500 k V導線斷股原因分析及處理

馮硯廳,蘇紅梅,徐雪霞,鄭相鋒,張廣興

(國網河北省電力公司電力科學研究院,石家莊 050021)

500 k V導線斷股原因分析及處理

馮硯廳,蘇紅梅,徐雪霞,鄭相鋒,張廣興

(國網河北省電力公司電力科學研究院,石家莊 050021)

針對某變電站500 k V導線斷股情況,對斷線位置進行宏觀檢查和受力分析,認為線夾與導線接觸不良、局部線股過流、導線承載能力降低是造成該500 k V導線斷股的原因,并提出了處理措施及建議。

500 k V導線;斷股;線股過流

隨著國民經濟的發展,電力輸送容量和輸送距離迅速增長,大容量、遠距離的輸電線路陸續投入運行,送電電壓也隨之提高,線路安全性的要求也越來越高。架空導線是輸電線路電功率的載體,是保證電力系統安全運行的重要組成部分。架空線路的導線損傷、斷股,輕則降低載流量,重則造成斷線事故,影響線路的安全運行。微風振動、結構共振、覆冰、線路改造設計不當等均可能導致架空導線的損傷和斷股。

1 導線斷股情況介紹

某變電站500 k V引線采用雙分裂導線,型號為2×LGJQT-1400,于2006年投運。2013年1月17日對該站進行巡視時,發現接地隔離開關下引線(型號為2×LGJQT-1400)與上跨線間的T型線夾附近導線有損傷,鋁絞線有斷股。

對損傷導線進行檢查,發現W相最嚴重,T型線夾1號母線側斷股1根,2號母線側斷股3根;U相T型線夾1號母線側有散股現象,2號母線側斷股2根。V相T型線夾處存在發熱(溫度30.7℃)。對V相2根導線進行檢查,1號母線側斷股1根、2號母線側斷股2根。

LGJQT-1400導線的鋁絞線通常有89根,W相導線損傷面積比分別為1.12%和3.37%,U相導線損傷面積比為2.24%,V相損傷面積比為1.12%和2.24%。參照DL/T 1069-2007《架空輸電線路導地線修補導則》內容,損傷占總截面積的7%及以下均屬于I類損傷。

2 導線斷股原因分析

國網湖南省電力公司熊亮等人對500 k V船星I線斷股分析時,發現扭轉疲勞載荷下的剪切斷裂是導線斷股的根本原因[1]。蘇州熱工研究院朱仲鳴對結構共振引起輸電線路導線嚴重斷股進行了分析,認為結構共振引起導線疲勞是斷股的原因[2]。云南送變電工程公司文聰對覆冰斷股原因進行了分析,認為覆冰條件下鋁線應力過載會引起斷股[3]。中山市電力工程有限公司王澤飛對大跨越導線斷股原因進行了分析,認為二次施工改變了原有的防振措施造成疲勞失效[4]。該變電站500 k V導線為母線間的連接線,跨度較小,風振影響小,另外導線線徑相對檔距較大,應力較低,因此不存在超載、風振引起疲勞破壞的情況,引線夾處斷股另有其它的原因。

2.1 宏觀檢查

對斷線位置進行觀察,兩相斷股位置均位于線夾兩側附近,見圖1。該線夾位置由于下引線的重力作用和導線自身張力作用,導線拉應力較大。另外由于導線自身存在一定的剛度,引線重力導致該位置水平導線發生彎曲產生彎曲應力,水平拉應力和彎曲應力疊加提高了局部應力水平。由圖1還可以看出,導線表面發黑,未見金屬光澤,說明線夾內發生氧化,表面形成了較厚的氧化膜,而氧化膜是不導電的。

圖1 導線斷股位置及表面狀態照片

檢查U相線夾和V相線夾,可以看到2個線夾均存在電弧燒傷痕跡,各有一條在螺栓處燒熔,和導線接合的位置均可見燒蝕痕跡,說明電流形成了由導線-線夾自由面-螺栓-線夾固定面的流通通道。線夾燒損情況見圖2。

圖2 線夾燒損照片

結合圖2,對線夾內壁的燒蝕情況進行分析,可以推斷出導線與線夾存在局部燒蝕焊合現象。

觀察導線斷股的表面和斷口形態(見圖3),可以發現所有線股斷裂時均存在電弧燃燒過程,即導線斷股時伴隨著電弧的產生,斷裂面發生電弧燒蝕。

圖3 斷股處燒熔的斷頭和斷口

圖3顯示斷裂時線股存在拉伸過程,即在較大的拉應力作用下,線股被拉長。由斷頭附近表面的紋理也可以看出,由于鋁股表面存在脆性氧化鋁膜,在拉應力作用下發生破裂,形成垂直于線股方向的白色紋理,見圖3(a)。圖3(b)斷口保存相對完整,斷口內部可以看到熔化后液體分離的痕跡,說明該線股在斷裂時發生電弧并燒熔表面,但時間很短,沒有破壞斷口完整即熄滅了。斷口呈現小顆粒狀的亮面,體視顯微鏡下進一步觀察可見每個小面都是熔化形成的,圖3為保存最好的斷口,在斷裂后發生了微小的電弧作用,只是微觀燒損沒有形成宏觀熔化。

2.2 斷股處受力分析

水平導線本身存在較大的張力,而垂直導線由于自身重力作用和受風載的作用,會在端部形成較大的拉應力,該拉應力垂直于水平導線,在水平導線內部形成更大的張力。

另外,由于T型線夾對水平導線的垂直拉力以及導線本身的剛度作用,線夾附近受力更大。在風、重力、引線拉力的作用下,表面附加彎曲應力使得表面線股較內部線股容易發生斷裂。經過計算,線夾前后位置的應力水平遠未達到導線的許用應力,因此導線斷股不屬于正常受力過載破壞,也不屬于疲勞破壞。當個別線股通過較大電流時,線股的溫度會升高,強度會急劇下降,此時會發生個別線股斷裂。

2.3 綜合分析

由對線夾、導線的宏觀分析可知,導線與線夾發生了焊合作用,由導線表面熔化的形態推測導線受到了熱作用,斷面燒蝕的表面形貌說明導線受到電流作用。這些現象說明電流在導線表面的線股中沒有均勻分布,而是集中于局部線股。也就是說,由于長期的環境作用,線夾與導線間形成了氧化膜,這些不導電的氧化膜隔絕了線夾與導線的流通通道。

當電流較大時,線夾和導線間由于氧化膜的絕緣作用形成電壓差,電壓差將較薄的氧化膜擊穿,導線與線夾發生焊合,這樣重新建立了電流通道。電流沿著焊合的線股流動,由于焊合的線股只是少數一部分,電流過大,溫度升高,承載力下降。線股在熱態情況下發生延伸,從而發生了宏觀分析中所觀察到的現象。對于線夾,當螺栓處電阻較大并發生擊穿時,電弧隨之產生,燒損線夾。綜合上述分析認為,該電站T型線夾處導線斷股是由于線夾與導線接觸不良,局部線股過流,降低了承載能力,在拉伸應力作用下發生了斷股。

3 處理措施

根據規程要求對于少量斷股的導線可以采用補修的方法處理,預絞絲補修是常用的修復方法。

對于本次斷股的兩相導線,同樣采取預絞絲補修處理。為了提高與原導線間的摩擦力,預絞絲內表面采用粘砂處理(這樣不利于導線通過預絞絲、線夾向引線傳輸電能),將線夾移出斷股區,重新對線表面進行打磨處理后裝設線夾。

為了防止同樣的問題再次出現,在線夾與導線接合面上涂好導電膏,線夾兩端采用硅膠體密封,以減少空氣對線夾接合面的氧化。

4 建議

a.對所有T型線夾進行檢查,特別是運行時間較長線夾接合面發生氧化的引線接頭區域,主要觀察是否有股線隆起、螺栓周圍是否有電弧灼傷等現象,一旦發現立即處理。

b.對發現有斷股或者有灼傷的接頭,應當參照本次處理工藝進行處理,即便沒有發生斷股現象,導線也會存在疲勞老化和局部過流現象,需要移動引線位置。

c.清洗導線表面涂裝導電脂、密封線夾與導結間隙,是常用的有效的引線連接處理方法,當斷股較多時,也可以根據實際情況采用耐張引線夾替代普通線夾。

[1] 熊 亮,劉 純,何德家,等.500 k V輸電導線斷股分析[J],湖南電力,2009,29(2):49-51.

[2.] 朱仲鳴.結構共振引起輸電線路導線嚴重斷股的分析[J].江蘇電器,1995,(3):20-23.

[3] 文 聰.輸電線路導線覆冰斷股分析[J].云南電力技術,2009, 37(5):24-25.

[4] 王澤飛.大跨越導線斷股原因探析[J].中國新技術新產品, 2013,(7):142-143.

本文責任編輯:楊秀敏

Cause Analysis and Treatment on 500 kV Conductor Stranded Wires Broken

Causes and failure mechanism of some 500 k V wire broken defects are analyzed in this paper.Through macro-observation and stress analysis,it is considered that the wire broken fault is due to poor contact between clamp and wire causing over current within local stranded wirs,therefore led to wire broken. Based on the conclusion,the corresponding solutions are made and suggestion are provided.

500 k V line;broken;wire causing over current

TM755

B

1001-9898(2014)02-0004-03

2014-01-02

馮硯廳(1965-),男,高級工程師,主要從事焊接、鍋檢、失效分析研究工作。