500 k V导线断股原因分析及处理

冯砚厅,苏红梅,徐雪霞,郑相锋,张广兴

(国网河北省电力公司电力科学研究院,石家庄 050021)

500 k V导线断股原因分析及处理

冯砚厅,苏红梅,徐雪霞,郑相锋,张广兴

(国网河北省电力公司电力科学研究院,石家庄 050021)

针对某变电站500 k V导线断股情况,对断线位置进行宏观检查和受力分析,认为线夹与导线接触不良、局部线股过流、导线承载能力降低是造成该500 k V导线断股的原因,并提出了处理措施及建议。

500 k V导线;断股;线股过流

随着国民经济的发展,电力输送容量和输送距离迅速增长,大容量、远距离的输电线路陆续投入运行,送电电压也随之提高,线路安全性的要求也越来越高。架空导线是输电线路电功率的载体,是保证电力系统安全运行的重要组成部分。架空线路的导线损伤、断股,轻则降低载流量,重则造成断线事故,影响线路的安全运行。微风振动、结构共振、覆冰、线路改造设计不当等均可能导致架空导线的损伤和断股。

1 导线断股情况介绍

某变电站500 k V引线采用双分裂导线,型号为2×LGJQT-1400,于2006年投运。2013年1月17日对该站进行巡视时,发现接地隔离开关下引线(型号为2×LGJQT-1400)与上跨线间的T型线夹附近导线有损伤,铝绞线有断股。

对损伤导线进行检查,发现W相最严重,T型线夹1号母线侧断股1根,2号母线侧断股3根;U相T型线夹1号母线侧有散股现象,2号母线侧断股2根。V相T型线夹处存在发热(温度30.7℃)。对V相2根导线进行检查,1号母线侧断股1根、2号母线侧断股2根。

LGJQT-1400导线的铝绞线通常有89根,W相导线损伤面积比分别为1.12%和3.37%,U相导线损伤面积比为2.24%,V相损伤面积比为1.12%和2.24%。参照DL/T 1069-2007《架空输电线路导地线修补导则》内容,损伤占总截面积的7%及以下均属于I类损伤。

2 导线断股原因分析

国网湖南省电力公司熊亮等人对500 k V船星I线断股分析时,发现扭转疲劳载荷下的剪切断裂是导线断股的根本原因[1]。苏州热工研究院朱仲鸣对结构共振引起输电线路导线严重断股进行了分析,认为结构共振引起导线疲劳是断股的原因[2]。云南送变电工程公司文聪对覆冰断股原因进行了分析,认为覆冰条件下铝线应力过载会引起断股[3]。中山市电力工程有限公司王泽飞对大跨越导线断股原因进行了分析,认为二次施工改变了原有的防振措施造成疲劳失效[4]。该变电站500 k V导线为母线间的连接线,跨度较小,风振影响小,另外导线线径相对档距较大,应力较低,因此不存在超载、风振引起疲劳破坏的情况,引线夹处断股另有其它的原因。

2.1 宏观检查

对断线位置进行观察,两相断股位置均位于线夹两侧附近,见图1。该线夹位置由于下引线的重力作用和导线自身张力作用,导线拉应力较大。另外由于导线自身存在一定的刚度,引线重力导致该位置水平导线发生弯曲产生弯曲应力,水平拉应力和弯曲应力叠加提高了局部应力水平。由图1还可以看出,导线表面发黑,未见金属光泽,说明线夹内发生氧化,表面形成了较厚的氧化膜,而氧化膜是不导电的。

图1 导线断股位置及表面状态照片

检查U相线夹和V相线夹,可以看到2个线夹均存在电弧烧伤痕迹,各有一条在螺栓处烧熔,和导线接合的位置均可见烧蚀痕迹,说明电流形成了由导线-线夹自由面-螺栓-线夹固定面的流通通道。线夹烧损情况见图2。

图2 线夹烧损照片

结合图2,对线夹内壁的烧蚀情况进行分析,可以推断出导线与线夹存在局部烧蚀焊合现象。

观察导线断股的表面和断口形态(见图3),可以发现所有线股断裂时均存在电弧燃烧过程,即导线断股时伴随着电弧的产生,断裂面发生电弧烧蚀。

图3 断股处烧熔的断头和断口

图3显示断裂时线股存在拉伸过程,即在较大的拉应力作用下,线股被拉长。由断头附近表面的纹理也可以看出,由于铝股表面存在脆性氧化铝膜,在拉应力作用下发生破裂,形成垂直于线股方向的白色纹理,见图3(a)。图3(b)断口保存相对完整,断口内部可以看到熔化后液体分离的痕迹,说明该线股在断裂时发生电弧并烧熔表面,但时间很短,没有破坏断口完整即熄灭了。断口呈现小颗粒状的亮面,体视显微镜下进一步观察可见每个小面都是熔化形成的,图3为保存最好的断口,在断裂后发生了微小的电弧作用,只是微观烧损没有形成宏观熔化。

2.2 断股处受力分析

水平导线本身存在较大的张力,而垂直导线由于自身重力作用和受风载的作用,会在端部形成较大的拉应力,该拉应力垂直于水平导线,在水平导线内部形成更大的张力。

另外,由于T型线夹对水平导线的垂直拉力以及导线本身的刚度作用,线夹附近受力更大。在风、重力、引线拉力的作用下,表面附加弯曲应力使得表面线股较内部线股容易发生断裂。经过计算,线夹前后位置的应力水平远未达到导线的许用应力,因此导线断股不属于正常受力过载破坏,也不属于疲劳破坏。当个别线股通过较大电流时,线股的温度会升高,强度会急剧下降,此时会发生个别线股断裂。

2.3 综合分析

由对线夹、导线的宏观分析可知,导线与线夹发生了焊合作用,由导线表面熔化的形态推测导线受到了热作用,断面烧蚀的表面形貌说明导线受到电流作用。这些现象说明电流在导线表面的线股中没有均匀分布,而是集中于局部线股。也就是说,由于长期的环境作用,线夹与导线间形成了氧化膜,这些不导电的氧化膜隔绝了线夹与导线的流通通道。

当电流较大时,线夹和导线间由于氧化膜的绝缘作用形成电压差,电压差将较薄的氧化膜击穿,导线与线夹发生焊合,这样重新建立了电流通道。电流沿着焊合的线股流动,由于焊合的线股只是少数一部分,电流过大,温度升高,承载力下降。线股在热态情况下发生延伸,从而发生了宏观分析中所观察到的现象。对于线夹,当螺栓处电阻较大并发生击穿时,电弧随之产生,烧损线夹。综合上述分析认为,该电站T型线夹处导线断股是由于线夹与导线接触不良,局部线股过流,降低了承载能力,在拉伸应力作用下发生了断股。

3 处理措施

根据规程要求对于少量断股的导线可以采用补修的方法处理,预绞丝补修是常用的修复方法。

对于本次断股的两相导线,同样采取预绞丝补修处理。为了提高与原导线间的摩擦力,预绞丝内表面采用粘砂处理(这样不利于导线通过预绞丝、线夹向引线传输电能),将线夹移出断股区,重新对线表面进行打磨处理后装设线夹。

为了防止同样的问题再次出现,在线夹与导线接合面上涂好导电膏,线夹两端采用硅胶体密封,以减少空气对线夹接合面的氧化。

4 建议

a.对所有T型线夹进行检查,特别是运行时间较长线夹接合面发生氧化的引线接头区域,主要观察是否有股线隆起、螺栓周围是否有电弧灼伤等现象,一旦发现立即处理。

b.对发现有断股或者有灼伤的接头,应当参照本次处理工艺进行处理,即便没有发生断股现象,导线也会存在疲劳老化和局部过流现象,需要移动引线位置。

c.清洗导线表面涂装导电脂、密封线夹与导结间隙,是常用的有效的引线连接处理方法,当断股较多时,也可以根据实际情况采用耐张引线夹替代普通线夹。

[1] 熊 亮,刘 纯,何德家,等.500 k V输电导线断股分析[J],湖南电力,2009,29(2):49-51.

[2.] 朱仲鸣.结构共振引起输电线路导线严重断股的分析[J].江苏电器,1995,(3):20-23.

[3] 文 聪.输电线路导线覆冰断股分析[J].云南电力技术,2009, 37(5):24-25.

[4] 王泽飞.大跨越导线断股原因探析[J].中国新技术新产品, 2013,(7):142-143.

本文责任编辑:杨秀敏

Cause Analysis and Treatment on 500 kV Conductor Stranded Wires Broken

Causes and failure mechanism of some 500 k V wire broken defects are analyzed in this paper.Through macro-observation and stress analysis,it is considered that the wire broken fault is due to poor contact between clamp and wire causing over current within local stranded wirs,therefore led to wire broken. Based on the conclusion,the corresponding solutions are made and suggestion are provided.

500 k V line;broken;wire causing over current

TM755

B

1001-9898(2014)02-0004-03

2014-01-02

冯砚厅(1965-),男,高级工程师,主要从事焊接、锅检、失效分析研究工作。