王新颖,鞠彦忠,周文斌

(1.东北电力大学建筑工程学院,吉林吉林 132012;2.广东电网公司阳江供电局,广东阳江 529500)

35 kV架空输电导线老化状态分析

王新颖1,鞠彦忠1,周文斌2

(1.东北电力大学建筑工程学院,吉林吉林 132012;2.广东电网公司阳江供电局,广东阳江 529500)

对运行数十年的阳江35k V输电导线的老化状态和输电导线的断线的可能原因进行了分析。通过对输电导线的力学性能的测试、分析得出:输电导线表面有轻微的腐蚀,钢芯直径的变化对于导线的外径变化有直接的影响,服役多年的输电导线的外径增大了1.67%～4.24%;钢芯单股的拉断应力能达到标准中规定值的106%,伸长率也同样满足要求;但部分铝股的抗拉强度低于95%,其余的大部分铝股满足标准要求;老旧导线的绞线拉断力还能达到95%的计算拉断力,而老旧导线的抗拉强度与未服役导线相比将低了2%～18%。结果表明:运行的输电老旧导线的老化状态属于注意状态,应加强对线路的巡视与监测。

输电导线;老化状态;断线原因;力学性能

1 断线原因分析

在断线原因分析方面,国内外的研究经验表明,架空线路容易在沿海、沙漠、跨河、跨海等地形条件下发生严重的微风振动,在2周内没有防振保护措施的导线就可能导致疲劳断股,严重时导线断裂而引起断电事故,威胁架空线的运行寿命,乃至输电线路的安全[4]。一般认为:风致振动导致导线内部铝股线之间的微幅滑移和交变应力,由此产生的微动磨损、疲劳是导线损伤、降低导线使用寿命的主要原因之一[5];而当输电线路穿过工业污染区或沿海地区时,导线的大气腐蚀也是造成其损伤关键因素之一[6];两者往往产生叠加效应(微动和腐蚀),加剧导线的损伤,易造成断线、断股等输电事故[7]。庞志宏,陈宝[8]从两起导线断线事故着手分析,陶可森[9]从悬垂线夹的防振角度分析,都认为架空线路导、地线的磨损断股有多种因素,而最多的是微风振动引起的导线疲劳损坏,且多出现在导线、地线的支持点附近。

2 输电导线的力学性能测试

2.1 基本参数测量

本文根据导线规范[10-14]的要求测量型号为LGJ70/10的新旧导线的外径和直流电阻。采用纸带法进行外经测量,采用惠斯登电桥测量直流电阻。老旧的输电导线在测量前应先去除导线表面的氧化层,操作时要小心,防止损伤导线。测量时采用测量3次取平均的方法,测量的结果见表1。表1中的Old代表老旧导线,New代表新导线,节径比是节距与直径之比。表1中的各比值的计算如下:r1＝(铝直径÷ 3.8)×100;r2＝(钢直径÷3.8)×100;r3＝(导线直径÷11.4)×100。

表1 新旧导线基本参数测量的结果

规范[10]中给出的型号为LGJ70/10导线的外径是11.4 mm,在20℃时导线的直流电阻的最大值为0.421 7Ω/km。测量结果与规范相对比得出:老旧导线的直径增大了1.67%～4.24%(±1%d);铝单线的直径变化不大,钢单线的直径增大1.49%～4.24%;节径比均在限值之内,老旧导线的节径比明显比新导线的大;直流电阻值均小于限制,但是有防振锤的直流电阻值明显大于其他老旧导线,老导线的20℃直流电阻大于新导线的20℃直流电阻。从其导线的外观观察导线表面带有均匀的点蚀现象,导线呈现灰黑色,如图1所示。

2.2 单股断裂强度试验与钢线1%伸长试验

2.2.1 试验材料及仪器标定

从更换下来的8条导线上各选取3根钢股和3根铝股,总共试样48根,其中铝股24根,钢股24根。由于输电导线结构的特殊性,试验前将试样校直且操作时不得拉伸或碰伤试样。根据标准在试件的中间标出200 mm的标距作为试样拉伸的标准长度。

图1 35 k V老旧导线的形貌

实验前对部分仪器进行校准,以确保试验结果的可靠性。使用YB型引伸计检定仪对型号YJZ-6/50、YJZ-25/50的两种夹式引伸仪进行标定。标定了5次,得到的引伸仪读数与应变仪读数的关系如图3和图4所示,可见两种引伸仪都具有良好的线性比例,可用于本次试验。

从这些细节不难看出，少年时期“我”所接受的是传统意义的封建私塾教育和封建式家庭教育。寿镜吾老先生和“我”的父亲，都是封建教育的代表，呆板，严苛，不懂童心，“我”的儿童天性，喜欢花鸟虫鱼的爱好和提问的做法在老师那里被视作不可以，看五猖会的迫切在父亲那里置若罔闻，全然不顾，封建式教育为“我”砌上一道无形的围墙：一道摧残儿童身心健康发展的教育围墙。“我”整天与枯燥乏味的书本打交道，这里的世界没有五彩的贝壳，没有有青蛙似的两只脚的跳鱼儿，没有西瓜要看守，没有皮毛像油一样光滑的猹，更没有瓜地刺猹，雪地捕鸟的乐趣。

图2 YJZ-25/50夹式引伸仪标定

图3 YJZ-6/50夹式引伸仪标定

2.2.2 试验过程

将已经测量完直径的试样安装在液压万能试验机上,使试验机逐渐地匀速地施加荷载,控制夹头移动速度为30 mm/min,记录输电导线拉断时的拉断力。对钢股拉断试验时,在200 mm标距的中央安装50 mm引伸仪(引伸仪与静态应变仪相连),记录钢线伸长1%时的拉力后,将引伸仪拆下(防止损伤引伸仪)。之后继续匀速施加荷载,直到钢股拉断,记录拉断时的拉断力。

2.2.3 试验结果与分析

单线的断裂强度为断裂负荷除以导线的截面积。利用分度值为微米的千分尺测量输电导线单股的直径d,采用3次测量取平均值得方法进行测量,修约到2位小数计算单股的截面积。图4为钢股加载的力与时间曲线,图5为钢股拉断后的示意图。图6为铝股加载的力与时间曲线,图7为铝股拉断后的示意图。表3为钢单线拉断的试验结果,表4为铝单线拉断的试验结果。

图4 钢股加载的F-t曲线

图5 钢股拉断后的示意图

图6 铝股加载的F-t曲线

图7 铝股拉断后的示意图

表2 钢单线的试验结果与分析

对钢股的试验结果进行整理和分析表明:老旧导线的拉断应力小于未服役新导线的拉断应力,但均在允许范围之内,比标准中的规范值大6%左右;钢线1%伸长时的应力也满足规范的要求;伸长率在5～7之间,比校正后的最小值4.33大,满足要求。

表3 铝单线的试验结果与分析

对铝股的试验结果进行整理和分析表明:处于服役中期的老旧导线的铝股的单线拉断应力均大于绞前抗拉强度的95%,但有部分小于绞前抗拉强度的95% (表中的O70-4);LGJ70/10旧线的伸长率比新线的伸长率小20%,数值在2%～3%之间,小于5%。由图6的曲线可见,铝股无明显的屈服特性,表现出很好的脆性特性。

2.3 输电导线的绞线的计算拉断力

绞线的计算拉断力Fj为

式中:σa为铝单线的绞前抗拉强度;σ1%为钢线伸长1%时的应力;Aa为铝线部分截面积;As为钢线部分截面积;α为铝线的强度损失系数,37股以上的铝绞线α取0.9,37股及以下的铝绞线α取0.95,各种钢芯铝绞线α取1.0。

将导线钢单线和铝单线的试验结果代入式(1)中,计算各种导线的计算拉断力,结果见表4。用铝单线绞线后的抗拉强度代入公式得出老旧导线的计算拉断力比标准中给出的计算拉断力大5%～15%,从计算得到的拉断力老旧导线在受力上满足要求。

表4 绞线计算拉断力

2.4 输电导线的导线拉断力试验

2.4.1 试验的材料及制备

参考规范[10],截取9 m长的导线,按规范要求做出8 m长的标距。本次试验导线共11根,其中6根未服役线,5根老旧导线。实验时两端用导线相配套的耐张线夹作为两端的紧固端,一端与地锚相连,一端与100 t的MTS相连(施加张力端)。按照规范的要求,使导线的额定拉断力在30%、50%、70%和85%的负荷条件下分级加载,最终将导线拉断,得出导线的拉断力。试验设备见图8。

图8 导线拉断力试验设备

2.4.2 试验结果与分析

架空线在均匀增大的拉力的作用下,逐渐被拉长至拉断时所需的拉力称为拉断力(记为Fe)。对于钢芯铝绞线来说,拉断力由钢部和铝部共同承受,为二者的综合拉断力。绞线的综合拉断力是指绞线受拉时其中强度最弱或受力最大的一股或多股出现拉断的总拉力。对架空线进行拉断力试验时,要求其能承受计算拉断力的95%,即计算拉断力的95%才是绞线的综合拉断力TP[15]。计算式如下:

11根输电导线的试验结果见表5。将由式(2)计算得出的导线的综合拉断力(绞线拉断力)FP与试验得到的综合拉断力F相对比值来评估老旧导线的在力学性能。

表5 绞线拉断力的试验结果

表5中的百分比为试验拉断力与绞线拉断力的比值。老旧导线的绞线拉断力比标准中给出的大, LGJ70/10的绞线拉断力能够达到标准的110%左右, LGJ120/20最大的拉断力能够达到120%。

3 结论

结合标准[16]的导线状态的评估标准的规定,通对对服役中后期的老旧导线的力学性能测试分析得出:阳江35k V输电导线表面有轻微的腐蚀,镀锌钢绞线有轻微锌层脱落或锈蚀现象,强度试验值大于85%,导线处于注意状态。试验结果表明,线路的断线原因大多数为雷击及雷击产生的其他断线情况、老化疲劳及台风导致断线。对于服役多年的老旧导线,线路运行人员应加强对导线在恶劣环境下,及易损区导线的巡视和检测。

References)

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[8]庞志宏,陈宝骏.从两起断线事故探讨导线疲劳振动[J].山西电力, 2005(4):18-20.

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[16]Q/GDW 173¯2008架空输电线路状态评价导则[S].北京:中国电力出版社,2008.

Analyses of aging state of 35 kV overhead transmission conductors

Wang Xinying1,Ju Yanzhong1,Zhou Wenbin2
(1.Architectural Engineering Institute,Northeast Dianli University,Jilin 132012,China; 2.Yangjiang Power Supply Bureau of Guangdong Grid Co.,Yangjiang 529500,China)

To understand the aging state of Yangjiang 35 k V power transmission conductors after running for a decade,starting from the broken reason of the transmission conductors,the possible causes of the disconnection of the transmission conductors are analysed.Through the study of the mechanical properties of the transmission conductor of the test,it is analysed that the transmission conductors’surface has slight corrosion,the diameter changes of the steel core have direct influence on the changes in the outer diameter of the conductors,the diameters of them have increased by 1.67%—4.24%.Steel reinforced single strands of the tensile stress can reach the standard of 106%of the specified value,and the elongation can also meet the requirements.The tensile strength of some aluminum strands of is less than 95%to the standard requirements,except that most of the rest of the aluminium strands meet the standard requirements.Tensile force of the wire of the old stranded wire can reach 95%of the tensile force calculation.The old wire tensile strength compared with not served wire will be lower by 2%—18%.The results show that the old transmission conductors’aging state belongs to pay attention to the status of the wire.In the case of bad environment,which may lead to break off,the line operators should strengthen patrol and inspection on lines.

transmission conductors;aging state;broken reason;mechanical property

TM726.3

B

1002-4956(2014)5-0050-05

2013-09-14 修改日期:2013-12-10

中国南方电网有限责任公司科技项目(K-GD2012-238);吉林省科技发展计划项目(201105061)

王新颖(1988—),女,吉林东丰,硕士,研究方向为输电线路

E-mail:wangxinying.2008＠163.com

鞠彦忠(1963—),男,吉林大安,教授,研究方向为输电技术.

E-mail:juyanzhong＠126.com