一起500kV輸電線路地線斷線的原因及防范

陳興寶 劉文杰 林朝暉 鄭奮成

(國網(wǎng)福建省電力有限公司檢修分公司,福建福州 350013)

一起500kV輸電線路地線斷線的原因及防范

陳興寶 劉文杰 林朝暉 鄭奮成

(國網(wǎng)福建省電力有限公司檢修分公司,福建福州 350013)

通過對福建省內(nèi)一起500kV輸電線路的架空地線銹蝕斷線落地事故進(jìn)行原因分析,找出了架空地線斷線的根本原因,并提出相應(yīng)的防范措施和建議。

架空地線 銹蝕斷線 事故分析 防范措施

2010年10月3日17時40分,廈門超高壓局管轄的500kV后廈Ⅱ路C相故障跳閘,重合閘不成功,故障巡查,發(fā)現(xiàn)#21～#22檔的左右2根地線、#24～#25右地線因銹蝕斷線。經(jīng)廈門超高壓局組織力量搶修,對#21-40#塔之間地線更換,于10月8日下午恢復(fù)送電。

1 現(xiàn)場檢查情況

500kV后廈Ⅱ路跳閘后,廈門超高壓局迅速組織運檢公司人員進(jìn)行故障檢查。發(fā)現(xiàn)#21～#22檔的左右2根地線均斷開；#24～#25右地線也已斷落地面,斷點在地線線檔中間,兩端均連接在塔上垂至地面。

后廈Ⅱ路#21～#22右地線故障點(對應(yīng)17時40分C相故障,重合不成功):第一處故障點為后廈Ⅱ路#21～#22右地線,已全部斷開并掉落地面,部分掛于#22塔身。斷點位置:一端在#21耐張塔距離地線耐張接續(xù)管約1．2米處和地線引流線并鉤線夾連接處,斷點為拉斷延展性斷口；另一端斷點在距離#22地線懸垂線夾約1．3米處(防震錘外側(cè)0．7米),斷點為拉斷延展性斷口,而在#22掛于塔上的地線斷口呈現(xiàn)被燒熔的黑色熔點痕跡(7股地線中有5股),另外2股無放電痕跡,后來被巡檢人員放至地面(#22的兩個斷口不是同一個斷點)。巡檢人員對#21～#22右相(C相)導(dǎo)線進(jìn)行走線檢查,僅發(fā)現(xiàn)在#22側(cè)有兩處放電痕跡,分別為22#右導(dǎo)線懸垂線夾處聯(lián)板有燒傷痕跡以及線夾往小號側(cè)約1．5米處有放電痕跡。具體見圖1-圖4。

圖1 后廈Ⅱ路#21地線斷線照片

圖2 后廈Ⅱ路#21地線斷線照片

圖3 后廈Ⅱ路#22地線斷線照片

2 故障原因分析

2.1 線路概況

2.1.1 線路基本信息

500kV后廈Ⅱ路(后石電廠升壓站—廈門同安變電所)全長98．846km,鐵塔213基。1999年建設(shè),2000年2月1日投運。導(dǎo)線規(guī)格:#117-#119、#135-#138:4×JL/LB20A-400/35鋼芯鋁絞線,其余地段使用4×LGJ-400/35鋼芯鋁絞線；地線規(guī)格:#1-#21(后石電廠出線段)、#196-#213(廈門變進(jìn)線段)為2×LGJ-95/55型良導(dǎo)體鋼芯鋁絞線,#21-#117、#138-#196為2×GJ-70型稀土鋅鋁合金鍍層鋼絞線,#117-#138為2×LB20A-80型鋁包鋼絞線。

2.1.2 地線連接方式

圖4 地線斷線落地詳情照片

圖5 地線出廠質(zhì)量證明書

圖6 #21～#22塔間地線的銹蝕形貌

圖7 鋼絞線單線的銹蝕形貌

圖8 #21塔端地線斷點位置照片

圖9 #21塔端地線斷點形貌

全線地線一般地段采用分段絕緣,即在耐張塔上一端絕緣、一端接地,直線塔全部絕緣,且地線絕緣子放電間隙為20±2mm。后石電廠出線段1#-21#和廈門變進(jìn)線段196#-213#耐張塔及直線塔上地線采用直接接地方式。

2.1.3 線路沿途路徑

線路從后石電廠出線后,沿線經(jīng)過龍海、漳州、角美、灌口、最后到廈門同安。龍海段#1～#140地段距離海邊較近(塔位大約距海邊5～20公里),特別是龍海港尾及白水段#10～#64區(qū)域處于海邊風(fēng)口的山頭上,常年遭受海邊6～7級陣風(fēng)的影響,海風(fēng)附含的鹽分較高,腐蝕性強。

圖10 地線斷點處線夾A形貌

圖11 斷點鄰近線夾B形貌

圖12 試樣的拉伸試驗斷口形貌

2.1.4 跳閘前后氣候情況

9月21日,今年第11號臺風(fēng)“凡亞比”在漳浦登錄,龍海港尾及白水地區(qū)的風(fēng)力都達(dá)到12級；預(yù)計當(dāng)時臺風(fēng)給該區(qū)域的導(dǎo)地線造成了嚴(yán)重的沖擊；10月3日下午龍海市普降暴雨,港尾地段同時伴隨著大風(fēng)、暴雨。#21～#22段的右地線先斷線造成跳閘,左地線因右地線斷線對塔位的振動也發(fā)生斷線。

2.2 地線斷線情況分析

檢查幾處斷點,發(fā)現(xiàn)在地線并鉤線夾處的腐蝕程度要比其他位置嚴(yán)重的多(并鉤線夾為鋁質(zhì)、地線為鋼質(zhì),連接處易形成電化學(xué)反應(yīng)；并且斷線處距離海邊近,金具及地線上所附鹽分較大；該線路地線為分段絕緣,地線上感應(yīng)電壓高達(dá)3000～4000伏,并鉤線夾處最易放電),同時在防震錘線夾前后的地線由于長期受到微風(fēng)振動影響,疲勞度較大,腐蝕也較為嚴(yán)重。

后廈Ⅱ路#21右地線大號側(cè)并鉤線夾處的腐蝕最為嚴(yán)重,線夾內(nèi)多數(shù)地線已腐蝕過半,且7股鋼線在斷線前已斷裂1～2股。9月21日的第11號臺風(fēng)“凡亞比”在漳浦登錄,龍海地區(qū)最大風(fēng)力達(dá)到12級,預(yù)計當(dāng)時臺風(fēng)給該區(qū)域的地線造成了相當(dāng)大的沖擊；10月3日下午#21～#30桿段區(qū)域的風(fēng)力達(dá)到7級,在大風(fēng)的沖擊下#21大號側(cè)并鉤線夾處的右地線首先斷線造成跳閘,右地線斷開后因地線應(yīng)力變化造成鐵塔振動引起#22線夾附近的左、右地線均斷開掉落。

#24～#25處于該風(fēng)口區(qū)域,地線腐蝕較為嚴(yán)重。在#21～#22地線斷開后地線張力平衡受到破壞,塔位的振動造成了該檔位地線的斷裂。

表1 地線機械物理特性表

表2 地線拉伸試驗結(jié)果

2.2.1 地線材料的檢查與試驗分析

(1)地線及其斷點的宏觀檢查:后廈Ⅱ回線路地線有關(guān)技術(shù)參數(shù)見表1,地線出廠質(zhì)量證明書見圖5。首次斷線的#21～#22耐張塔間的地線的宏觀形貌見圖6、圖7,地線外表呈紅褐色,表面凹凸不平,鍍層已完全消失,表明地線已受到嚴(yán)重腐蝕。在對銹蝕地線的線徑進(jìn)行抽測時,測到最小外徑為8．5mm,最小單線徑為2．0mm。斷線點位于該段地線兩端的地線跳線并溝線夾處。圖8為#21塔端地線斷點位置照片,地線跳線并溝線夾有2個,中間裝有防震錘,其末端安裝的鋼質(zhì)耐張管表面鍍鋅層保留較為完整。從圖9可以看到地線斷口呈錐狀,末端線徑明顯縮小,同時線夾B(見圖11)處也可看到地線因嚴(yán)重腐蝕而線徑明顯縮小甚至已有部分?jǐn)喙涩F(xiàn)象。地線并溝線夾為鋁材,線夾內(nèi)的地線外表扎有鋁包帶,檢查還發(fā)現(xiàn)上述2個線夾在主地線(區(qū)別于引流線)側(cè)夾溝內(nèi)鋁包帶已粉末化,同時夾溝內(nèi)的鋁材也已剝落而孔徑明顯擴大,其表面附有白色斑痕。

(2)機械性能試驗:對首次斷線的#21～#22耐張塔間的地線抽取3段試樣,依據(jù)GB/T228-2002標(biāo)準(zhǔn)在微機控制電子萬能試驗機CMT5205上進(jìn)行拉伸試驗,試驗結(jié)果見表2,試驗結(jié)果表明該地線的拉斷力已大幅下降。試樣的拉伸試驗斷口形貌見圖12,斷口無明顯縮頸變形,斷面光亮平整且與軸線成45°夾角,屬剪切型斷口。由于該鋼絞線經(jīng)過形變強化以犧牲塑性來提高其強度,因而呈現(xiàn)出較明顯的脆性特征。

(3)斷裂原因分析:失效的地線處于近海潮濕及高鹽分的惡劣運行環(huán)境,因而要求其材料應(yīng)有可靠的防腐性能。實際采用的地線材料為稀土鋅鋁合金鍍層鋼絞線(GJ-70型),該產(chǎn)品在當(dāng)時還未列入國家標(biāo)準(zhǔn),鍍層質(zhì)量只能按廠家的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,這在“后廈Ⅱ回500kV線路施工技術(shù)總結(jié)”中有說明。在廠家提供的質(zhì)量證明書中并未給出鍍層合金的成分及加工工藝,防腐性能的優(yōu)劣無從判斷。但在本線路應(yīng)用中可以看到與相同環(huán)境下的其他鋼質(zhì)鍍鋅金具相比,該鋼絞線的受腐蝕程度明顯嚴(yán)重得多,因此判斷該產(chǎn)品防腐性能較差。

現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)在并溝線夾處地線的受腐蝕程度要比其他部位嚴(yán)重,在與鐵塔連接的地線末端約600mm范圍內(nèi)布有2個線夾,其間安裝1個防震錘,當(dāng)?shù)鼐€經(jīng)常受到風(fēng)力吹動而擺動時由于防震錘的阻尼作用,在其兩端線夾處的地線就會受到往返的交變彎曲應(yīng)力的作用,從而產(chǎn)生疲勞損傷,同時它也造成該處鋼線表面的腐蝕產(chǎn)物不斷破裂和剝離,二者綜合作用的結(jié)果加快了該部位鋼線的腐蝕速度,并最終導(dǎo)致該部位首先斷裂。

線夾處鋼絞線截面積的縮小(包括斷股)、腐蝕產(chǎn)物的隔離作用以及接觸不良等因素都會引起局部發(fā)熱甚至放電,從而損壞鋁包帶和鋁合金線夾,在斷線的瞬間還會引發(fā)較大的電弧,因而在線夾表面留下白色的斑痕。

由于失去鍍層的保護(hù),鋼絞線受到了嚴(yán)重腐蝕,導(dǎo)致其截面積明顯縮小,因而拉斷力大幅下降。該鋼絞線屬于高強度等級,韌性較差,在腐蝕后截面積縮小的情況下單線容易掰斷,受到?jīng)_擊時也容易發(fā)生脆斷。

2.2.2 運行環(huán)境分析

本次地線斷線故障發(fā)生在#21～#25區(qū)域,和該區(qū)域的地理環(huán)境有關(guān)系。根據(jù)目前全線檢查,后廈Ⅱ路使用GJ-70稀土鋅鋁合金鍍層鋼絞線的地線腐蝕都較為嚴(yán)重,但最先在#21～#25區(qū)域斷開,主要是該區(qū)段距離海邊近,臨海僅5公里左右,靠海側(cè)均為平地,海風(fēng)無遮擋直接吹到該區(qū)域塔位所在的山頭上,海風(fēng)含有大量腐蝕性的鹽離子,常年風(fēng)速大,加速了該區(qū)域地線的腐蝕速度。

從后廈Ⅱ路整條線路分布區(qū)域來看,港尾和白水段線路常年處于海邊風(fēng)口,對線路設(shè)備的防腐性能造成很大影響,#1～64#段內(nèi)金具和鐵塔都出現(xiàn)不同程度的腐蝕現(xiàn)象,尤其在受風(fēng)側(cè)腐蝕較為嚴(yán)重。

2.2.3 地線連接方式分析

目前省內(nèi)500kV線路為了降低線路損耗,地線連接方式上采用了分段絕緣單點接地方式,這種方式多數(shù)使用在沒有光纜的線路上,并且線路地線多使用鋼絞線。采用這種方式地線上感應(yīng)電壓較大,地線耐張連接點處及金具長期要承受較大的感應(yīng)電流影響,并且采用鋼絞線導(dǎo)電性能較差,無形中增大了并鉤線夾或金具等接觸點的感應(yīng)電流,在感應(yīng)電流長期作用下,加上部分化學(xué)離子的作用,增大了電化學(xué)作用效果,加速了連接點位置的設(shè)備腐蝕。

3 防范措施及建議

3.1 防范措施

(1)按照線路運行要求,定期組織做好停電綜合檢修,將全線GJ-70稀土鋅鋁合金鍍層鋼絞線更換成防腐性能較好的鋁包鋼絞線或良導(dǎo)體地線,結(jié)合停電對全線腐蝕嚴(yán)重的金具、防震錘、間隔棒等進(jìn)行大修。(2)對后石出線高污穢、高腐蝕段的其余線路開展登桿檢查,根據(jù)檢查情況安排大修。3)同時對省內(nèi)該地線廠家同種性質(zhì)的產(chǎn)品進(jìn)行檢查,追溯家族性缺陷,若發(fā)現(xiàn)同樣情況,也安排大修。

3.2 設(shè)計及運維建議

(1)從設(shè)計源頭提高臨近海邊風(fēng)口區(qū)域的線路設(shè)備防腐蝕能力。(2)在靠近海邊和風(fēng)口區(qū)域的鐵塔每年必須開展一次細(xì)致的登桿檢查巡視。(3)對所有采用鋼絞線和地線分段絕緣連接方式的線路地線進(jìn)行全面普查,發(fā)現(xiàn)問題盡快組織整改。(4)在輸電線路設(shè)計階段,選用產(chǎn)品時要優(yōu)先考慮輸電線路所經(jīng)過的區(qū)域的環(huán)境污穢程度,并根據(jù)此項確定產(chǎn)品的耐污穢水平,加強選材與質(zhì)量把關(guān)。(5)對直升機巡檢后的資料和圖片進(jìn)行全面的分析。(6)開展?fàn)顟B(tài)檢修工作時,強化特殊區(qū)段管理,調(diào)整特殊區(qū)段的巡視周期和登桿檢查周期。

4 結(jié)語

通過分析500kV后廈Ⅱ路架空地線斷線事故,查找出了架空地線斷線事故根本原因,因地線所采用的稀土鋅鋁合金鍍層鋼絞線的防腐性能不良,導(dǎo)致地線斷裂,由此可見選材與質(zhì)量把關(guān)至關(guān)重要。針對此次事故,本文做出了詳細(xì)的原因分析提出了防范建議,對線路安全運行提供了有力的技術(shù)保障。

[1]王清葵.送電線路運行與檢修[M].北京:中國電力出版社,2003,12.

[2]單中折,王清葵.送電線路施工[M].北京:中國電力出版社,2003,10.

[3]DL/T 5092-1999P.110～500kV架空送電線路設(shè)計技術(shù)規(guī)程.

[4]電機工程手冊編輯委員會.電機工程手冊[M].寧波:寧波出版社,1996.

[5]張殿生.電力工程高壓輸電線路設(shè)計手冊[K].北京:中國電力出版社,1991.

陳興寶(1975—),男,國家電網(wǎng)513人才,國網(wǎng)福建省電力有限公司檢修公司帶電班班長。