500 k V導(dǎo)線斷股原因分析及處理

馮硯廳,蘇紅梅,徐雪霞,鄭相鋒,張廣興

(國(guó)網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院,石家莊 050021)

500 k V導(dǎo)線斷股原因分析及處理

馮硯廳,蘇紅梅,徐雪霞,鄭相鋒,張廣興

(國(guó)網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院,石家莊 050021)

針對(duì)某變電站500 k V導(dǎo)線斷股情況,對(duì)斷線位置進(jìn)行宏觀檢查和受力分析,認(rèn)為線夾與導(dǎo)線接觸不良、局部線股過(guò)流、導(dǎo)線承載能力降低是造成該500 k V導(dǎo)線斷股的原因,并提出了處理措施及建議。

500 k V導(dǎo)線;斷股;線股過(guò)流

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,電力輸送容量和輸送距離迅速增長(zhǎng),大容量、遠(yuǎn)距離的輸電線路陸續(xù)投入運(yùn)行,送電電壓也隨之提高,線路安全性的要求也越來(lái)越高。架空導(dǎo)線是輸電線路電功率的載體,是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要組成部分。架空線路的導(dǎo)線損傷、斷股,輕則降低載流量,重則造成斷線事故,影響線路的安全運(yùn)行。微風(fēng)振動(dòng)、結(jié)構(gòu)共振、覆冰、線路改造設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)染赡軐?dǎo)致架空導(dǎo)線的損傷和斷股。

1 導(dǎo)線斷股情況介紹

某變電站500 k V引線采用雙分裂導(dǎo)線,型號(hào)為2×LGJQT-1400,于2006年投運(yùn)。2013年1月17日對(duì)該站進(jìn)行巡視時(shí),發(fā)現(xiàn)接地隔離開(kāi)關(guān)下引線(型號(hào)為2×LGJQT-1400)與上跨線間的T型線夾附近導(dǎo)線有損傷,鋁絞線有斷股。

對(duì)損傷導(dǎo)線進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)W相最嚴(yán)重,T型線夾1號(hào)母線側(cè)斷股1根,2號(hào)母線側(cè)斷股3根;U相T型線夾1號(hào)母線側(cè)有散股現(xiàn)象,2號(hào)母線側(cè)斷股2根。V相T型線夾處存在發(fā)熱(溫度30.7℃)。對(duì)V相2根導(dǎo)線進(jìn)行檢查,1號(hào)母線側(cè)斷股1根、2號(hào)母線側(cè)斷股2根。

LGJQT-1400導(dǎo)線的鋁絞線通常有89根,W相導(dǎo)線損傷面積比分別為1.12%和3.37%,U相導(dǎo)線損傷面積比為2.24%,V相損傷面積比為1.12%和2.24%。參照DL/T 1069-2007《架空輸電線路導(dǎo)地線修補(bǔ)導(dǎo)則》內(nèi)容,損傷占總截面積的7%及以下均屬于I類損傷。

2 導(dǎo)線斷股原因分析

國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司熊亮等人對(duì)500 k V船星I線斷股分析時(shí),發(fā)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)疲勞載荷下的剪切斷裂是導(dǎo)線斷股的根本原因[1]。蘇州熱工研究院朱仲鳴對(duì)結(jié)構(gòu)共振引起輸電線路導(dǎo)線嚴(yán)重?cái)喙蛇M(jìn)行了分析,認(rèn)為結(jié)構(gòu)共振引起導(dǎo)線疲勞是斷股的原因[2]。云南送變電工程公司文聰對(duì)覆冰斷股原因進(jìn)行了分析,認(rèn)為覆冰條件下鋁線應(yīng)力過(guò)載會(huì)引起斷股[3]。中山市電力工程有限公司王澤飛對(duì)大跨越導(dǎo)線斷股原因進(jìn)行了分析,認(rèn)為二次施工改變了原有的防振措施造成疲勞失效[4]。該變電站500 k V導(dǎo)線為母線間的連接線,跨度較小,風(fēng)振影響小,另外導(dǎo)線線徑相對(duì)檔距較大,應(yīng)力較低,因此不存在超載、風(fēng)振引起疲勞破壞的情況,引線夾處斷股另有其它的原因。

2.1 宏觀檢查

對(duì)斷線位置進(jìn)行觀察,兩相斷股位置均位于線夾兩側(cè)附近,見(jiàn)圖1。該線夾位置由于下引線的重力作用和導(dǎo)線自身張力作用,導(dǎo)線拉應(yīng)力較大。另外由于導(dǎo)線自身存在一定的剛度,引線重力導(dǎo)致該位置水平導(dǎo)線發(fā)生彎曲產(chǎn)生彎曲應(yīng)力,水平拉應(yīng)力和彎曲應(yīng)力疊加提高了局部應(yīng)力水平。由圖1還可以看出,導(dǎo)線表面發(fā)黑,未見(jiàn)金屬光澤,說(shuō)明線夾內(nèi)發(fā)生氧化,表面形成了較厚的氧化膜,而氧化膜是不導(dǎo)電的。

圖1 導(dǎo)線斷股位置及表面狀態(tài)照片

檢查U相線夾和V相線夾,可以看到2個(gè)線夾均存在電弧燒傷痕跡,各有一條在螺栓處燒熔,和導(dǎo)線接合的位置均可見(jiàn)燒蝕痕跡,說(shuō)明電流形成了由導(dǎo)線-線夾自由面-螺栓-線夾固定面的流通通道。線夾燒損情況見(jiàn)圖2。

圖2 線夾燒損照片

結(jié)合圖2,對(duì)線夾內(nèi)壁的燒蝕情況進(jìn)行分析,可以推斷出導(dǎo)線與線夾存在局部燒蝕焊合現(xiàn)象。

觀察導(dǎo)線斷股的表面和斷口形態(tài)(見(jiàn)圖3),可以發(fā)現(xiàn)所有線股斷裂時(shí)均存在電弧燃燒過(guò)程,即導(dǎo)線斷股時(shí)伴隨著電弧的產(chǎn)生,斷裂面發(fā)生電弧燒蝕。

圖3 斷股處燒熔的斷頭和斷口

圖3顯示斷裂時(shí)線股存在拉伸過(guò)程,即在較大的拉應(yīng)力作用下,線股被拉長(zhǎng)。由斷頭附近表面的紋理也可以看出,由于鋁股表面存在脆性氧化鋁膜,在拉應(yīng)力作用下發(fā)生破裂,形成垂直于線股方向的白色紋理,見(jiàn)圖3(a)。圖3(b)斷口保存相對(duì)完整,斷口內(nèi)部可以看到熔化后液體分離的痕跡,說(shuō)明該線股在斷裂時(shí)發(fā)生電弧并燒熔表面,但時(shí)間很短,沒(méi)有破壞斷口完整即熄滅了。斷口呈現(xiàn)小顆粒狀的亮面,體視顯微鏡下進(jìn)一步觀察可見(jiàn)每個(gè)小面都是熔化形成的,圖3為保存最好的斷口,在斷裂后發(fā)生了微小的電弧作用,只是微觀燒損沒(méi)有形成宏觀熔化。

2.2 斷股處受力分析

水平導(dǎo)線本身存在較大的張力,而垂直導(dǎo)線由于自身重力作用和受風(fēng)載的作用,會(huì)在端部形成較大的拉應(yīng)力,該拉應(yīng)力垂直于水平導(dǎo)線,在水平導(dǎo)線內(nèi)部形成更大的張力。

另外,由于T型線夾對(duì)水平導(dǎo)線的垂直拉力以及導(dǎo)線本身的剛度作用,線夾附近受力更大。在風(fēng)、重力、引線拉力的作用下,表面附加彎曲應(yīng)力使得表面線股較內(nèi)部線股容易發(fā)生斷裂。經(jīng)過(guò)計(jì)算,線夾前后位置的應(yīng)力水平遠(yuǎn)未達(dá)到導(dǎo)線的許用應(yīng)力,因此導(dǎo)線斷股不屬于正常受力過(guò)載破壞,也不屬于疲勞破壞。當(dāng)個(gè)別線股通過(guò)較大電流時(shí),線股的溫度會(huì)升高,強(qiáng)度會(huì)急劇下降,此時(shí)會(huì)發(fā)生個(gè)別線股斷裂。

2.3 綜合分析

由對(duì)線夾、導(dǎo)線的宏觀分析可知,導(dǎo)線與線夾發(fā)生了焊合作用,由導(dǎo)線表面熔化的形態(tài)推測(cè)導(dǎo)線受到了熱作用,斷面燒蝕的表面形貌說(shuō)明導(dǎo)線受到電流作用。這些現(xiàn)象說(shuō)明電流在導(dǎo)線表面的線股中沒(méi)有均勻分布,而是集中于局部線股。也就是說(shuō),由于長(zhǎng)期的環(huán)境作用,線夾與導(dǎo)線間形成了氧化膜,這些不導(dǎo)電的氧化膜隔絕了線夾與導(dǎo)線的流通通道。

當(dāng)電流較大時(shí),線夾和導(dǎo)線間由于氧化膜的絕緣作用形成電壓差,電壓差將較薄的氧化膜擊穿,導(dǎo)線與線夾發(fā)生焊合,這樣重新建立了電流通道。電流沿著焊合的線股流動(dòng),由于焊合的線股只是少數(shù)一部分,電流過(guò)大,溫度升高,承載力下降。線股在熱態(tài)情況下發(fā)生延伸,從而發(fā)生了宏觀分析中所觀察到的現(xiàn)象。對(duì)于線夾,當(dāng)螺栓處電阻較大并發(fā)生擊穿時(shí),電弧隨之產(chǎn)生,燒損線夾。綜合上述分析認(rèn)為,該電站T型線夾處導(dǎo)線斷股是由于線夾與導(dǎo)線接觸不良,局部線股過(guò)流,降低了承載能力,在拉伸應(yīng)力作用下發(fā)生了斷股。

3 處理措施

根據(jù)規(guī)程要求對(duì)于少量斷股的導(dǎo)線可以采用補(bǔ)修的方法處理,預(yù)絞絲補(bǔ)修是常用的修復(fù)方法。

對(duì)于本次斷股的兩相導(dǎo)線,同樣采取預(yù)絞絲補(bǔ)修處理。為了提高與原導(dǎo)線間的摩擦力,預(yù)絞絲內(nèi)表面采用粘砂處理(這樣不利于導(dǎo)線通過(guò)預(yù)絞絲、線夾向引線傳輸電能),將線夾移出斷股區(qū),重新對(duì)線表面進(jìn)行打磨處理后裝設(shè)線夾。

為了防止同樣的問(wèn)題再次出現(xiàn),在線夾與導(dǎo)線接合面上涂好導(dǎo)電膏,線夾兩端采用硅膠體密封,以減少空氣對(duì)線夾接合面的氧化。

4 建議

a.對(duì)所有T型線夾進(jìn)行檢查,特別是運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)線夾接合面發(fā)生氧化的引線接頭區(qū)域,主要觀察是否有股線隆起、螺栓周?chē)欠裼须娀∽苽痊F(xiàn)象,一旦發(fā)現(xiàn)立即處理。

b.對(duì)發(fā)現(xiàn)有斷股或者有灼傷的接頭,應(yīng)當(dāng)參照本次處理工藝進(jìn)行處理,即便沒(méi)有發(fā)生斷股現(xiàn)象,導(dǎo)線也會(huì)存在疲勞老化和局部過(guò)流現(xiàn)象,需要移動(dòng)引線位置。

c.清洗導(dǎo)線表面涂裝導(dǎo)電脂、密封線夾與導(dǎo)結(jié)間隙,是常用的有效的引線連接處理方法,當(dāng)斷股較多時(shí),也可以根據(jù)實(shí)際情況采用耐張引線夾替代普通線夾。

[1] 熊 亮,劉 純,何德家,等.500 k V輸電導(dǎo)線斷股分析[J],湖南電力,2009,29(2):49-51.

[2.] 朱仲鳴.結(jié)構(gòu)共振引起輸電線路導(dǎo)線嚴(yán)重?cái)喙傻姆治鯷J].江蘇電器,1995,(3):20-23.

[3] 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.

[4] 王澤飛.大跨越導(dǎo)線斷股原因探析[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品, 2013,(7):142-143.

本文責(zé)任編輯:楊秀敏

Cause Analysis and Treatment on 500 kV Conductor Stranded Wires Broken

Causes and failure mechanism of some 500 k V wire broken defects are analyzed in this paper.Through macro-observation and stress analysis,it is considered that the wire broken fault is due to poor contact between clamp and wire causing over current within local stranded wirs,therefore led to wire broken. Based on the conclusion,the corresponding solutions are made and suggestion are provided.

500 k V line;broken;wire causing over current

TM755

B

1001-9898(2014)02-0004-03

2014-01-02

馮硯廳(1965-),男,高級(jí)工程師,主要從事焊接、鍋檢、失效分析研究工作。