一起500kV輸電線路地線斷線的原因及防范

陳興寶 劉文杰 林朝暉 鄭奮成

(國網福建省電力有限公司檢修分公司,福建福州 350013)

一起500kV輸電線路地線斷線的原因及防范

陳興寶 劉文杰 林朝暉 鄭奮成

(國網福建省電力有限公司檢修分公司,福建福州 350013)

通過對福建省內一起500kV輸電線路的架空地線銹蝕斷線落地事故進行原因分析,找出了架空地線斷線的根本原因,并提出相應的防范措施和建議。

架空地線 銹蝕斷線 事故分析 防范措施

2010年10月3日17時40分,廈門超高壓局管轄的500kV后廈Ⅱ路C相故障跳閘,重合閘不成功,故障巡查,發現#21～#22檔的左右2根地線、#24～#25右地線因銹蝕斷線。經廈門超高壓局組織力量搶修,對#21-40#塔之間地線更換,于10月8日下午恢復送電。

1 現場檢查情況

500kV后廈Ⅱ路跳閘后,廈門超高壓局迅速組織運檢公司人員進行故障檢查。發現#21～#22檔的左右2根地線均斷開；#24～#25右地線也已斷落地面,斷點在地線線檔中間,兩端均連接在塔上垂至地面。

后廈Ⅱ路#21～#22右地線故障點(對應17時40分C相故障,重合不成功):第一處故障點為后廈Ⅱ路#21～#22右地線,已全部斷開并掉落地面,部分掛于#22塔身。斷點位置:一端在#21耐張塔距離地線耐張接續管約1．2米處和地線引流線并鉤線夾連接處,斷點為拉斷延展性斷口；另一端斷點在距離#22地線懸垂線夾約1．3米處(防震錘外側0．7米),斷點為拉斷延展性斷口,而在#22掛于塔上的地線斷口呈現被燒熔的黑色熔點痕跡(7股地線中有5股),另外2股無放電痕跡,后來被巡檢人員放至地面(#22的兩個斷口不是同一個斷點)。巡檢人員對#21～#22右相(C相)導線進行走線檢查,僅發現在#22側有兩處放電痕跡,分別為22#右導線懸垂線夾處聯板有燒傷痕跡以及線夾往小號側約1．5米處有放電痕跡。具體見圖1-圖4。

圖1 后廈Ⅱ路#21地線斷線照片

圖2 后廈Ⅱ路#21地線斷線照片

圖3 后廈Ⅱ路#22地線斷線照片

2 故障原因分析

2.1 線路概況

2.1.1 線路基本信息

500kV后廈Ⅱ路(后石電廠升壓站—廈門同安變電所)全長98．846km,鐵塔213基。1999年建設,2000年2月1日投運。導線規格:#117-#119、#135-#138:4×JL/LB20A-400/35鋼芯鋁絞線,其余地段使用4×LGJ-400/35鋼芯鋁絞線；地線規格:#1-#21(后石電廠出線段)、#196-#213(廈門變進線段)為2×LGJ-95/55型良導體鋼芯鋁絞線,#21-#117、#138-#196為2×GJ-70型稀土鋅鋁合金鍍層鋼絞線,#117-#138為2×LB20A-80型鋁包鋼絞線。

2.1.2 地線連接方式

圖4 地線斷線落地詳情照片

圖5 地線出廠質量證明書

圖6 #21～#22塔間地線的銹蝕形貌

圖7 鋼絞線單線的銹蝕形貌

圖8 #21塔端地線斷點位置照片

圖9 #21塔端地線斷點形貌

全線地線一般地段采用分段絕緣,即在耐張塔上一端絕緣、一端接地,直線塔全部絕緣,且地線絕緣子放電間隙為20±2mm。后石電廠出線段1#-21#和廈門變進線段196#-213#耐張塔及直線塔上地線采用直接接地方式。

2.1.3 線路沿途路徑

線路從后石電廠出線后,沿線經過龍海、漳州、角美、灌口、最后到廈門同安。龍海段#1～#140地段距離海邊較近(塔位大約距海邊5～20公里),特別是龍海港尾及白水段#10～#64區域處于海邊風口的山頭上,常年遭受海邊6～7級陣風的影響,海風附含的鹽分較高,腐蝕性強。

圖10 地線斷點處線夾A形貌

圖11 斷點鄰近線夾B形貌

圖12 試樣的拉伸試驗斷口形貌

2.1.4 跳閘前后氣候情況

9月21日,今年第11號臺風“凡亞比”在漳浦登錄,龍海港尾及白水地區的風力都達到12級；預計當時臺風給該區域的導地線造成了嚴重的沖擊；10月3日下午龍海市普降暴雨,港尾地段同時伴隨著大風、暴雨。#21～#22段的右地線先斷線造成跳閘,左地線因右地線斷線對塔位的振動也發生斷線。

2.2 地線斷線情況分析

檢查幾處斷點,發現在地線并鉤線夾處的腐蝕程度要比其他位置嚴重的多(并鉤線夾為鋁質、地線為鋼質,連接處易形成電化學反應；并且斷線處距離海邊近,金具及地線上所附鹽分較大；該線路地線為分段絕緣,地線上感應電壓高達3000～4000伏,并鉤線夾處最易放電),同時在防震錘線夾前后的地線由于長期受到微風振動影響,疲勞度較大,腐蝕也較為嚴重。

后廈Ⅱ路#21右地線大號側并鉤線夾處的腐蝕最為嚴重,線夾內多數地線已腐蝕過半,且7股鋼線在斷線前已斷裂1～2股。9月21日的第11號臺風“凡亞比”在漳浦登錄,龍海地區最大風力達到12級,預計當時臺風給該區域的地線造成了相當大的沖擊；10月3日下午#21～#30桿段區域的風力達到7級,在大風的沖擊下#21大號側并鉤線夾處的右地線首先斷線造成跳閘,右地線斷開后因地線應力變化造成鐵塔振動引起#22線夾附近的左、右地線均斷開掉落。

#24～#25處于該風口區域,地線腐蝕較為嚴重。在#21～#22地線斷開后地線張力平衡受到破壞,塔位的振動造成了該檔位地線的斷裂。

表1 地線機械物理特性表

表2 地線拉伸試驗結果

2.2.1 地線材料的檢查與試驗分析

(1)地線及其斷點的宏觀檢查:后廈Ⅱ回線路地線有關技術參數見表1,地線出廠質量證明書見圖5。首次斷線的#21～#22耐張塔間的地線的宏觀形貌見圖6、圖7,地線外表呈紅褐色,表面凹凸不平,鍍層已完全消失,表明地線已受到嚴重腐蝕。在對銹蝕地線的線徑進行抽測時,測到最小外徑為8．5mm,最小單線徑為2．0mm。斷線點位于該段地線兩端的地線跳線并溝線夾處。圖8為#21塔端地線斷點位置照片,地線跳線并溝線夾有2個,中間裝有防震錘,其末端安裝的鋼質耐張管表面鍍鋅層保留較為完整。從圖9可以看到地線斷口呈錐狀,末端線徑明顯縮小,同時線夾B(見圖11)處也可看到地線因嚴重腐蝕而線徑明顯縮小甚至已有部分斷股現象。地線并溝線夾為鋁材,線夾內的地線外表扎有鋁包帶,檢查還發現上述2個線夾在主地線(區別于引流線)側夾溝內鋁包帶已粉末化,同時夾溝內的鋁材也已剝落而孔徑明顯擴大,其表面附有白色斑痕。

(2)機械性能試驗:對首次斷線的#21～#22耐張塔間的地線抽取3段試樣,依據GB/T228-2002標準在微機控制電子萬能試驗機CMT5205上進行拉伸試驗,試驗結果見表2,試驗結果表明該地線的拉斷力已大幅下降。試樣的拉伸試驗斷口形貌見圖12,斷口無明顯縮頸變形,斷面光亮平整且與軸線成45°夾角,屬剪切型斷口。由于該鋼絞線經過形變強化以犧牲塑性來提高其強度,因而呈現出較明顯的脆性特征。

(3)斷裂原因分析:失效的地線處于近海潮濕及高鹽分的惡劣運行環境,因而要求其材料應有可靠的防腐性能。實際采用的地線材料為稀土鋅鋁合金鍍層鋼絞線(GJ-70型),該產品在當時還未列入國家標準,鍍層質量只能按廠家的企業標準執行,這在“后廈Ⅱ回500kV線路施工技術總結”中有說明。在廠家提供的質量證明書中并未給出鍍層合金的成分及加工工藝,防腐性能的優劣無從判斷。但在本線路應用中可以看到與相同環境下的其他鋼質鍍鋅金具相比,該鋼絞線的受腐蝕程度明顯嚴重得多,因此判斷該產品防腐性能較差。

現場檢查發現在并溝線夾處地線的受腐蝕程度要比其他部位嚴重,在與鐵塔連接的地線末端約600mm范圍內布有2個線夾,其間安裝1個防震錘,當地線經常受到風力吹動而擺動時由于防震錘的阻尼作用,在其兩端線夾處的地線就會受到往返的交變彎曲應力的作用,從而產生疲勞損傷,同時它也造成該處鋼線表面的腐蝕產物不斷破裂和剝離,二者綜合作用的結果加快了該部位鋼線的腐蝕速度,并最終導致該部位首先斷裂。

線夾處鋼絞線截面積的縮小(包括斷股)、腐蝕產物的隔離作用以及接觸不良等因素都會引起局部發熱甚至放電,從而損壞鋁包帶和鋁合金線夾,在斷線的瞬間還會引發較大的電弧,因而在線夾表面留下白色的斑痕。

由于失去鍍層的保護,鋼絞線受到了嚴重腐蝕,導致其截面積明顯縮小,因而拉斷力大幅下降。該鋼絞線屬于高強度等級,韌性較差,在腐蝕后截面積縮小的情況下單線容易掰斷,受到沖擊時也容易發生脆斷。

2.2.2 運行環境分析

本次地線斷線故障發生在#21～#25區域,和該區域的地理環境有關系。根據目前全線檢查,后廈Ⅱ路使用GJ-70稀土鋅鋁合金鍍層鋼絞線的地線腐蝕都較為嚴重,但最先在#21～#25區域斷開,主要是該區段距離海邊近,臨海僅5公里左右,靠海側均為平地,海風無遮擋直接吹到該區域塔位所在的山頭上,海風含有大量腐蝕性的鹽離子,常年風速大,加速了該區域地線的腐蝕速度。

從后廈Ⅱ路整條線路分布區域來看,港尾和白水段線路常年處于海邊風口,對線路設備的防腐性能造成很大影響,#1～64#段內金具和鐵塔都出現不同程度的腐蝕現象,尤其在受風側腐蝕較為嚴重。

2.2.3 地線連接方式分析

目前省內500kV線路為了降低線路損耗,地線連接方式上采用了分段絕緣單點接地方式,這種方式多數使用在沒有光纜的線路上,并且線路地線多使用鋼絞線。采用這種方式地線上感應電壓較大,地線耐張連接點處及金具長期要承受較大的感應電流影響,并且采用鋼絞線導電性能較差,無形中增大了并鉤線夾或金具等接觸點的感應電流,在感應電流長期作用下,加上部分化學離子的作用,增大了電化學作用效果,加速了連接點位置的設備腐蝕。

3 防范措施及建議

3.1 防范措施

(1)按照線路運行要求,定期組織做好停電綜合檢修,將全線GJ-70稀土鋅鋁合金鍍層鋼絞線更換成防腐性能較好的鋁包鋼絞線或良導體地線,結合停電對全線腐蝕嚴重的金具、防震錘、間隔棒等進行大修。(2)對后石出線高污穢、高腐蝕段的其余線路開展登桿檢查,根據檢查情況安排大修。3)同時對省內該地線廠家同種性質的產品進行檢查,追溯家族性缺陷,若發現同樣情況,也安排大修。

3.2 設計及運維建議

(1)從設計源頭提高臨近海邊風口區域的線路設備防腐蝕能力。(2)在靠近海邊和風口區域的鐵塔每年必須開展一次細致的登桿檢查巡視。(3)對所有采用鋼絞線和地線分段絕緣連接方式的線路地線進行全面普查,發現問題盡快組織整改。(4)在輸電線路設計階段,選用產品時要優先考慮輸電線路所經過的區域的環境污穢程度,并根據此項確定產品的耐污穢水平,加強選材與質量把關。(5)對直升機巡檢后的資料和圖片進行全面的分析。(6)開展狀態檢修工作時,強化特殊區段管理,調整特殊區段的巡視周期和登桿檢查周期。

4 結語

通過分析500kV后廈Ⅱ路架空地線斷線事故,查找出了架空地線斷線事故根本原因,因地線所采用的稀土鋅鋁合金鍍層鋼絞線的防腐性能不良,導致地線斷裂,由此可見選材與質量把關至關重要。針對此次事故,本文做出了詳細的原因分析提出了防范建議,對線路安全運行提供了有力的技術保障。

[1]王清葵.送電線路運行與檢修[M].北京:中國電力出版社,2003,12.

[2]單中折,王清葵.送電線路施工[M].北京:中國電力出版社,2003,10.

[3]DL/T 5092-1999P.110～500kV架空送電線路設計技術規程.

[4]電機工程手冊編輯委員會.電機工程手冊[M].寧波:寧波出版社,1996.

[5]張殿生.電力工程高壓輸電線路設計手冊[K].北京:中國電力出版社,1991.

陳興寶(1975—),男,國家電網513人才,國網福建省電力有限公司檢修公司帶電班班長。