500kV線路多處地線金具發(fā)熱腐蝕原因分析及控制措施探討

張治國(guó)

摘 要：在電力系統(tǒng)中，輸電線路是關(guān)鍵構(gòu)成部分之一，而架空地線具有確保電網(wǎng)順利平穩(wěn)運(yùn)作、最大程度緩解雷電對(duì)架空線路負(fù)面影響的效用。不過(guò)平時(shí)在線路班組運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，常常會(huì)面臨架空地線金具異常發(fā)熱的現(xiàn)象，如果長(zhǎng)期在大電流及高溫下運(yùn)作，那么就會(huì)導(dǎo)致掛點(diǎn)金具燒紅，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)燒熔，從而使得架空地線在短時(shí)間內(nèi)斷線，最終衍生出一系列嚴(yán)重后果。為了確保輸電線路能夠安全順利運(yùn)作，此時(shí)就要求進(jìn)一步研究線路多處地線金具發(fā)熱腐蝕的各方面原因，同時(shí)針對(duì)各方面因素采取行之有效的措施?；诖?，文章將結(jié)合實(shí)際案例，進(jìn)一步分析500kV線路多處地線金具發(fā)熱腐蝕的原因，最后提出可行的解決方案及預(yù)防控制措施，希望能給同行帶來(lái)一定的參考。

關(guān)鍵詞：500kV;金具;發(fā)熱腐蝕;控制措施

中圖分類號(hào)：TM761 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1064（2021）05-035-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.05.017

根據(jù)相關(guān)資料，在電力系統(tǒng)中，500kV及以上電壓等級(jí)的高壓輸電線路架空地線架設(shè)方式主要有三種安裝方式，即直接接地架設(shè)方式、絕緣架設(shè)方式及分段絕緣架設(shè)方式。架空地線直接接地架設(shè)方式一般是通過(guò)U型環(huán)、直角掛環(huán)、平行掛板、懸垂線夾等承力的電力金具連接于架空地線支架上;絕緣架設(shè)方式是通過(guò)玻璃或陶瓷絕緣子及放電間隙棒板、直角掛環(huán)、平行掛板、懸垂線夾連接于架空地線支架;分段絕緣架設(shè)方式就是在整條輸電線路中架空地線，分區(qū)段交替采用直接接地和絕緣架設(shè)安裝方式。

在輸電線路中，地線金具能夠充分發(fā)揮聯(lián)結(jié)及穩(wěn)固裸導(dǎo)線、導(dǎo)體和絕緣子，傳輸機(jī)械載荷、電氣負(fù)荷的關(guān)鍵效用。一旦金具腐蝕喪失效用，那么就會(huì)導(dǎo)致連接線路切斷或脫落，從而導(dǎo)致迅速停電跳閘等。為此，文章將針對(duì)500kV輸電線路地線金具銹蝕事件機(jī)理展開(kāi)進(jìn)一步分析，分析地線金具腐蝕斷裂的多方面原因，再結(jié)合實(shí)際提出針對(duì)性防范措施，有效推動(dòng)輸電線路安全穩(wěn)定運(yùn)行，希望能給同行帶來(lái)一定參考。

1 地線金具腐蝕案例

1.1 江孱一二回#6、#11塔左側(cè)地線金具電腐蝕斷裂

2011年，在進(jìn)行日常線路年檢的過(guò)程中，江孱一二回#11桿塔地線金具U-2080及ZH-7兩處掛環(huán)彼此受到磨損，由此產(chǎn)生一系列凹槽，相關(guān)工作要在第一時(shí)間內(nèi)予以替換。2013年，通過(guò)紅外測(cè)溫察覺(jué)到#11桿塔地線線夾出現(xiàn)發(fā)熱問(wèn)題，此時(shí)測(cè)定其溫度高達(dá)93.3℃。根據(jù)紅外測(cè)溫分析，金具發(fā)熱不是太陽(yáng)光直射所致，在運(yùn)行的高壓輸電線路中架空地線存在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，架空地線通過(guò)金具與大地連接形成回路。由于地線與桿塔連接的金具張力很小，在外部環(huán)境影響下地線發(fā)生熱脹冷縮，造成地線松弛或張力過(guò)大。長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行并在風(fēng)力作用下發(fā)生不規(guī)則擺動(dòng)及日曬雨淋影響，在復(fù)雜的電磁環(huán)境中，掛點(diǎn)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、接觸電阻增大。地線感應(yīng)電流大小也不斷變化，當(dāng)感應(yīng)電流較大時(shí)使溫度升高加快;由于感應(yīng)電流的作用，金具連接處電阻較大，該電流通過(guò)較大電阻時(shí)產(chǎn)生焦耳熱，而在掛點(diǎn)金具兩端也會(huì)存在一定的電壓差;當(dāng)該電壓達(dá)到其電暈放電時(shí)，不光滑的金具表面將會(huì)發(fā)生連續(xù)的電暈放電，從而造成金具局部持續(xù)過(guò)熱。筆者采取新增一根副引流線的措施，使得線夾發(fā)熱情況得到緩解。

在2014年巡視過(guò)程中，察覺(jué)到江孱一二回#6桿塔左側(cè)地線掉串到中相橫擔(dān)上（線路未跳閘）。通過(guò)核查不難看出，U-2080和U-10掛環(huán)接觸面出現(xiàn)較為嚴(yán)峻的電蝕及磨損斷裂問(wèn)題。而500kV江孱一二回為湖北省荊州市江陵換流站出線線路，在此之中采取#1-#21共桿搭建，而地線屬于LGJ-120/70型大截面鋼芯鋁鉸線，利用分段絕緣、單點(diǎn)接地手段予以布局，只能夠在#11桿塔位置直接接地。在線路四周，其他電壓等級(jí)線路較多。其中，超過(guò)500kV電壓等級(jí)輸電線路包括±500kV江城線、500kV三江一二三回、安江一二回、林江一二回、江興一二回等十余條，此時(shí)地線感應(yīng)電流較為充足。

長(zhǎng)期以來(lái)，在運(yùn)行維護(hù)過(guò)程中，不難看到500kV江孱一二回該段地線金具出現(xiàn)了一系列較為嚴(yán)峻的受損、發(fā)熱及斷裂問(wèn)題。由此推論，江孱一二回#1-#21段地線感應(yīng)電流相對(duì)較大，且地線采用分段絕緣、單點(diǎn)接地的手段運(yùn)行，出現(xiàn)了較大的地線金具磨損安全問(wèn)題。

1.2 三龍一回124#桿塔大號(hào)側(cè)左地線掛點(diǎn)金具發(fā)熱腐蝕嚴(yán)重

2019年7月25日，在迎峰度夏桿塔紅外測(cè)溫時(shí)發(fā)現(xiàn)，三龍一回124#桿塔大號(hào)側(cè)左地線掛點(diǎn)金具溫度124℃（環(huán)境溫度30℃）。發(fā)現(xiàn)缺陷后，立即安排人員進(jìn)行消缺處理。消缺人員登塔檢查發(fā)現(xiàn)，三龍一回124#桿塔大號(hào)側(cè)左地線掛點(diǎn)金具U型掛環(huán)連接點(diǎn)已燒灼變紅，腐蝕磨損嚴(yán)重，已達(dá)50%，屬危急缺陷。隨后立即對(duì)受損金具進(jìn)行了更換，并加裝了地線附引流線，消缺后再次測(cè)溫，掛點(diǎn)金具溫度降至36℃。在后期隱患排查過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)峽都一回123#塔左地線大號(hào)側(cè)金具存在類似情況。

三龍一二三回是三峽電力外送的重要通道，三峽出線包括左岸的三龍一二三回、三江一二三回，右岸的峽都一二三回、峽葛一二三四回、葛安一二回及地下電站出線峽林一二三回，共18條線路組成。三峽出線有線路密集、同桿架設(shè)或平行走向線路多的特點(diǎn)，地線大多采用直接接地形式。從2017年起至今，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)三龍線、峽都線地線金具發(fā)熱嚴(yán)重、銹蝕磨損嚴(yán)重等缺陷大多出現(xiàn)在終端塔。

2 地線金具腐蝕原因分析

2.1 地線接地方式

發(fā)熱金具桿塔地線接地方式基本為直接接地，案例中江孱一二回#11、三龍一回#123、#124均為直接接地。江孱一二回6#較為特殊，由于江孱一二回#1-#21地線采取分段絕緣設(shè)計(jì)，僅#11桿塔地線接地，感應(yīng)電流理應(yīng)全部通過(guò)#11桿塔地線接地泄流，但當(dāng)時(shí)#6桿塔地線間隙僅15mm，小于地線間隙20mm±2mm設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，使得部分感應(yīng)電流通過(guò)#6小間隙泄流。長(zhǎng)時(shí)間的電流通過(guò)，是引起地線金具發(fā)熱的主要原因[1]。電流的熱效應(yīng)使得金具發(fā)熱高溫熔燒造成金具軟化，在其他環(huán)境條件影響下，使得金具更容易發(fā)生磨損損壞。

2.2 周邊線路通道密集、負(fù)荷大

三龍一二三回終端塔位置附近，龍泉換流站進(jìn)站區(qū)段線路密集且靠近站內(nèi)高壓設(shè)備。其中，500kV以上電壓等級(jí)輸電線路有500kV三龍一二三回、500kV龍斗一二三回、±500kV龍政直流，且與500kV盤宜一二回線路鄰近。江孱一二回#6、#11周邊其他電壓等級(jí)線路多，其中500kV以上電壓等級(jí)輸電線路有±500kV江城線、500kV三江一二三回、安江一二回、林江一二回、江興一二回等10條線路。

線路密集區(qū)段地線上的感應(yīng)電流相比其他區(qū)段更大，造成金具發(fā)熱的情況會(huì)更嚴(yán)重。

2.3 微風(fēng)振動(dòng)等自然因素造成金具磨損

三峽出線多處于高山峻嶺，氣候復(fù)雜，大多為微氣象區(qū)線路，具有風(fēng)速大、風(fēng)向和風(fēng)速變化頻繁等特點(diǎn)。而江孱一二回地處二級(jí)舞動(dòng)區(qū)，常年受大風(fēng)影響。

若架空上的風(fēng)壓形成一定的荷載，輸入一定的風(fēng)能，就其發(fā)生振動(dòng)，輸入的能量與風(fēng)速平方成正比，會(huì)使得線路更容易產(chǎn)生振動(dòng)。交替風(fēng)出現(xiàn)時(shí)，這些風(fēng)力與地面各種附著物發(fā)生摩擦，造成風(fēng)速不均、時(shí)強(qiáng)時(shí)弱，致使電線及其金具發(fā)生振動(dòng)或擺動(dòng)，從而造成金具磨損。

2.4 金具本身特點(diǎn)對(duì)腐蝕的影響分析

考慮到金具自身特性，在一般情況下，其腐蝕速率要明顯高于鐵塔及導(dǎo)線。具體來(lái)說(shuō)，首先金具架構(gòu)形式相對(duì)繁瑣，同時(shí)單位質(zhì)量的比表面積較大，出現(xiàn)了明顯的邊角及孔隙部分，極易出現(xiàn)縫隙腐蝕及接觸腐蝕局部性難題，由邊角縫隙位置誘發(fā)嚴(yán)峻的腐蝕問(wèn)題。其次，金具通常要承擔(dān)較為顯著的拉應(yīng)力。在拉應(yīng)力效用下，金屬將比停止?fàn)顟B(tài)下更易受到腐蝕，由于應(yīng)力在一定程度上加深了鍍鋅層表層的受損程度，導(dǎo)致表層出現(xiàn)了更多裂紋，表層受損程度變大，而腐蝕介質(zhì)相對(duì)容易侵蝕鍍鋅層。除此之外，金具在運(yùn)作過(guò)程中常常會(huì)遭到摩擦，此時(shí)就會(huì)出現(xiàn)侵蝕現(xiàn)象。而金具連接輸電線路的過(guò)程中，并沒(méi)有全部穩(wěn)固，此時(shí)就出現(xiàn)了相對(duì)微量的活動(dòng)空間[2]。如果風(fēng)等附加載荷導(dǎo)致輸電線路風(fēng)偏或晃動(dòng)，那么就必然會(huì)導(dǎo)致金具間彼此碰觸，出現(xiàn)一系列摩擦問(wèn)題?？紤]到表層鍍鋅層會(huì)受到雨水影響，那么基體腐蝕程度較為嚴(yán)峻，腐蝕及磨損產(chǎn)出正交互協(xié)同效用，在很大程度上加重了接觸構(gòu)件間的機(jī)械及化學(xué)損傷。

3 應(yīng)對(duì)措施

工作人員要按時(shí)檢查管轄線路地線金具登桿，著重核查風(fēng)口、連續(xù)上下坡、大跨越桿塔地線及金具，在第一時(shí)間替換受損的掛點(diǎn)金具。

對(duì)于新建設(shè)的線路，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，相關(guān)設(shè)計(jì)人員要對(duì)風(fēng)口、上下坡、大跨越等區(qū)域采取高一級(jí)強(qiáng)度的地線金具，同時(shí)還需要進(jìn)一步強(qiáng)化特殊區(qū)域線路地線的防振設(shè)計(jì)力度[3]。

加強(qiáng)密集通道或變電站出線紅外測(cè)溫工作，檢查架空地線連接金具運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)熱隱患。對(duì)于金具發(fā)熱情況，要檢查金具運(yùn)行情況，必要時(shí)進(jìn)行更換，同時(shí)在桿塔地線線夾兩側(cè)加裝附引流。

關(guān)注地線金具銹蝕情況，對(duì)金具接觸面進(jìn)行處理，對(duì)不平或毛刺部分進(jìn)行打磨，用電力脂對(duì)接觸面進(jìn)行防氧化處理，銹蝕嚴(yán)重的金具應(yīng)進(jìn)行更換。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，地線金具發(fā)熱及腐蝕現(xiàn)象相當(dāng)普遍，電力人員在運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)線路班組的過(guò)程中常常碰到。同時(shí)，在理論上存在高溫熔化連接金具，使架空地線斷線的幾率。只要地線掉落，那么此時(shí)就會(huì)造成導(dǎo)線單相或多相故障，如此就會(huì)使得線路出現(xiàn)較為嚴(yán)峻的安全隱患。不過(guò)考慮到地線金具發(fā)熱或腐蝕問(wèn)題常常是在多元復(fù)雜條件下一同產(chǎn)生的，所以在實(shí)際操作過(guò)程中，電力人員務(wù)必要根據(jù)具體問(wèn)題具體分析，同時(shí)有必要對(duì)異常發(fā)熱問(wèn)題予以進(jìn)一步深層次的分析及探討。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊自崗，段利明.基于500kV架空線路分支地線金具發(fā)熱的分析處理及預(yù)控[C].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)年會(huì)，2014（1）：11-12.

[2] 金哲，尹洪，吳啟進(jìn).典型500kV輸電線路地線金具腐蝕及磨損事件機(jī)理分析[J].電工技術(shù)，2017（8）：45-48.

[3] 張洪猛.500kV輸電線路架空地線金具提升專用工具研究[J].百科論壇電子雜志，2018（19）：279-281.