輸電線路地線斷落原因分析及改進(jìn)措施

林滿波

摘要：地線斷線事故極易導(dǎo)致同塔多回線路同時跳閘，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)安全，本文針對目前發(fā)生的地線斷落事故事件從日常運行地線損傷及斷線機(jī)理兩方面展開原因分析，同時根據(jù)耐張段和懸垂段不同的金具連接方式，設(shè)計和安裝不同的裝置來降低地線斷線風(fēng)險，保障輸電線路安全穩(wěn)定運行。

關(guān)鍵詞：地線;斷線;懸垂;耐張;防掉線

1. 引言

近年來，地線斷線在各個供電局時有發(fā)生。地線斷線的后果是很嚴(yán)重的，特別是現(xiàn)在輸電線路已經(jīng)大部分是多回同塔，同時跳閘造成大面積停電事故，且損傷導(dǎo)線，修復(fù)時間往往要一兩天，耗時長，費用大，是當(dāng)下威脅電網(wǎng)安全的最大隱患之一[1]。

目前，根據(jù)設(shè)備運行年限和反措要求更換的地線已達(dá)1000kM量級，地線更換涉及同塔多回線路安排約一周的同時停電，將造成大量用戶錯峰停電，極大的增加了電網(wǎng)的運行風(fēng)險。施工期間需要全線架設(shè)大量的交叉跨越公路、鐵路、管線等措施和青苗賠償工作，需要投入巨大的人力和財力。

因此，針對目前發(fā)生的地線斷落事故事件展開原因分析，同時根據(jù)耐張段和懸垂段不同的金具連接方式，設(shè)計和安裝不同的裝置來降低地線斷線風(fēng)險，延長地線壽命，將獲得良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

2. 故障原因分析

正常運行過程中，導(dǎo)致架空地線損傷的因素通常有三種：

（1）地線銹蝕，長時間的運行不可避免地產(chǎn)生地線銹蝕，在污染嚴(yán)重的地區(qū)，地線銹蝕會更加嚴(yán)重，甚至可直接導(dǎo)致地線機(jī)械強(qiáng)度下降，直至拉斷。

（2）雷電流或者工頻短路電流的熱效應(yīng)。雷電流雖然幅值較大，但作用時間極短，能量小，通常不能直接導(dǎo)致地線斷線，但集中的瞬時能量可造成鋼絲灼傷。另外，線夾作為地線和桿塔的連接金具，是雷電流主要放電通道，線夾與地線之間始終存在部分間隙，雷電流在間隙間放電產(chǎn)生的電弧會導(dǎo)致地線外層出現(xiàn)局部灼傷[2]。

雷擊、鳥害或者污閃等因素導(dǎo)致絕緣子閃絡(luò)后，由系統(tǒng)繼續(xù)提供能量，維持續(xù)流通道[3]。地線-桿塔系統(tǒng)的阻抗遠(yuǎn)小于桿塔-接地體系統(tǒng)阻抗（桿塔平均接地電阻為15 Ω，地線平均檔距電阻為3.7/1 000×300=1.1 Ω）。因此在發(fā)生單相接地故障時，工頻故障電流會沿地線分流至附近接地電阻小的桿塔而入地;在發(fā)生相間接地故障時，工頻故障電流主要沿系統(tǒng)-導(dǎo)線-地線-導(dǎo)線-系統(tǒng)通道形成環(huán)流。故障時，工頻故障電流最有可能通過線夾處，而線夾與地線的接觸電阻相對較大，因此在線夾處發(fā)熱最為嚴(yán)重。

（3）微風(fēng)振動，架空電線受風(fēng)的影響，經(jīng)常出現(xiàn)的是均勻低速下的微風(fēng)振動，個別覆冰情況下的舞動，當(dāng)分裂導(dǎo)線加間隔棒時有時會在次檔距振蕩，其中微風(fēng)振動最為常見，危害性更為普遍。架空電線的微風(fēng)振動常以駐波型式表示，一定頻率下的振蕩波在波節(jié)點僅有角位移，且在電線位置上不變，檔距兩端電線懸掛點相對各種頻率的振蕩波均為波節(jié)點，受線夾約束使電線不能自由移動，是應(yīng)力集中點，經(jīng)常會受到拉、彎曲和擠壓等靜態(tài)應(yīng)力，因此該處易產(chǎn)生電線材料的疲勞斷股等損傷。另外，當(dāng)線夾與電線壓接不夠緊密時，線夾與電線間會產(chǎn)生相對運動致使電線磨損，亦導(dǎo)致線夾與電線之間的接觸電阻增大。

對于地線斷線斷股位置，絕大多數(shù)情況均發(fā)生在懸垂線夾處及其附近，斷線斷股的斷口經(jīng)分析均有熔斷的跡象。進(jìn)一步分析得出：雷電流雖然幅值較大，但作用時間極短，能量小，通常不能直接導(dǎo)致地線斷線，其集中的瞬時能量能造成鋼絲灼傷。地線斷線斷股的原因主要歸結(jié)于工頻短路電流的熱效應(yīng)[4]。

目前在國內(nèi)，對于避雷線懸垂串?dāng)嗑€的機(jī)理及防范措施研究更多的是偏向于案例分析，直接全面的研究在國內(nèi)未見報道。在案例分析中，也主要從以下兩個方面進(jìn)行簡單分析：一是地線斷線斷股機(jī)理，二是相應(yīng)的防范措施。

地線斷線斷股的原因有多種（包括雷擊，鳥害等）。在眾多國內(nèi)相關(guān)文獻(xiàn)中提到，絕大多數(shù)地線斷口位于懸垂線夾處或出口附近，且斷口顯示有多股鋼絞線存在熔斷痕跡。而且其中主要原因均指向于工頻續(xù)流的熱效應(yīng)：在懸垂線夾端口及附近接觸電阻較大，在工頻續(xù)流的作用下發(fā)熱嚴(yán)重[5，6]。不過目前國內(nèi)對于該方面的研究更多的是定性非系統(tǒng)的分析，甚少為定量全面性的研究。

除了工頻短路電流熱穩(wěn)定計算之外，部分文獻(xiàn)中還提及，對于工頻短路電流需要考慮避雷線的分流作用：雷擊架空地線斷線的同時幾乎伴隨著絕緣子閃絡(luò)放電，由于地線—桿塔系統(tǒng)的阻抗（電阻）遠(yuǎn)小于被雷擊放電接地的桿塔的阻抗，因此，在雷擊放電接地的桿塔，大部分的工頻續(xù)流分流到架空地線上。這一部分的分析確定了工頻短路電流流經(jīng)的通道，進(jìn)一步驗證預(yù)絞絲金具（預(yù)絞絲）與地線接觸部分因工頻續(xù)流發(fā)熱而導(dǎo)致斷線斷股事故的發(fā)生。

3. 防地線掉落裝置研制及應(yīng)用

3.1耐張串地線防掉線裝置研究

對于架空輸電線路耐張串來說，早期建設(shè)時耐張串地線常選用GJ50、GJ70等截面積較小的地線，且金具連接常選用楔形線夾，然后采用兩根鋼絲綁扎，地線與桿塔之間依靠金具實現(xiàn)電氣連接。此種連接在地線運行達(dá)到一定年限后，由于地線腐蝕以及微風(fēng)振動等因素導(dǎo)致的地線斷股斷線風(fēng)險大大增加。另外，當(dāng)?shù)鼐€發(fā)生了一定程度的銹蝕（甚至于基本沒有銹蝕時），楔形線夾和地線接觸處的接觸電阻相比于壓接或者預(yù)絞式連接方式都會大大增加。

針對耐張串地線主要從楔形線夾處斷線的現(xiàn)狀，我們可以設(shè)計一套后備保護(hù)裝置安裝在耐張串地線上，在地線正常運行時，此套裝置并不受力，一旦老舊地線在楔形線夾附近發(fā)生斷線后，此套加固裝置即可處于受力狀態(tài)拉住地線防止出現(xiàn)地線斷線、掉線狀況，從而避免產(chǎn)生更嚴(yán)重的事故和社會影響，大幅延長了地線的壽命，也節(jié)約了改造更換老舊地線需要投入的大量人力物力。根據(jù)南網(wǎng)的反事故措施要求，這種后備保護(hù)的金具連接方式可以選擇為預(yù)絞式金具連接。因此，我們可以稱呼這套裝置為預(yù)絞式耐張線夾，裝置如圖1所示。

此外，由于現(xiàn)有鐵塔地線橫擔(dān)處無多余的掛孔，所以需在每基桿塔增加地線掛板。而地線掛板的位置和耐張串偏轉(zhuǎn)的角度有關(guān)。對于地線往鐵塔中心外偏角度不超過30°的情況，增加掛點位置如圖2所示，對于地線往鐵塔中心外偏角度大于30°的情況，增加掛點的位置就在沿鐵塔中心線的橫擔(dān)上（圖2中的120橫擔(dān)）。目前該裝置已在東莞供電局110kV北金甲南線N2耐張塔上試用，如圖3所示。

3.2懸垂串地線防掉線裝置研究

相比于耐張串而言，懸垂串地線發(fā)生斷線的幾率要更高。事實上，據(jù)不完全統(tǒng)計，80%以上的避雷線斷線發(fā)生在懸垂線夾處，觀察到斷口有熔斷特征。打開懸垂線夾檢查，時有發(fā)現(xiàn)存在熔斷斷股現(xiàn)象。在項目背景中，我們已經(jīng)提過在三相不平衡運行、單相短路、相間短路、雷電沖擊的運行條件下，地線易處于長期高負(fù)荷運行狀態(tài)，而交流電流的趨膚效應(yīng)使電流集中在端口附件，而懸垂線夾與地線處由于地線銹蝕、接觸不良等因素導(dǎo)致接觸電阻較大，所以在懸垂線夾處容易產(chǎn)生電弧，造成地線斷股甚至斷線。

根據(jù)懸垂串地線受力機(jī)理，GJ50老舊懸垂段地線上安裝懸垂雙保險。第一層保險為預(yù)絞式護(hù)線條，根據(jù)護(hù)線條與地線的接觸電阻要小于帶磨砂預(yù)絞絲，所以用護(hù)線條來進(jìn)行機(jī)械加固;第二層保險為預(yù)絞式引流條，通過在第一層保護(hù)上加裝預(yù)絞式引流條，把可能出現(xiàn)的雷電流或工頻短路電流通過其引到塔身，提高地線的耐雷水平，通過這種方式可以避免加裝引流線帶來的金具連接處可能發(fā)熱的問題。通過以上兩層加固大大延長了懸垂段地線的壽命。目前該裝置已在東莞供電局110kV北金甲南線N3直線塔上試用，如圖5所示。

4.總結(jié)與展望

本論文主要內(nèi)容是基于預(yù)絞絲線夾加固的架空地線防掉線研究。主要完成了以下方面的工作：

（1）統(tǒng)計了歷年來的地線掉線事故，總結(jié)斷線的位置，并對斷線的機(jī)理進(jìn)行系統(tǒng)、全面的分析;

（2）完成了預(yù)絞式耐張線夾的設(shè)計，通過后備保護(hù)的方式降低耐張串地線從楔形線夾處斷線的風(fēng)險;

（3）通過分析地線在預(yù)絞絲端口斷線的原因，并采取相應(yīng)改進(jìn)措施決定采用懸垂雙保險的方式來降低懸垂串?dāng)嗑€風(fēng)險。

參考文獻(xiàn)：

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