架空良導(dǎo)體地線嚴重損傷的原因分析及補修

方玉群

（金華電業(yè)局，浙江 金華 321017）

1 概述

隨著架空線路采用OPGW（光纖復(fù)合架空地線）作為避雷線的應(yīng)用越來越多，為配合架空線路光纜，線路設(shè)計往往以鋼比58%左右的鋼芯鋁絞線作為另一側(cè)架空地線，從而起到有效分流和降低過電壓幅值的作用。由于架空良導(dǎo)體地線一般采用澆鑄鋼懸垂線夾進行懸垂固定（另一側(cè)OPGW一般采用提包式預(yù)絞式有釋放功能的專用線夾），其線夾直接懸掛在地線頂架上，位移釋放尺寸很小。因外層鋁股的拉斷力往往小于鋼制地線線夾的握力，當(dāng)前后桿塔因海拔高低不均造成兩側(cè)檔距相差較大時，在架空地線不平衡張力的作用下，會造成線路發(fā)生斷股或滑線事故。2008年初，金華電網(wǎng)因遭遇嚴重持續(xù)低溫雨雪冰凍災(zāi)害，部分220 kV線路架空良導(dǎo)體地線出現(xiàn)了大面積斷股損傷，表1列舉了部分良導(dǎo)體損傷的相關(guān)情況，圖1為1例架空良導(dǎo)體地線斷股的圖示。

圖1 架空良導(dǎo)體地線斷股或外層鋁線全斷滑移現(xiàn)象

2 斷股原因分析

（1）地線鋁股設(shè)計安全系數(shù)偏低。

根據(jù)設(shè)計要求，LLBJ-70/40型良導(dǎo)體地線的設(shè)計安全系數(shù)為3.0，最大覆冰10 mm。由于鋼制地線懸垂線夾的順線路受力位移分解能力差，鋼制線夾通過鋁包帶直接卡住外層鋁線，造成鋁線所承受的實際應(yīng)力遠大于設(shè)計值。

由于鋁的彈性模數(shù)EL與鋼的彈性模數(shù)EG不同，EL約為 59 000 MPa，EG約為 196 000 MPa，LLBJ-70/40型地線綜合彈性模數(shù)EZ介于兩者之間，約為91 100 MPa，當(dāng)?shù)鼐€受到拉力時，為保證鋁與鋼伸長量ε一致，應(yīng)使：

根據(jù)式（1）計算年平均運行應(yīng)力、設(shè)計覆冰10 mm和15 mm條件下各塔懸點所承受的靜態(tài)應(yīng)力及安全系數(shù)，見表2，其中σL為鋁股懸點應(yīng)力，σG為鋼股懸點應(yīng)力，σ為地線懸點應(yīng)力，KL為鋁股懸點安全系數(shù)，K為地線懸點安全系數(shù)。

從表2可知，當(dāng)覆冰10 mm時，雖然相應(yīng)桿塔的懸點應(yīng)力安全系數(shù)均能達到2.7以上，但由于在受地線張力時鋁股與鋼股受力不平衡，導(dǎo)致鋁線實際靜態(tài)應(yīng)力安全系數(shù)僅為1.56～1.66，遠低于設(shè)計安全系數(shù)3.0的要求。在覆冰15 mm時，鋁線實際靜態(tài)應(yīng)力安全系數(shù)降為1.09～1.21，而懸點總體安全系數(shù)仍為2.0左右。因此，地線鋁股設(shè)計安全系數(shù)偏低是本次良導(dǎo)體發(fā)生大面積鋁股斷線的主要原因。

（2）不均勻脫冰產(chǎn)生較大的沖擊力。

天氣轉(zhuǎn)暖時，覆冰嚴重的架空地線會產(chǎn)生不均勻脫冰，當(dāng)一側(cè)檔距地線大面積脫冰時因失去冰荷載（張力減載）而上彈，至最高點后再下拋，此時的地線拉力很大，沖擊力造成地線鋼制懸垂線夾的良導(dǎo)體固定處（壓杠）鋁股斷股或地線位移，嚴重時甚至?xí)宓鼐€頂架。2008年的電網(wǎng)冰災(zāi)事故中，大部分倒塔是因?qū)Ь€不均勻脫冰，沖擊張力拉垮直線塔頸部造成的。

（3）地線懸垂線夾握著力大于鋁股破斷力。

通過查閱相關(guān)資料和咨詢生產(chǎn)廠家，受損線路所使用的懸垂線夾握著力約為14.5 kN，而LLBJ-70/40的鋁股破斷力一般在11 kN左右，由于鋁股破斷力小于懸垂線夾的握著力，導(dǎo)致應(yīng)力增大時鋁股先行斷股。

（4）覆冰水平超過設(shè)計標準。

發(fā)現(xiàn)缺陷時，冰雪已經(jīng)融化，因而未能掌握具體覆冰厚度，但該段線路周圍3～4 km范圍內(nèi)類似地形的部分500 kV線路在相應(yīng)時間段發(fā)生了倒塔、斷線等嚴重的冰雪災(zāi)害，據(jù)現(xiàn)場測量，線路上覆冰達到了20～30 mm，據(jù)此判斷該段線路覆冰超過了覆冰10 mm的設(shè)計值。

表1 良導(dǎo)體損傷桿塔清單

表2 靜態(tài)應(yīng)力計算表

3 現(xiàn)場處理方案

3.1 斷股修補規(guī)程要求

根據(jù)DL/T 741-2001《架空送電線路運行規(guī)程》要求，斷股損傷截面超過鋁股或合金股總面積25%時，應(yīng)開斷重接。

根據(jù)DL/T 1069-2007《架空輸電線路導(dǎo)地線補修導(dǎo)則》要求：導(dǎo)地線損傷占總截面積的60%及以上或連續(xù)損傷，雖未超過Ⅲ類標準，但其損傷長度超過正常補修管所能補修的范圍，屬于Ⅳ類損傷，可以采用接續(xù)管、預(yù)絞式接續(xù)條、接續(xù)管補強接續(xù)條進行修補。

依據(jù)以上兩項標準，對表1所列的導(dǎo)體損傷進行修復(fù)。

3.2 處理方案選擇

由于損傷點均位于高山地段，地形惡劣，部分檔段同塔架設(shè)并下跨110 kV線路，若開斷重接，線路需停電且將架空地線降落至地面，交跨的110 kV線路也需停電降線配合，不僅現(xiàn)場工作量大，而且將嚴重影響線路的供電可靠性。因此，不考慮開斷重接方案。

根據(jù)DL/T 1069-2007標準，可以采用預(yù)絞式接續(xù)條進行修補。查閱相關(guān)資料可知，標準型LLBJ-70/40型預(yù)絞式接續(xù)條長度為1 300 mm，全張力接續(xù)條長度為2 240 mm。根據(jù)“預(yù)絞式接續(xù)條應(yīng)全部覆蓋損傷部位，且接續(xù)條端部距損傷部位邊緣的單邊長度不得小于l00 mm”的要求，實際修補長度為1 100 mm和2 040 mm。因此，丹大線33，36號塔，丹元線35，36號塔，溪金線15，19號塔左側(cè)可以采取上述方式修補，修補方式如表3所示。

由于溪石線45，46號塔，溪金線19號塔右側(cè)地線損傷長度均超過了相應(yīng)的修補長度，最長損傷長度達4 300 mm，為此向廠家提出定制加長接續(xù)條，考慮到現(xiàn)場帶電作業(yè)和實施的可操作性，接續(xù)條長度不宜過長，經(jīng)反復(fù)驗證，確定加長型全張力接續(xù)條長度為3 500 mm。

為確保溪石線46號塔、溪金線19號塔良導(dǎo)體地線能快速有效修補，提出了采用組合接續(xù)方式進行修補的新方法，下面以溪石線46號塔右側(cè)地線的修補為例進行介紹。

3.3 溪石線46號塔修補方案

檢修人員上塔后，先清理相應(yīng)的斷股鋁線，實測鋁線斷股長度，剪取相應(yīng)規(guī)格、長度的鋁股對其進行纏繞、填充，在小號側(cè)斷點處采用加長型全張力接續(xù)條（長度約3 500 mm）進行修補，在大號側(cè)采用全張力接續(xù)條（長度約2 200 mm）進行修補。修補后，用游標卡尺實測外纜直徑，再對修補條外層根據(jù)實測外徑采用相應(yīng)的預(yù)絞式接續(xù)條進行補強修補。修補完成后，將該掛點改為雙聯(lián)雙線夾安裝，如圖2所示。

圖2 溪石線46號塔右側(cè)地線斷股損傷超長修補

3.4 組合串修補方式的安全性論證

根據(jù)鋼比58%的鋼芯鋁絞線參數(shù)和表2可知，良導(dǎo)體外層鋁股部分承擔(dān)約20%導(dǎo)線全部破斷力，內(nèi)鋼芯承擔(dān)約80%導(dǎo)線全部破斷力，即鋼芯承受著大部分的應(yīng)力，在覆冰15 mm時其懸點應(yīng)力安全系數(shù)仍然達2.0，則其鋼芯的安全系數(shù)應(yīng)在2.5。因此，采用組合式修補方式的安全風(fēng)險是可控的。

表3 良導(dǎo)體損傷修補方式

良導(dǎo)體安全與否主要與機械性能和導(dǎo)流能力兩個指標有關(guān)。在線路綜合檢修期間，對上述修補部位進行了綜合檢查，未發(fā)現(xiàn)有位移、破損等任何缺陷，說明其機械性能是滿足要求的。在兩年運行期間，上述線路中多基桿塔附近曾遭受雷擊并導(dǎo)致線路跳閘，但修補部位無任何燒傷痕跡，證明其導(dǎo)流能力滿足運行要求。

4 結(jié)論

（1）良導(dǎo)體地線鋁股設(shè)計安全系數(shù)偏低是造成本次大面積損傷的主要原因。由于鋁、鋼的彈性模量、線膨脹系數(shù)等有差異，導(dǎo)致懸點處受拉力時鋁股承受較大的應(yīng)力，直接降低其安全系數(shù)。因此，建議在高山地段地線設(shè)計時應(yīng)盡量避免鋼芯鋁絞線或鋁包鋼芯鋁絞線，而應(yīng)采用導(dǎo)流能力相當(dāng)、安全系數(shù)更高的鋁包鋼絞線。

（2）架空地線采用鋼比58%的鋼芯鋁絞線時，由于鋼制懸垂地線線夾握著力大于鋁股破斷力，而且沒有絕緣子串長度位移分解釋放不平衡地線張力差，線路設(shè)計時可采用OPGW光纜形式的提包式懸垂線夾。當(dāng)架空地線因不均勻脫冰產(chǎn)生較大張力差，沖擊張力超過提包式線夾橡膠墊握力時，橡膠墊脫開釋放了架空地線張力，不會對良導(dǎo)體地線造成較大損傷，事后只需重新安裝提包式懸垂線夾即可。

（3）采用組合式接續(xù)條技術(shù)修補鋁股大面積損傷，具有不需要停電、修復(fù)快速、性能穩(wěn)定等特點，實踐證明其安全性能滿足運行要求，適用于良導(dǎo)體損傷的臨時搶修、長期修復(fù)等工作。

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