架空地線斷股損傷及防范措施分析

張 鵬，周勝堃，鄭 哲

(1.內(nèi)蒙古電力(集團(tuán))有限責(zé)任公司包頭供電局，內(nèi)蒙古 包頭 014030；2.華北電力大學(xué)能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院，河北 保定 071003)

0 引言

架空輸電線路作為我國(guó)電網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分，大多建設(shè)在空曠的野外，極易受到外界因素的影響。內(nèi)蒙古地區(qū)幅員遼闊，地勢(shì)平坦，受其獨(dú)特地域環(huán)境的影響，架空線路經(jīng)常發(fā)生小幅高頻的微風(fēng)振動(dòng)，導(dǎo)致線路疲勞斷股，對(duì)內(nèi)蒙古電網(wǎng)的安全穩(wěn)定帶來(lái)極大的威脅。

自第一條輸電線路架設(shè)以來(lái)，其斷股損傷問(wèn)題一直是研究的重點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)導(dǎo)線疲勞斷股損傷展開(kāi)了大量研究，然而關(guān)于架空線路的斷股研究大多集中在導(dǎo)線問(wèn)題上。

實(shí)際上，輸電地線的張力大、弧垂小，其疲勞斷股失效相較導(dǎo)線問(wèn)題更為嚴(yán)重。另外，地線為保護(hù)輸電線路免受雷擊侵害更易發(fā)生雷擊斷股損傷。架空地線發(fā)生斷股損傷同樣會(huì)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生重大影響，因此開(kāi)展地線斷股損傷及防范措施的研究是十分必要的。

以下從架空地線的斷股損傷機(jī)理出發(fā)，結(jié)合實(shí)際地線損傷情況，分析斷股原因并提出防范措施，從而為預(yù)防架空地線的斷股損傷提供一定參考。

1 斷股損傷機(jī)理

1.1 疲勞斷股

微風(fēng)振動(dòng)又被稱為渦激振動(dòng)，是引起架空地線疲勞斷股損傷的主要原因。當(dāng)較為穩(wěn)定的微風(fēng)經(jīng)過(guò)圓截面地線時(shí)，在地線背風(fēng)側(cè)會(huì)產(chǎn)生成相對(duì)的、上下交替排列的、與旋轉(zhuǎn)方向相反的氣流旋渦，即卡門(mén)旋渦，又稱卡門(mén)渦街?？ㄩT(mén)漩渦的交替脫落會(huì)對(duì)架空地線產(chǎn)生周期性的交替作用力，當(dāng)其頻率與架空地線的固有頻率接近或相同時(shí)，會(huì)使架空地線產(chǎn)生強(qiáng)烈的共振現(xiàn)象，發(fā)生小幅高頻的微風(fēng)振動(dòng)。

鎖定效應(yīng)是導(dǎo)致架空地線發(fā)生長(zhǎng)時(shí)間微風(fēng)振動(dòng)的主要原因。鎖定效應(yīng)是指當(dāng)風(fēng)速在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，地線的振動(dòng)頻率和卡門(mén)漩渦的頻率保持鎖定，使地線長(zhǎng)時(shí)間處于穩(wěn)定的共振狀態(tài)，加劇其疲勞損傷。因此，采取有效的措施抑制微風(fēng)振動(dòng)是減緩架空地線疲勞斷股損傷的主要方法。

1.2 熔融斷股

架空地線與懸垂線夾的接觸部分是線路安全的薄弱環(huán)節(jié)，特別是雷電流及短路電流極易造成懸垂線夾內(nèi)地線的熔融斷股損傷。架空地線遭受雷擊或發(fā)生短路時(shí)，瞬時(shí)大電流會(huì)流經(jīng)架空地線與懸垂線夾的接觸部分，使局部產(chǎn)生高溫導(dǎo)致地線局部熔蝕或完全熔斷，再加上地線受到張力作用極易產(chǎn)生斷股損傷。雷電流和短路電流導(dǎo)致地線熔融斷股的幾率較低，但一旦發(fā)生就會(huì)造成同桿架設(shè)的多回線路同時(shí)跳閘停電等安全事故，因此采取有效措施避免地線熔融斷股很有必要。

2 斷股損傷情況

內(nèi)蒙古電力公司某架空線路在實(shí)際運(yùn)行中地線發(fā)生了斷股損傷?，F(xiàn)場(chǎng)檢查架空地線斷開(kāi)處附近存在明顯的開(kāi)裂現(xiàn)象，說(shuō)明地線斷線前經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)間的疲勞損傷累積，多處存在的裂紋嚴(yán)重降低了地線的抗拉性能，導(dǎo)致地線斷裂。

懸垂線夾與地線接觸部分存在明顯的熔融現(xiàn)象，從熔融蝕口可以看出存在明顯放電熔融的痕跡。放電時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)大電流流經(jīng)鋼絞線與懸垂線夾接觸部分產(chǎn)生局部高溫，導(dǎo)致鋼絞線局部熔融斷股。

3 防范措施

檢查發(fā)現(xiàn)架空地線同時(shí)存在疲勞斷股和熔融斷股現(xiàn)象，為保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，有必要采取以下措施減緩甚至避免地線斷股的發(fā)生。

(1) 安裝防振錘。確定合適的防振錘型號(hào)、安裝位置以及安裝數(shù)量，以達(dá)到最好的防振效果。該方法可有效抑制導(dǎo)地線微風(fēng)振動(dòng)現(xiàn)象，國(guó)內(nèi)外已有數(shù)十年的成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

(2) 改進(jìn)防振錘結(jié)構(gòu)。防振錘結(jié)構(gòu)改進(jìn)從理論到實(shí)際應(yīng)用難度較大、周期較長(zhǎng)，某一種結(jié)構(gòu)的適用條件局限性較大，因此改進(jìn)防振錘結(jié)構(gòu)的技術(shù)難度和局限性較大。

(3) 架空地線設(shè)計(jì)考慮最佳地形。選擇輸電路線時(shí)盡可能避開(kāi)可能發(fā)生微風(fēng)振動(dòng)的地形區(qū)域，不能避開(kāi)時(shí)盡量保證線路走向與風(fēng)向一致或接近，以避免微風(fēng)振動(dòng)的發(fā)生；考慮線路所在的氣象條件及地形地貌，結(jié)合歷史雷擊活動(dòng)情況，選擇耐雷水平較高的架空地線；對(duì)于雷擊活動(dòng)頻繁的地區(qū)加裝避雷器，以避免雷擊電流對(duì)地線造成損傷。

(4) 加強(qiáng)架空線路運(yùn)維巡檢。應(yīng)定期進(jìn)行線路的巡檢，做好地線及懸垂線夾的檢查工作。使用巡檢無(wú)人機(jī)拍攝高清地線及懸垂線夾圖像，仔細(xì)查看是否存在裂紋、局部熔融及斷股情況，如有此類(lèi)情況應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)、更換地線和配套懸垂線夾。

4 結(jié)論

微風(fēng)振動(dòng)引起疲勞斷股是架空地線斷股損傷的主要原因，雷電流引起的熔融斷股雖然幾率不高，但一旦發(fā)生，危害極大。因此，對(duì)地線的斷股損傷及防范措施展開(kāi)研究具有重要意義，相關(guān)的防范措施可有效減緩甚至避免地線斷股的發(fā)生。