500kV超高壓輸電線路架空地線頻繁斷股原因研究

張曉偉

摘? 要：當(dāng)前我國(guó)對(duì)于電能的需求量增加，架設(shè)的高壓輸電線路逐漸增多，因此存在500kV超高壓輸電線路架空地線頻繁斷股的情況。本文針對(duì)500kV超高壓輸電線路架空地線頻繁斷股問題進(jìn)行原因分析，提出針對(duì)性解決措施，完成斷口分析、形貌檢查等過程，消除不同因素對(duì)于地線工作的消極影響，維護(hù)電網(wǎng)安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：500kV;超高壓輸電線路;架空地線

前言：高壓架空輸電線路遠(yuǎn)距離輸電過程十分重要，其屬于風(fēng)振敏感結(jié)構(gòu)，部分路桿存在跨度大、桿塔高的情況，環(huán)境十分復(fù)雜，極易受到災(zāi)害天氣的影響。在線路架設(shè)時(shí)需要提升地線可靠性，若質(zhì)量不佳極易出現(xiàn)線路故障，進(jìn)而為電力系統(tǒng)安全運(yùn)行提供危害。因此有必要深入分析其頻繁斷股的情況，針對(duì)性解決問題。

一、500kV超高壓輸電線路架空地線運(yùn)行維護(hù)要求

500kV輸電線路在運(yùn)行工作時(shí)需要圍繞預(yù)防第一、安全第一、綜合第一的原則，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制可修，圍繞《電力安全工作相關(guān)規(guī)定》開展工作[1]。其中，運(yùn)維單位應(yīng)加強(qiáng)對(duì)線路的檢測(cè)和排查，提升維護(hù)及管理能力，借助先進(jìn)技術(shù)對(duì)線路完成科學(xué)管理，在工作中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，明確規(guī)律，提升線路運(yùn)行安全性。同時(shí)，操作及維護(hù)部門應(yīng)建立完善的崗位責(zé)任機(jī)制，掌握良好的設(shè)備條件和維護(hù)技術(shù)，了解有關(guān)規(guī)章制度，最大程度地規(guī)避安全事故，提升運(yùn)行安全性。經(jīng)濟(jì)發(fā)展時(shí)代為了滿足更多人的用電需求，我國(guó)建設(shè)了許多500kV超高壓輸電線路，大大提升區(qū)域供電優(yōu)勢(shì)。若想保障人們正常用電，需要提升其運(yùn)行管理能力，定位地線頻繁斷股原因，確保其安全運(yùn)行。

二、500kV超高壓輸電線路架空地線頻繁斷股原因分析

（一）環(huán)境因素

內(nèi)蒙古位于我國(guó)邊疆，強(qiáng)風(fēng)和季節(jié)性低溫問題頻發(fā)，因此在寒冷的冬春季節(jié)地線極易出現(xiàn)風(fēng)災(zāi)情況。受到低溫、覆冰的影響，增加550kV超高壓輸電線路的脆性，使得地線鋼絞線機(jī)械性能較低、組織缺陷，鋼線出現(xiàn)不連續(xù)的裂紋，進(jìn)而出存在斷裂情況。同時(shí)，鍍鋅鋼線縱截面和橫截面出現(xiàn)較多夾雜物，其中包含氧化鋁和硅酸鹽，其會(huì)影響鍍鋅鋼線連續(xù)性，集中應(yīng)力，出現(xiàn)面形和線性缺陷，影響其韌性、塑性、抗疲勞水平。500kV超高壓輸電線路主要應(yīng)用環(huán)境是野外，因此會(huì)受到強(qiáng)風(fēng)、雷電、冰雪因素的影響，其中雷擊的消極影響最大。

輸電線路運(yùn)行范圍和距離較長(zhǎng)，增加其被閃電擊中的概率。污染物排放問題也會(huì)使得輸電線路污染，產(chǎn)生安全故障和隱患，極易導(dǎo)致輸電線路絕緣體失效。需避免環(huán)境因素對(duì)于輸電線路的消極影響，由于輸電線路一般在室外，運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，需要及時(shí)完成故障排查和日常維護(hù)，避免地線斷股出現(xiàn)線路故障問題。定期對(duì)輸電線路完成試驗(yàn)和維護(hù)，規(guī)范維修管理人員行為，提升其積極性，降低事故頻率，制定養(yǎng)護(hù)計(jì)劃。針對(duì)斷股頻繁區(qū)域需加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，增加檢查次數(shù)，完成詳細(xì)記載，為后續(xù)故障定位和運(yùn)維提供指導(dǎo)。

（二）管理因素

管理因素直接影響500kV超高壓輸電線路的運(yùn)行維護(hù)質(zhì)量，由于其線路分布十分廣泛，極易出現(xiàn)協(xié)調(diào)不佳情況，影響組織協(xié)調(diào)效果，因此需要實(shí)現(xiàn)多合作，多溝通。對(duì)于線路敷設(shè)較長(zhǎng)問題，需要增加高級(jí)專業(yè)技術(shù)人員數(shù)量，加強(qiáng)監(jiān)控和全方位定位，最大程度地避免架空地線頻繁斷股問題。建議完成輸電線路實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提升線路運(yùn)維質(zhì)量。電力企業(yè)需要加強(qiáng)信息技術(shù)和線路管理的結(jié)合度，實(shí)時(shí)控制輸電線路，依托GPS技術(shù)完成位置跟蹤定位，提升維修效率，節(jié)省大量的物力、人力、財(cái)力。

通常架空地線主要采用OPGW和良導(dǎo)體材料，受到雷擊進(jìn)而出現(xiàn)斷股問題，其屬于概率問題，因此需要提升放電等級(jí)，最大程度地減少其斷股幾率。建議結(jié)合斷股截面分析其特點(diǎn)，針對(duì)強(qiáng)雷區(qū)、多雷區(qū)提升執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，提高地線的耐雷水平，確保鋼線單線直徑大于等于3mm，使用放電等級(jí)是200c產(chǎn)品。

（三）結(jié)構(gòu)材料因素

1.故障位置確定

其一，地線斷股位置分析。在分析斷股位置時(shí)，需要判斷斷股區(qū)域是否位于塔間檔距中部，距離線夾的長(zhǎng)度若較遠(yuǎn)，則一般不會(huì)出現(xiàn)和金具、線夾摩擦或接觸的可能，當(dāng)斷股全部是鍍鋅鋼線、鋼絞線時(shí)，極易出現(xiàn)散股情況。有時(shí)地線斷口出現(xiàn)無(wú)塑性變形情況的脆性斷口，該位置斷口面積較為齊平，無(wú)塑性頸縮、變形拉長(zhǎng)的情況，斷口干凈且呈暗灰色，表面沒有高溫熔斷和電流灼傷問題，無(wú)腐蝕損失和嚴(yán)重氧化問題。其二，斷口SEM檢測(cè)。有時(shí)借助電子顯微鏡掃描后分析檢測(cè)結(jié)果時(shí)，地線斷口區(qū)域沒有十分明顯的疲勞輝紋，其附近的鋼線表面沒有周向開裂的裂紋，因此可以分析得出其并非因微動(dòng)振動(dòng)而導(dǎo)致的疲勞斷裂[2]。同時(shí)，位于脆性斷口邊緣位置，若檢測(cè)發(fā)現(xiàn)存在軸向裂紋，且沿鋼線母線方向出現(xiàn)尖銳的凹坑缺陷，則此軸向裂紋是鋼線斷裂初始斷裂源。建議借助千分尺針對(duì)斷股區(qū)域地線完成截面尺寸的測(cè)量分析，于鍍鋅位置相同界面以90°測(cè)量2次，獲取平均值確定其直徑。

2.斷口顯微組織檢測(cè)

若檢測(cè)橫截面發(fā)現(xiàn)鋼線組織是等軸分布網(wǎng)帶狀鐵素體、細(xì)小索氏體，其中不包含淬火組織，組織中鐵素體成分較多。若截面組織內(nèi)夾雜物缺陷較多，進(jìn)而在加工階段拉長(zhǎng)，出現(xiàn)線性缺陷，容易破壞鋼線整體結(jié)構(gòu)，影響其機(jī)械性能和組織完整性。例如，在觀察鋼線鍍鋅層的表面組織時(shí)發(fā)現(xiàn)，其表面覆蓋厚度為30-50μm鍍鋅層，其層級(jí)不夠均勻，部分區(qū)域出現(xiàn)厚度是160μm鍍鋅瘤，有的區(qū)域無(wú)鍍鋅層，這體現(xiàn)鋼線鍍鋅工藝出現(xiàn)問題，不滿足其連續(xù)、均勻、平滑的要求，出現(xiàn)表面缺陷問題。因此，鋼線截面避免出現(xiàn)分層、有縮孔、夾雜等缺陷問題。

3.地線質(zhì)量缺陷

在檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)，鋼線的表面組織存在深度是30μm-50μm全脫碳層缺陷，出現(xiàn)線性開口和耳子開口。因此，需要在鋼線設(shè)置時(shí)規(guī)定其應(yīng)光潔，防止出現(xiàn)折疊、裂紋、分層等缺陷問題。針對(duì)架空地線鍍鋅鋼線完成韌性測(cè)試和單絲拉力測(cè)試，鋼線抗拉強(qiáng)度是1108Mpa，低于GB/T3428所要求的最低強(qiáng)度等級(jí)，其中鍍鋅鋼線一級(jí)抗拉強(qiáng)度需要大于等于1310Mpa。有時(shí)在開展卷繞測(cè)試時(shí)，芯軸鋼線表面會(huì)出現(xiàn)軸向開裂的缺陷，說明鋼線韌度存在問題。

4.熱軋工藝存在問題

架空地線在架設(shè)時(shí)所使用的鋼絞線材料一般屬于優(yōu)質(zhì)的碳素鋼熱軋盤條，其主要通過電爐冶煉或氧氣轉(zhuǎn)爐形成，材料來(lái)源形式為熱軋態(tài)，屬于在連續(xù)熱軋的控冷技術(shù)環(huán)境中所產(chǎn)生的珠光體或索氏體組織，因此又叫斯太爾摩盤條。此工藝若質(zhì)量較高，則能夠達(dá)到規(guī)定的韌性和強(qiáng)度。在顯微測(cè)試條件中發(fā)現(xiàn)，斷股鋼線一般呈網(wǎng)帶狀鐵素體與細(xì)小索氏體，其中鐵素體含量較多，這說明鋼線在熱軋生產(chǎn)時(shí)冷速過慢產(chǎn)生鐵素體，并在后續(xù)軋制階段完成拉伸，進(jìn)而出現(xiàn)網(wǎng)帶狀結(jié)構(gòu)。該問題會(huì)使鋼線在承受載荷過程中材料內(nèi)部無(wú)法均勻受力，大大降低鋼線韌性和強(qiáng)度。

5.鋼線表層脫碳層不均勻

部分鋼線鍍鋅鋼線表層不均勻，出現(xiàn)全脫碳層，不滿足CB/T4354標(biāo)準(zhǔn)。在鋼線加熱軋制與空冷加工階段會(huì)出現(xiàn)脫碳現(xiàn)象，進(jìn)而對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量造成影響，減少鋼線強(qiáng)度與抗疲勞性能，會(huì)導(dǎo)致架空地線出現(xiàn)頻繁斷股的問題。若鍍鋅鋼線的表面具有16μm線性開口或尖銳凹坑，可以直接說明鋼線加工過程及模具存在質(zhì)量問題，因而在后續(xù)工作中鋼線承受載荷出現(xiàn)斷裂。建議加強(qiáng)對(duì)地線的巡視和監(jiān)測(cè)工作，借助高新技術(shù)及時(shí)查看并監(jiān)控地線斷股缺陷，圍繞《架空輸電線路地線修補(bǔ)導(dǎo)則》完成監(jiān)測(cè)，提升地線電氣性能和機(jī)械性能[3]。

結(jié)論：綜上所述，通過分析500kV超高壓輸電線路故障頻繁斷股的主要原因進(jìn)行綜合整治，通過多種檢測(cè)定位故障區(qū)域，保證其機(jī)械性能、組織狀態(tài)、表面質(zhì)量滿足要求，防止不合格地線進(jìn)入電網(wǎng)，影響其安全穩(wěn)定運(yùn)行，把控導(dǎo)線的材料質(zhì)量，進(jìn)而及時(shí)發(fā)現(xiàn)輸電材料的缺陷，提升檢查質(zhì)量和效率，促進(jìn)其穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]廖思源.500kV超高壓輸電線路故障診斷與防范策略研究[J].中國(guó)設(shè)備工程，2020，（20）：165-166.

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[3]張濤，高云鵬，田峰，等.500kV超高壓輸電線路架空地線頻繁斷股原因分析[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2019，37（01）：11-15.