一起500kV输电线路地线断线的原因及防范

2014-12-11陈兴宝刘文杰林朝晖郑奋成

中国科技纵横 2014年24期

关键词：断点断线钢绞线

陈兴宝刘文杰林朝晖郑奋成

(国网福建省电力有限公司检修分公司,福建福州 350013)

一起500kV输电线路地线断线的原因及防范

陈兴宝刘文杰林朝晖郑奋成

(国网福建省电力有限公司检修分公司,福建福州 350013)

通过对福建省内一起500kV输电线路的架空地线锈蚀断线落地事故进行原因分析,找出了架空地线断线的根本原因,并提出相应的防范措施和建议。

架空地线锈蚀断线事故分析防范措施

2010年10月3日17时40分,厦门超高压局管辖的500kV后厦Ⅱ路C相故障跳闸,重合闸不成功,故障巡查,发现#21～#22档的左右2根地线、#24～#25右地线因锈蚀断线。经厦门超高压局组织力量抢修,对#21-40#塔之间地线更换,于10月8日下午恢复送电。

1 现场检查情况

500kV后厦Ⅱ路跳闸后,厦门超高压局迅速组织运检公司人员进行故障检查。发现#21～#22档的左右2根地线均断开；#24～#25右地线也已断落地面,断点在地线线档中间,两端均连接在塔上垂至地面。

后厦Ⅱ路#21～#22右地线故障点(对应17时40分C相故障,重合不成功):第一处故障点为后厦Ⅱ路#21～#22右地线,已全部断开并掉落地面,部分挂于#22塔身。断点位置:一端在#21耐张塔距离地线耐张接续管约1．2米处和地线引流线并钩线夹连接处,断点为拉断延展性断口；另一端断点在距离#22地线悬垂线夹约1．3米处(防震锤外侧0．7米),断点为拉断延展性断口,而在#22挂于塔上的地线断口呈现被烧熔的黑色熔点痕迹(7股地线中有5股),另外2股无放电痕迹,后来被巡检人员放至地面(#22的两个断口不是同一个断点)。巡检人员对#21～#22右相(C相)导线进行走线检查,仅发现在#22侧有两处放电痕迹,分别为22#右导线悬垂线夹处联板有烧伤痕迹以及线夹往小号侧约1．5米处有放电痕迹。具体见图1-图4。

图1 后厦Ⅱ路#21地线断线照片

图2 后厦Ⅱ路#21地线断线照片

图3 后厦Ⅱ路#22地线断线照片

2 故障原因分析

2.1 线路概况

2.1.1 线路基本信息

500kV后厦Ⅱ路(后石电厂升压站—厦门同安变电所)全长98．846km,铁塔213基。1999年建设,2000年2月1日投运。导线规格:#117-#119、#135-#138:4×JL/LB20A-400/35钢芯铝绞线,其余地段使用4×LGJ-400/35钢芯铝绞线；地线规格:#1-#21(后石电厂出线段)、#196-#213(厦门变进线段)为2×LGJ-95/55型良导体钢芯铝绞线,#21-#117、#138-#196为2×GJ-70型稀土锌铝合金镀层钢绞线,#117-#138为2×LB20A-80型铝包钢绞线。

2.1.2 地线连接方式

图4 地线断线落地详情照片

图5 地线出厂质量证明书

图6 #21～#22塔间地线的锈蚀形貌

图7 钢绞线单线的锈蚀形貌

图8 #21塔端地线断点位置照片

图9 #21塔端地线断点形貌

全线地线一般地段采用分段绝缘,即在耐张塔上一端绝缘、一端接地,直线塔全部绝缘,且地线绝缘子放电间隙为20±2mm。后石电厂出线段1#-21#和厦门变进线段196#-213#耐张塔及直线塔上地线采用直接接地方式。

2.1.3 线路沿途路径

线路从后石电厂出线后,沿线经过龙海、漳州、角美、灌口、最后到厦门同安。龙海段#1～#140地段距离海边较近(塔位大约距海边5～20公里),特别是龙海港尾及白水段#10～#64区域处于海边风口的山头上,常年遭受海边6～7级阵风的影响,海风附含的盐分较高,腐蚀性强。

图10 地线断点处线夹A形貌

图11 断点邻近线夹B形貌

图12 试样的拉伸试验断口形貌

2.1.4 跳闸前后气候情况

9月21日,今年第11号台风“凡亚比”在漳浦登录,龙海港尾及白水地区的风力都达到12级；预计当时台风给该区域的导地线造成了严重的冲击；10月3日下午龙海市普降暴雨,港尾地段同时伴随着大风、暴雨。#21～#22段的右地线先断线造成跳闸,左地线因右地线断线对塔位的振动也发生断线。

2.2 地线断线情况分析

检查几处断点,发现在地线并钩线夹处的腐蚀程度要比其他位置严重的多(并钩线夹为铝质、地线为钢质,连接处易形成电化学反应；并且断线处距离海边近,金具及地线上所附盐分较大；该线路地线为分段绝缘,地线上感应电压高达3000～4000伏,并钩线夹处最易放电),同时在防震锤线夹前后的地线由于长期受到微风振动影响,疲劳度较大,腐蚀也较为严重。

后厦Ⅱ路#21右地线大号侧并钩线夹处的腐蚀最为严重,线夹内多数地线已腐蚀过半,且7股钢线在断线前已断裂1～2股。9月21日的第11号台风“凡亚比”在漳浦登录,龙海地区最大风力达到12级,预计当时台风给该区域的地线造成了相当大的冲击；10月3日下午#21～#30杆段区域的风力达到7级,在大风的冲击下#21大号侧并钩线夹处的右地线首先断线造成跳闸,右地线断开后因地线应力变化造成铁塔振动引起#22线夹附近的左、右地线均断开掉落。

#24～#25处于该风口区域,地线腐蚀较为严重。在#21～#22地线断开后地线张力平衡受到破坏,塔位的振动造成了该档位地线的断裂。

表1 地线机械物理特性表

表2 地线拉伸试验结果

2.2.1 地线材料的检查与试验分析

(1)地线及其断点的宏观检查:后厦Ⅱ回线路地线有关技术参数见表1,地线出厂质量证明书见图5。首次断线的#21～#22耐张塔间的地线的宏观形貌见图6、图7,地线外表呈红褐色,表面凹凸不平,镀层已完全消失,表明地线已受到严重腐蚀。在对锈蚀地线的线径进行抽测时,测到最小外径为8．5mm,最小单线径为2．0mm。断线点位于该段地线两端的地线跳线并沟线夹处。图8为#21塔端地线断点位置照片,地线跳线并沟线夹有2个,中间装有防震锤,其末端安装的钢质耐张管表面镀锌层保留较为完整。从图9可以看到地线断口呈锥状,末端线径明显缩小,同时线夹B(见图11)处也可看到地线因严重腐蚀而线径明显缩小甚至已有部分断股现象。地线并沟线夹为铝材,线夹内的地线外表扎有铝包带,检查还发现上述2个线夹在主地线(区别于引流线)侧夹沟内铝包带已粉末化,同时夹沟内的铝材也已剥落而孔径明显扩大,其表面附有白色斑痕。

(2)机械性能试验:对首次断线的#21～#22耐张塔间的地线抽取3段试样,依据GB/T228-2002标准在微机控制电子万能试验机CMT5205上进行拉伸试验,试验结果见表2,试验结果表明该地线的拉断力已大幅下降。试样的拉伸试验断口形貌见图12,断口无明显缩颈变形,断面光亮平整且与轴线成45°夹角,属剪切型断口。由于该钢绞线经过形变强化以牺牲塑性来提高其强度,因而呈现出较明显的脆性特征。

(3)断裂原因分析:失效的地线处于近海潮湿及高盐分的恶劣运行环境,因而要求其材料应有可靠的防腐性能。实际采用的地线材料为稀土锌铝合金镀层钢绞线(GJ-70型),该产品在当时还未列入国家标准,镀层质量只能按厂家的企业标准执行,这在“后厦Ⅱ回500kV线路施工技术总结”中有说明。在厂家提供的质量证明书中并未给出镀层合金的成分及加工工艺,防腐性能的优劣无从判断。但在本线路应用中可以看到与相同环境下的其他钢质镀锌金具相比,该钢绞线的受腐蚀程度明显严重得多,因此判断该产品防腐性能较差。

现场检查发现在并沟线夹处地线的受腐蚀程度要比其他部位严重,在与铁塔连接的地线末端约600mm范围内布有2个线夹,其间安装1个防震锤,当地线经常受到风力吹动而摆动时由于防震锤的阻尼作用,在其两端线夹处的地线就会受到往返的交变弯曲应力的作用,从而产生疲劳损伤,同时它也造成该处钢线表面的腐蚀产物不断破裂和剥离,二者综合作用的结果加快了该部位钢线的腐蚀速度,并最终导致该部位首先断裂。

线夹处钢绞线截面积的缩小(包括断股)、腐蚀产物的隔离作用以及接触不良等因素都会引起局部发热甚至放电,从而损坏铝包带和铝合金线夹,在断线的瞬间还会引发较大的电弧,因而在线夹表面留下白色的斑痕。

由于失去镀层的保护,钢绞线受到了严重腐蚀,导致其截面积明显缩小,因而拉断力大幅下降。该钢绞线属于高强度等级,韧性较差,在腐蚀后截面积缩小的情况下单线容易掰断,受到冲击时也容易发生脆断。

2.2.2 运行环境分析

本次地线断线故障发生在#21～#25区域,和该区域的地理环境有关系。根据目前全线检查,后厦Ⅱ路使用GJ-70稀土锌铝合金镀层钢绞线的地线腐蚀都较为严重,但最先在#21～#25区域断开,主要是该区段距离海边近,临海仅5公里左右,靠海侧均为平地,海风无遮挡直接吹到该区域塔位所在的山头上,海风含有大量腐蚀性的盐离子,常年风速大,加速了该区域地线的腐蚀速度。

从后厦Ⅱ路整条线路分布区域来看,港尾和白水段线路常年处于海边风口,对线路设备的防腐性能造成很大影响,#1～64#段内金具和铁塔都出现不同程度的腐蚀现象,尤其在受风侧腐蚀较为严重。

2.2.3 地线连接方式分析

目前省内500kV线路为了降低线路损耗,地线连接方式上采用了分段绝缘单点接地方式,这种方式多数使用在没有光缆的线路上,并且线路地线多使用钢绞线。采用这种方式地线上感应电压较大,地线耐张连接点处及金具长期要承受较大的感应电流影响,并且采用钢绞线导电性能较差,无形中增大了并钩线夹或金具等接触点的感应电流,在感应电流长期作用下,加上部分化学离子的作用,增大了电化学作用效果,加速了连接点位置的设备腐蚀。

3 防范措施及建议

3.1 防范措施

(1)按照线路运行要求,定期组织做好停电综合检修,将全线GJ-70稀土锌铝合金镀层钢绞线更换成防腐性能较好的铝包钢绞线或良导体地线,结合停电对全线腐蚀严重的金具、防震锤、间隔棒等进行大修。(2)对后石出线高污秽、高腐蚀段的其余线路开展登杆检查,根据检查情况安排大修。3)同时对省内该地线厂家同种性质的产品进行检查,追溯家族性缺陷,若发现同样情况,也安排大修。

3.2 设计及运维建议

(1)从设计源头提高临近海边风口区域的线路设备防腐蚀能力。(2)在靠近海边和风口区域的铁塔每年必须开展一次细致的登杆检查巡视。(3)对所有采用钢绞线和地线分段绝缘连接方式的线路地线进行全面普查,发现问题尽快组织整改。(4)在输电线路设计阶段,选用产品时要优先考虑输电线路所经过的区域的环境污秽程度,并根据此项确定产品的耐污秽水平,加强选材与质量把关。(5)对直升机巡检后的资料和图片进行全面的分析。(6)开展状态检修工作时,强化特殊区段管理,调整特殊区段的巡视周期和登杆检查周期。