500 kV 緊湊型桿塔耐張線夾連接板斷裂分析

湯世彬，趙 瀟，楊曉龍

（云南電網有限責任公司楚雄供電局，云南 楚雄 675000）

0 引言

該地區地處云南省中部，屬于西電東送、云電送粵主通道，500 kV 輸電線路規模在云南電網排名第一。耐張線夾是輸電線路重要的金具之一，其可靠性是影響電網長期安全穩定運行的重要因素。近年來，運維人員發現500 kV 線路耐張線夾連接板斷裂故障頻發，為西電東送主通道安全運行帶來重大威脅。耐張線夾損壞的常見原因有制造加工質量、線夾材質存在問題[1-2]，壓接質量差[3-5]以及耐張線夾發熱[6-8]等。線夾疲勞、材質缺陷造成的線夾斷裂事件頻發，但耐張線夾鋁管內鋼芯斷裂事件發生較少。本文針對該地區電網發生的耐張線夾連接板斷裂事件進行統計分析，并提出了合理可行的防范措施，可為類似事件的分析與處理提供參考。

1 500 kV 耐張線夾連接板斷裂情況

2013—2020 年，該地區電網500 kV 輸電線路25 基桿塔37 根子導線耐張線夾連接板斷裂，其中緊湊型桿塔23 基34 根子導線耐張線夾斷裂，常規桿塔2 基3 根子導線耐張線夾斷裂。該地區電網500 kV 耐張桿塔1 251 基，耐張線夾6 490個，按發生耐張線夾斷裂桿塔數（斷裂桿塔數/耐張桿塔數總數）核算線夾斷裂故障率為2%，按耐張線夾斷裂數（斷裂線夾數/耐張線夾總數）核算故障率為0.57%。

2 耐張線夾連接板斷裂原因

2.1 桿塔形式分布

該地區電網500 kV 輸電線路25 基桿塔耐張線夾連接板斷裂故障中緊湊型桿塔有23 基，占比92%。由統計數據可知，耐張線夾連接板斷裂主要集中在500 kV 緊湊型桿塔，常規桿塔斷裂占比較低，且均為中相。主要原因為由于緊湊型線路耐張塔的特殊性（圖1），三相導線均需要通過繞跳的方式進行連接（圖2），因繞跳改變跳線方向，使耐張線夾連接板受力更復雜，在振動下更加容易出現疲勞受損。

圖1 緊湊型耐張塔

2.2 導線分裂數分布

分析桿塔型式可知，緊湊型線路為六分裂導線排列，跳線均為繞跳型式且為避免跳線與導線、拉桿、聯板等相互磨損，設計上通過加裝TJ 間隔棒、包裹膠套將其隔開，避免磨損（圖3、圖4）。從斷裂數據統計分析來看，緊湊型桿塔發生耐張線夾連接板斷裂故障中僅1 根子導線未安裝TJ調距線夾，其余33 根子導線耐張線夾連接板斷裂均安裝有TJ 間隔棒，且TJ 間隔棒與引流線線夾壓接管端口距離在0～0.1 m 范圍內，均是相鄰子導線間安裝TJ 間隔棒。其主要原因是：

圖3 調距間隔棒與線夾過近形成剛體

圖4 TJ 間隔棒

（1）六分裂跳線位置分布及分裂導線間距、線夾引流板長度等因素導致跳線引流線線夾壓接管端口距離TJ 間隔棒過近，形成剛性的連接體起到“連桿”作用（圖5），當跳線、導線受風擺動時，2 根子導線通過“連桿”相互牽扯，可使在這個剛性的“連桿”上的耐張線夾連接板同時承受和傳遞2 根子導線的振動力，使最薄弱的連接板處被反復拗折，引起材料疲勞。

圖5 調距間隔棒安裝示意

（2）在因振動而發生斷裂的過程中，由于裂縫的存在，灰塵的堆積將導致該處的電阻增大，從部分斷裂線夾斷口存在的電灼傷痕跡可以看出，嚴重時將造成發熱，進而導致斷裂情況的加劇，最終使連接板徹底斷裂。

2.3 導線懸點位置分布

根據統計數據發現，緊湊型桿塔上兩相及常規桿塔中相斷裂21 處，占比56.76%；各子導線斷裂情況統計分析發現，最上層子導線線夾斷裂有23 處，占比62.16%。主要原因為：

（1）從桿塔型式可見，緊湊型耐張塔導線呈“倒三角”排列，常規桿塔耐張塔呈“正三角”排列，緊湊型線路上兩相、常規桿塔中相導線懸點和跳線位置更高。導線懸掛點越高，自然物對風的影響減弱，產生振動的風速范圍擴大，增加了跳線與導線振動持續時間，更容易發生疲勞受損斷裂。

（2）因跳線排列分布位置和工藝因素的影響，上層子導線跳線繞跳時均安裝TJ 間隔棒，且TJ間隔棒與引流線線夾壓接管端口距離過近，形成“連桿”。

2.4 耐張線夾型號分布

該地區電網500 kV 線路耐張線夾型號有“手槍型”（圖6）和“鋤頭型”（圖7）2 種，37 處耐張線夾連接板斷裂中 “手槍型” 斷裂31 處，占比83.78%。同一走廊，2008 年同期建設、投運的500 kV 小楚甲、乙線和2013 年同期建設、投運的500 kV 仁廠甲、乙線均為緊湊型線路，采用“鋤頭型”和“手槍型”耐張線夾的線路均未發現斷裂。其中500 kV 小楚乙線斷裂4 處（均安裝TJ 間隔棒），500 kV 仁廠甲線斷裂2 處（均安裝TJ 間隔棒），發生斷裂的桿塔與相鄰桿塔水平距離在175～500 m 之間，基本在同地形、同地貌，檔距相差52～74 m。同一走廊，2016 年同期建設、投運的緊湊型線路500 kV 仁銅甲、乙線，全部采用“手槍型”耐張線夾，發現斷裂19處，其中甲線11處，乙線8 處，在地處同一檔、同地貌甲乙線均發生斷裂5 處（均安裝TJ 間隔棒）。由分析可知，在同排列方式、同地形地貌時，“手槍型”更容易發生疲勞斷裂，主要原因是從耐張線夾結構可知，“鋤頭型” 耐張線夾彎折受剪切力部位更厚，更不易疲勞斷裂（圖8）。

2.5 地形檔距分布特點

圖6 “手槍型”耐張線夾

圖7 “鋤頭型”耐張線

圖8 不同線夾一回斷裂、一回未斷裂桿塔地形

耐張線夾連接板斷裂的分布呈現出與特殊地形及自身檔距大小有關的特點。發生斷裂桿塔所在地形主要為大風埡口或迎風坡，遠處平坦開闊靠近線路地形逐漸隆起并收縮成喇叭筒形狀，桿塔附近植被多為稀疏或矮小叢林（圖9）。相反線路途經林區且林木高于導線懸點高度的大風埡口、迎風坡等特殊地形未發生斷裂事件。從斷裂桿塔檔距大小分析可知，檔距小于500 m 占比11%，檔距在500～1 000 m 占比40%，檔距大于1 000 m占比49%。主要原因為：

圖9 典型大檔距、大風埡口、植被稀疏地形

（1）桿塔處于大風埡口、迎風坡等特殊地形附近時，當風向與導線、跳線夾角在45°～90°時，若植被均低于導線懸掛點時，由于“狹管效應”[9-10]作用導致導線振動比普通檔嚴重，容易形成穩定振動，且振動持續時間較長，長時間的振動會導致導線疲勞斷股或金具損壞，嚴重威脅著輸電線路的安全[11]。若桿塔附近林木高于導線懸掛點時，由于超高樹木阻止或減弱橫風對導線、跳線的振動強度和減少振動延續時間，因此降低了耐張線夾連接板疲勞程度，不易出現斷裂。

（2）當風穩定橫向均勻吹向分裂導線時，迎風側子線背向渦流區降低，形成上、下側交替氣旋即卡門旋[12-13]，背風側子線不可避免地在尾流中，但尾流氣流速度會不一樣，導致2 根子線發生上、下不同期振動，在剛性連桿的限制作用下，直接在耐張線夾與引流線夾連接點位置形成一個彎折應力，周期反復、長期作用后，結構最薄弱環節易發生疲勞損壞。

（3）由于檔距越大，吸收風能越大，防振系統消耗的能量也就越大，普通防振措施可能無法完全消耗風振能量。根據有關研究表明，檔距小于100 m 時，很少看得出振動，而檔距超過120 m時，導線才能因振動而引起破壞的危險，在具有高懸掛點的大檔距（大于500 m）上導線振動特別強烈。在開闊、平坦地帶線路檔距越大、桿塔越高、導線懸點越高，引起振動的風速范圍就越大，振動的相對延續時間就越長[14-15]。加之線路使用大檔距的目的就是為了大跨越，兩側桿塔所在地形多為山頂、迎風坡上，因此大跨越桿塔更易發生耐張線夾疲勞斷裂事件。

3 防止耐張線夾連接板斷裂措施

通過對該地區電網25 基500 kV 桿塔耐張線夾連接板斷裂情況和現場環境等進行分析，可以總結出以下幾點耐張線夾連接板斷裂隱患排查重點和防范措施。

3.1 排查重點

（1）按桿塔型式。重點排查緊湊型耐張塔和常規耐張塔中相導線耐張線夾。

（2）按導線分裂數。重點排查六分裂導線且相鄰子導線間安裝有TJ 間隔棒。

（3）按線夾型號。重點排查“手槍型”耐張線夾。

（4）按現場地形。重點排查大檔距、大風埡口、迎風坡和平坦開闊地等微氣象地區桿塔。

綜合各引發耐張線夾連接板斷裂因素可知，500 kV 線路耐張線夾運維和斷裂隱患排查的重點應在處于大風埡口、開闊平坦地變山地等風口地區的大檔距緊湊型桿塔且相鄰子導線間安裝有TJ 間隔棒的耐張線夾的桿塔。

3.2 整改防范措施

（1）對大檔距（大于500 m）安裝的TJ 間隔棒進行拆除，更換安裝柔性TJ 間隔棒（圖10，將TJ間隔棒中間剛體連接桿更換為彈簧式的柔性連接）或用膠套進行包裹，消除TJ 間隔棒安裝后形成的剛性連桿效應。在投運的緊湊型線路中使用膠套隔離的，僅有1 處耐張線夾斷裂（未安裝TJ 間隔棒）。由運維經驗可知，膠套在使用3 年以上存在普遍老化、脫落情況（圖11），需定期更換補裝膠套。目前該地區電網已試驗性安裝30 個柔性TJ間隔棒，效果需進一步驗證，在柔性TJ 間隔棒使用效果未得到驗證前，仍建議優先使用膠套包裹。

圖10 柔性TJ 間隔棒

（2）對于新建線路采用跳線繞跳方式且安裝TJ 間隔棒時線路路徑應避開風口等微氣象區，優先使用彎折處受剪切力部位更厚的“鋤頭型”耐張線夾。

圖11 膠套老化、脫落

（3）結合停電開展耐張線夾外觀檢查和X 探傷，出現線夾斷裂時采用行業內常用的補壓TY 型線夾引流方法來改造或更換斷裂耐張線夾[16]，緊急情況可以用預絞絲引流臨時處置，見圖12。

圖12 補壓TY 線夾改造

4 結語

通過本文分析可知，位于大風埡口、迎風坡、平坦開闊地等微氣象地區的線路，檔距越大、桿塔越高、懸掛點越高、TJ 間隔棒與引流線線夾壓接管端口距離過近形成“連桿”的繞跳跳線耐張線夾連接板越易發生斷裂事故。