500kV輸電線路架空地線直接接地掛點金具發(fā)熱磨損原因分析

胡怡 袁慧勇

摘 ?要：針對架空地線直接接地掛點金具發(fā)熱并磨損問題，筆者深入分析架空地線直接接地金具產(chǎn)生過熱以及出現(xiàn)磨損的原因，得出由于線路正常運(yùn)行時架空地線存在感應(yīng)電流和感應(yīng)電壓，掛點金具長時間存在不平衡力的作用和受外部環(huán)境的影響導(dǎo)致腐蝕，使接觸電阻值增大，在出現(xiàn)感應(yīng)過電壓時產(chǎn)生電弧放電從而導(dǎo)致掛點金具局部發(fā)熱，采取安裝引流線和更換腐蝕、磨損嚴(yán)重的掛點金具的措施來消除異常發(fā)熱現(xiàn)象，對輕微銹蝕的金具采用加強(qiáng)防銹噴漆方式處理來提高地線掛點金具的強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：500kV輸電線路;架空地線;直接接地;掛點金具;發(fā)熱

在電力系統(tǒng)中，架空地線是架設(shè)在輸電線路上方，為避免輸電線路遭受直接雷擊而鋪設(shè)的線路，架空地線也就是我們通常所說的避雷線。架空地線就是處于雷云與輸電導(dǎo)線之間的一道屏障。輸電線路架空地線運(yùn)用實踐表明，架空地線能有效防止雷電直擊輸電導(dǎo)線; 當(dāng)雷擊輸電線路桿塔時，架空地線能起到分流作用，減小桿塔塔頂電位，防止雷電反擊; 當(dāng)雷擊輸電線路附近大地時，架空地線能起到屏蔽作用，降低在輸電導(dǎo)線上引起的感應(yīng)雷過電壓。架空地線是高壓輸電線路結(jié)構(gòu)的重要組成部分，因此輸電線路安裝架空地線，可以減少雷害事故，提高線路運(yùn)行的安全性。

1 掛點金具發(fā)熱原因分析

天平 I 線小轉(zhuǎn)角塔的地線通過 U 形環(huán)、直角掛環(huán)、平行掛板、懸垂線夾等金具連接直接接地，如圖 1 所示。當(dāng)發(fā)現(xiàn)掛點金具出現(xiàn)發(fā)熱緊急缺陷后，運(yùn)維單位立即對小轉(zhuǎn)角直接接地的桿塔進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)掛點金具出現(xiàn)了嚴(yán)重銹蝕、且個別金具出現(xiàn)嚴(yán)重磨損的現(xiàn)象。經(jīng)現(xiàn)場初步判定，掛點金具發(fā)熱原因為金具磨損、銹蝕氧化產(chǎn)生不導(dǎo)電產(chǎn)物導(dǎo)致接觸電阻值增大，電流通過時產(chǎn)生一定的焦耳熱。

根據(jù)紅外測溫分析，金具發(fā)熱不是太陽光直射所致，而是在運(yùn)行的高壓輸電線路中架空地線存在感應(yīng)電動勢，架空地線通過金具與大地連接形成回路產(chǎn)生的影響所致。由于地線與桿塔連接的金具張力很小，在外部環(huán)境的影響下地線發(fā)生熱脹冷縮，造成地線松弛或張力過大，且地線長時間運(yùn)行受日曬、雨淋影響以及在風(fēng)力作用下發(fā)生不規(guī)則擺動。在復(fù)雜的電磁環(huán)境中，掛點金具承受著拉伸、扭曲、剪切等垂直荷載和水平荷載的作用，金具逐漸磨損、生銹而使接觸電阻增大，地線感應(yīng)電流的大小也不斷變化，當(dāng)感應(yīng)電流較大時，金具的溫度升高加快。由于感應(yīng)電流的作用，當(dāng)金具連接處的電阻較大，該電流通過較大的電阻時產(chǎn)生焦耳熱，而在掛點金具兩端也會存在一定的電壓差，當(dāng)該電壓達(dá)到其電暈放電時，不光滑的金具表面將會發(fā)生連續(xù)的電暈放電，從而造成金具局部持續(xù)過熱。

1.1地線感應(yīng)電壓的存在

1） 高壓輸電線路正常送電時，架空地線中會受到三相電流的電磁感應(yīng)而出現(xiàn)感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流。2） 高壓輸電線路交叉跨越或穿越其他帶電線路時，以及與其他線路平行同走廊走線時，也會對地線產(chǎn)生感應(yīng)電壓。3） 雙回不同塔線路中部分桿塔共用接地網(wǎng)時會使得該處桿段架空地線感應(yīng)電動勢加大。

1.2分段絕緣形成多個電路回路

在大電磁環(huán)境中分段絕緣區(qū)段內(nèi)構(gòu)成一個完整的小電流回路，也就是地線通過直接接地掛點金具與鐵塔和大地相連形成回路。在回路中直接接地掛點金具相當(dāng)于電阻元件，用符號 R表示，即 R1和 R2; 通過絕緣子連接的絕緣部分相當(dāng)于電容元件，用符號 C1、C2、C3…Cn表示。二者并聯(lián)在電路中，在分段內(nèi)地線絕緣架設(shè)的桿塔越多，等效并聯(lián)的電容越多，在電磁環(huán)境的作用下導(dǎo)線對架空地線的感應(yīng)電壓會變大。

1.3感應(yīng)電壓大

500 kV 天平 I 線起于天生橋一級電站，止于500 kV 平果變電站，線路總長 400 多 km，全線鐵塔較矮，與 500 kV 天平Ⅱ線平行同走廊，兩條線路最近點不足 20 m，兩條線路存在共地網(wǎng)的情況，在線路高負(fù)荷運(yùn)行時導(dǎo)線對各自架空地線會相互感應(yīng)出較大的感應(yīng)電動勢。隨著電網(wǎng)建設(shè)不斷發(fā)展，現(xiàn)如今天平 I 線整條線路中與其他帶電線路存在多處交叉跨越，經(jīng)查閱資料獲悉，該線路被特高壓±800 kV 楚穗直流、±500 kV 金中直流線跨越，并跨越多條110kV、220kV輸電線路。正常情況下，500 kV 線路靜電感應(yīng)電壓在 50～60 kV 之間，但在與其他帶電線路交叉跨越、與其他線路共用地網(wǎng)時，地線上感應(yīng)電壓會大大增加;在高負(fù)荷運(yùn)行時，感應(yīng)電壓即達(dá)到金具電暈放電時所需的電壓。

1.4掛點金具電阻值增大和金具磨損

由于直接接地的小轉(zhuǎn)角桿塔架空地線張力會比較大，500 kV 天平Ⅰ線采用 AACSR-97 型鋁合金鋼絞線，計算重量為 707.3 kg /km。小轉(zhuǎn)角塔掛點除了受到地線本身的重力外，還受到向前的牽引力、張力以及向左或向右的剪應(yīng)力。當(dāng)掛點金具在三種力的共同作用及大小不等且方向不同的風(fēng)力反復(fù)作用下，慢慢地金具接觸點會發(fā)生輕微磨損，磨損的地方很快會被氧化而產(chǎn)生不導(dǎo)電的化學(xué)產(chǎn)物，然而在掛點處的作用力永遠(yuǎn)不會變得均勻或消失停止，長時間的磨損氧化，使掛點金具截面積逐漸變小，而氧化物越來越多，進(jìn)而導(dǎo)致電阻值增大。

2應(yīng)對措施

1） 安裝地線引流線，進(jìn)行引流導(dǎo)流。采用與地線同型號的良好導(dǎo)體制成引流線安裝于架空地線支架左右兩側(cè)，并且通過并溝線夾使得引流線與地線穩(wěn)固連接，接地端直接通過螺栓與塔材緊固連接。對于出現(xiàn)緊急發(fā)熱缺陷的金具必須緊急處理，采取在帶電運(yùn)行方式下進(jìn)行安裝接地引流線。2） 對銹蝕嚴(yán)重、磨損嚴(yán)重的掛點金具進(jìn)行帶電更換，要使用高強(qiáng)度、導(dǎo)電良好的金具材料; 對于銹蝕輕微、磨損輕微的金具，可等到線路停電檢修時進(jìn)行更換并做好記錄。3） 對防銹層脫離的金具要進(jìn)行防銹噴漆處理，防止金具因日曬、雨淋、粉塵及化學(xué)活性氣體的侵蝕而發(fā)生氧化。4） 利用每年大修技改期間制定計劃，采取奇數(shù)段接地、偶數(shù)段換位的接地方式，利用500kV雙架空地線感應(yīng)電壓近乎反相的特點，通過架空地線的偶數(shù)段換位，使同一段地線換位前和換位后的電壓得到中和，有效降低了感應(yīng)電壓，減小了接地環(huán)流的產(chǎn)生。

3運(yùn)行建議

1） 對服役多年的老線路，要高度重視直接接地的架空地線掛點金具的運(yùn)行情況，特別是小轉(zhuǎn)角桿塔，因其地線掛點金具受多種作用力。要利用紅外測溫儀定期進(jìn)行測溫，利用高清無人機(jī)攝像頭對金具進(jìn)行高清晰拍照檢查并進(jìn)行分析，充分發(fā)揮無人機(jī)的機(jī)動靈活、快速高效的特性。2） 在檢修期制定計劃，對掛點金具進(jìn)行打開檢查，將使用高精度游標(biāo)卡尺對磨損處進(jìn)行測量并詳細(xì)做好記錄，為運(yùn)行分析作對比。3） 對處于重要交跨的地線掛點應(yīng)進(jìn)行加固處理，將單聯(lián)單線夾掛點改為單聯(lián)雙線夾或雙掛點雙線夾連接方式。4） 金具安裝前應(yīng)加強(qiáng)對鍍鋅質(zhì)量的檢測和控制，在確保尺寸精度的前提下，應(yīng)盡量增加鍍鋅厚度。目前，金具表面鍍鋅層平均厚度為 85 μm。實驗表明金具表面鍍鋅層增到 192 μm 時，能使金具使用壽命延長。5） 在受腐蝕嚴(yán)重的區(qū)段，應(yīng)加強(qiáng)防護(hù)措施，可在鍍鋅表面涂覆一道柔性耐磨涂層，顯著提高金具的防腐壽命和抗微動腐蝕特性。由于金具在運(yùn)行中較難維護(hù)，因此需在安裝之前涂覆。

總之，在線路正常運(yùn)行情況下架空地線感應(yīng)電的存在是不可避免的，同時架空地線常年暴露在空氣中與硫化物等化合物發(fā)生復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致金具表面慢慢地被腐蝕。為了有效防止地線掛點金具因腐蝕、磨損而導(dǎo)致異常發(fā)熱，在現(xiàn)行條件下應(yīng)對老舊線路本體設(shè)備進(jìn)行細(xì)化管控，對重要掛點金具進(jìn)行分類處理，對小轉(zhuǎn)角直線塔掛點金具應(yīng)加強(qiáng)防腐處理，應(yīng)用高強(qiáng)度材料替代普通材料，在直接接地掛點兩側(cè)安裝引流線，并專人跟蹤、制定科學(xué)的防范措施。同時，一線設(shè)備的運(yùn)維人員必須實時掌握設(shè)備運(yùn)行情況，避免金具持續(xù)性發(fā)熱而加劇設(shè)備的磨損程度，從而導(dǎo)致架空地線墜落事故的發(fā)生。

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