超高壓輸電線路T型線夾發熱斷線原因分析*

羅 偉

(國網張掖供電公司，甘肅 張掖 73400)

0 引 言

T型線夾是用來將耐張桿塔導線電流引向引流線的一種連接金具，主要起引流作用，同時也起到將引流線與導線連接固定的作用，T型線夾作為輸電線路重要工具，其可靠性是影響電網長期安全穩定的重要因素，隨著電網的迅猛發展，電壓等級的提高，對輸電線路T型線夾的性能要求也在不斷提高。而電網建設過程中技術監督驗收手段未起到有效作用，部分已安裝的T型線夾發生不同情況的發熱、斷裂、燒傷、內部腐蝕和性能裂化，嚴重的將導致T型線夾端部緊固的導線斷裂失效，從而影響電網的安全運行[1-2]。

文中主要分析T線夾壓接質量未達標、T型線夾發熱等損壞原因，并根據情況制定相應解決辦法，對輸電線路穩定運行有重要意義。

1 故障及T型線夾斷裂原因分析

2019年5月，某330 kV線路輸電線線路跳閘，造成變電站失壓，嚴重影響供電質量，經現場查看，耐張塔B相導線1號子導線T型線夾處導線發生斷裂，導致線路跳閘，該線路使用鋼芯鋁絞線型號為LGJ-300/50*2，T型線夾鋁管的材質為純鋁，事故發生時附近未出現任何災害天氣，線路載流量為81%，超過導線所能承受的運行經濟電流，經過后期對該地區330 kV輸電線路排查，發現T型線夾紅外測溫數據嚴重過高，屬于危機缺陷；圖1為壓接后T型線夾照片。

1.1 斷口處紅外測溫情況分析

截至8月3日，輸電運檢中心開展順黑一線19基耐張桿塔中相引流T型線夾紅外測溫跟蹤測量。發現溫度異常線夾11處，實測溫度統計情況如表1所示。

圖1 壓接后T型線夾照片圖樣

表1 耐張178#B相紅外測溫數據

表中為跟蹤紅外測溫數據，溫度異常點紅外測溫實測溫度(℃)順黑一線#0178塔中導線大號側(見圖2)導線端2#子導線線夾發熱，發熱點溫度83.1 ℃，正常點溫度11.3 ℃，高71.8 ℃，環境溫度11 ℃，濕度99%，#0178塔中導線小號側(見圖3)導線端2#子導線線夾發熱點溫度83.1 ℃，正常點溫度11.2 ℃，高71.9 ℃，環境溫度11 ℃，濕度98%，依據《架空送電線路運行規程》不得超過同導線溫度10 ℃，且不得高于導線的運行最高溫度(+70 ℃)。輸電線路節點(并溝線夾、跳線引流板、T型線夾和設備線夾)連接處發熱溫度大于90 ℃或相對溫差不小于80%時為嚴重缺陷；發熱溫度大于130 ℃或相對溫差不小于95%時為危急缺陷。根據測溫結果，順黑一線178號B相T型線夾處發熱溫度過高，屬于嚴重缺陷，嚴重影響線路供電質量。

圖2 導線端2#子導線線夾發熱 圖3 導線端2#子導線線夾發熱點

T型線夾溫度過高主要原因是雜質集聚空隙過大造成，使得接觸電阻R增大，根據公式：

Q=0.24IRt

(1)

在通過線夾的電流I大小不變的情況下，T型線夾接觸處產的熱量Q將因R的增大而增加，而高溫和腐蝕性物質共同作用將導致線夾接觸表面氧化，形成氧化層，進而增大接觸電阻，這將進一步加劇線夾接觸面的發熱。同時，張力的影響將造成導線和鋼芯的磨損，長時間運行，達到鋼芯所能承受的最大負載時造成斷線事故。

1.2 斷口處無人機巡視情況分析

根據無人機巡查照片，對發生斷裂的導線進行宏觀分析，導線斷裂發生在T型線夾未進行壓接處，即導線與T型線夾存在空隙的部位，該部位是發生結構突變的位置。發生斷裂的T型線夾4/5已經過液壓同導線固定在一起，使發生斷裂的線夾鋁管過渡部位存在近似鋁性連接結構，鋁管的與鋁線部位(見圖4)存在一個空隙。

圖4 鋁線部位

從壓縮型T型線夾線與導線過渡的宏觀形貌，可以看出斷面存在明顯低周疲勞紋，疲勞裂紋起源于鋁管外壁，向內壁發展，疲勞區域寬約1 mm，占整個斷口的接觸直徑的1/7，兩個斷裂線夾斷裂部位外壁未發現明顯外力損壞痕跡。

2 T型線夾壓接處應力計算

通過330 kV順黑一線出現發熱情況，從發熱-巡視-治理-跟蹤環節開展定性和定量記錄，T型線夾在實際桿塔上的現場(見圖5)。

根據現階段330 kV線路T型線夾建立應力數學模型，將T型線夾與導線結構建立理想結構，將鋼芯比作9根絲線合成的單根鋼線，其截面與實際相符為24 mm2,鋁導線也按照以上方式進行簡化，T型線夾為純鋁澆筑形式等價為整體結構，將軸對稱模型從中間剖開進行分析(見圖6)。

圖5 T型線夾在實際桿塔上的現場 圖6 局部T型線夾模型

位移的邊界條件設為沿著軸的方向上的位移為0，施加載荷等于鋁絞線張力(平均張力為29.3kN)施于T型線夾遠端。T型線夾與鋁導線進行耦合處理，鋼的彈性模量2×1011 Pa、泊松比0.28 和鋁的彈性模量5.9×1 010 Pa、泊松比0.31 等參數輸入模型，范式等效應力最高值出現在T型線夾末端周圍的鋼芯絲上，閾值為255 MPa，遠低于《鋼芯鋁絞線用鍍鋅鋼絲》中規定的鋼芯絲的抗拉強度高于1 290 MPa、l%延伸強度高1 100 MPa 的范圍。

3 T型線夾處導線發熱解決措施

結合現場實際情況和T型線夾安裝情況，技術人員制定了停電消缺任務，并預先編制好實施方案，重點解決兩方面問題：①T型線夾由于結構問題造成端部有縫隙，縫隙在長時間運行過程中逐步激增氧化腐蝕物，造成接觸電阻增大；②T型線夾主干一直通過整條導線全部負載電流，接觸電阻大造成發熱嚴重，通過分流的方式較少T型線夾承受的巨大電流，緩解局部發熱嚴重情況。停電之后，檢修人員將首先對舊T型線夾更換為改進型T型線夾(見圖7)。

處理辦法：①采用此T型線夾兩邊同時液壓，并按要求打磨、潤滑，保證壓接后導線與連接金具緊密貼合不會出現縫隙，減少線夾縫隙在長期雨水和空氣雜質的積累下造成局部電阻過大；②按照預先制定的方案加裝附引流，在絕緣子導線端與導線處加裝附引流，在引流線與主導線間加裝附引流圖8，起到電流分流的作用，有效緩解電流只從主導線通過的情況，減輕T型線夾處電流壓力。

圖7 改進型T型線夾加裝附引流 圖8 引流線與主導線間

4 跟蹤T型線夾紅外測溫

截止5月份，2019年8月加裝附引流工作之后跟蹤紅外測溫數據，中心共完成3條線路21處紅外測溫跟蹤，經過整改后的線夾發熱溫度降低，跟蹤順黑一線187#三相T型線夾2處紅外測溫結果如表2。

如圖9為B相大號側，圖10為B相小號側為更換T型線夾和加裝附引流紅外測溫照片。

表2 187#三相T型線夾2處紅外測溫結果

圖9 B相大號側圖10 為B相小號側

5 結 語

T型線夾部位發熱造成局部熱量劇增，致使導線發生熔斷的情況，主要是因為T型線夾壓接工藝不滿足運行要求，連接金具壓接后未能充分與導線貼合，造成線夾端頭部位存在縫隙，長期運行T型線夾與導線之間氧化物增多，局部接觸電阻增大，而導線電流隨著負荷大小時時變動，溫度波動產生的交變應力使導線表面出現疲勞裂紋[6]，當導線和鋼芯剩余截面不足以承受發熱產生的熱應力和導線產生的張力時，致使T型線夾處就會發生瞬間斷裂。近年來國內發生過多處因T型線夾壓接質量不良、內部充水造成局部發熱情況，從而導致T型線夾處導線斷裂事故，因此在采用改進型T型線夾將大大減少局部雜質積累，氧化和發熱造成斷線事故。同時，加裝預絞絲可以減輕主導線運行載流量，緩解T型線夾局部電阻過大造成的發熱壓力，保證輸電線路安全可靠運行。