鞠彥忠(1963—),男,吉林大安,教授,研究方向?yàn)檩旊娂夹g(shù).

E-mail:juyanzhong＠126.com