架空地線斷股損傷及防范措施分析

張 鵬，周勝堃，鄭 哲

(1.內蒙古電力(集團)有限責任公司包頭供電局，內蒙古 包頭 014030；2.華北電力大學能源動力與機械工程學院，河北 保定 071003)

0 引言

架空輸電線路作為我國電網系統的重要組成部分，大多建設在空曠的野外，極易受到外界因素的影響。內蒙古地區幅員遼闊，地勢平坦，受其獨特地域環境的影響，架空線路經常發生小幅高頻的微風振動，導致線路疲勞斷股，對內蒙古電網的安全穩定帶來極大的威脅。

自第一條輸電線路架設以來，其斷股損傷問題一直是研究的重點。國內外學者對導線疲勞斷股損傷展開了大量研究，然而關于架空線路的斷股研究大多集中在導線問題上。

實際上，輸電地線的張力大、弧垂小，其疲勞斷股失效相較導線問題更為嚴重。另外，地線為保護輸電線路免受雷擊侵害更易發生雷擊斷股損傷。架空地線發生斷股損傷同樣會對電網系統產生重大影響，因此開展地線斷股損傷及防范措施的研究是十分必要的。

以下從架空地線的斷股損傷機理出發，結合實際地線損傷情況，分析斷股原因并提出防范措施，從而為預防架空地線的斷股損傷提供一定參考。

1 斷股損傷機理

1.1 疲勞斷股

微風振動又被稱為渦激振動，是引起架空地線疲勞斷股損傷的主要原因。當較為穩定的微風經過圓截面地線時，在地線背風側會產生成相對的、上下交替排列的、與旋轉方向相反的氣流旋渦，即卡門旋渦，又稱卡門渦街?？ㄩT漩渦的交替脫落會對架空地線產生周期性的交替作用力，當其頻率與架空地線的固有頻率接近或相同時，會使架空地線產生強烈的共振現象，發生小幅高頻的微風振動。

鎖定效應是導致架空地線發生長時間微風振動的主要原因。鎖定效應是指當風速在一定范圍內變化時，地線的振動頻率和卡門漩渦的頻率保持鎖定，使地線長時間處于穩定的共振狀態，加劇其疲勞損傷。因此，采取有效的措施抑制微風振動是減緩架空地線疲勞斷股損傷的主要方法。

1.2 熔融斷股

架空地線與懸垂線夾的接觸部分是線路安全的薄弱環節，特別是雷電流及短路電流極易造成懸垂線夾內地線的熔融斷股損傷。架空地線遭受雷擊或發生短路時，瞬時大電流會流經架空地線與懸垂線夾的接觸部分，使局部產生高溫導致地線局部熔蝕或完全熔斷，再加上地線受到張力作用極易產生斷股損傷。雷電流和短路電流導致地線熔融斷股的幾率較低，但一旦發生就會造成同桿架設的多回線路同時跳閘停電等安全事故，因此采取有效措施避免地線熔融斷股很有必要。

2 斷股損傷情況

內蒙古電力公司某架空線路在實際運行中地線發生了斷股損傷?，F場檢查架空地線斷開處附近存在明顯的開裂現象，說明地線斷線前經歷了長時間的疲勞損傷累積，多處存在的裂紋嚴重降低了地線的抗拉性能，導致地線斷裂。

懸垂線夾與地線接觸部分存在明顯的熔融現象，從熔融蝕口可以看出存在明顯放電熔融的痕跡。放電時產生的瞬時大電流流經鋼絞線與懸垂線夾接觸部分產生局部高溫，導致鋼絞線局部熔融斷股。

3 防范措施

檢查發現架空地線同時存在疲勞斷股和熔融斷股現象，為保證電網安全穩定運行，有必要采取以下措施減緩甚至避免地線斷股的發生。

(1) 安裝防振錘。確定合適的防振錘型號、安裝位置以及安裝數量，以達到最好的防振效果。該方法可有效抑制導地線微風振動現象，國內外已有數十年的成功應用經驗。

(2) 改進防振錘結構。防振錘結構改進從理論到實際應用難度較大、周期較長，某一種結構的適用條件局限性較大，因此改進防振錘結構的技術難度和局限性較大。

(3) 架空地線設計考慮最佳地形。選擇輸電路線時盡可能避開可能發生微風振動的地形區域，不能避開時盡量保證線路走向與風向一致或接近，以避免微風振動的發生；考慮線路所在的氣象條件及地形地貌，結合歷史雷擊活動情況，選擇耐雷水平較高的架空地線；對于雷擊活動頻繁的地區加裝避雷器，以避免雷擊電流對地線造成損傷。

(4) 加強架空線路運維巡檢。應定期進行線路的巡檢，做好地線及懸垂線夾的檢查工作。使用巡檢無人機拍攝高清地線及懸垂線夾圖像，仔細查看是否存在裂紋、局部熔融及斷股情況，如有此類情況應及時修補、更換地線和配套懸垂線夾。

4 結論

微風振動引起疲勞斷股是架空地線斷股損傷的主要原因，雷電流引起的熔融斷股雖然幾率不高，但一旦發生，危害極大。因此，對地線的斷股損傷及防范措施展開研究具有重要意義，相關的防范措施可有效減緩甚至避免地線斷股的發生。