500 kV 紧凑型杆塔耐张线夹连接板断裂分析

汤世彬，赵 潇，杨晓龙

（云南电网有限责任公司楚雄供电局，云南 楚雄 675000）

0 引言

该地区地处云南省中部，属于西电东送、云电送粤主通道，500 kV 输电线路规模在云南电网排名第一。耐张线夹是输电线路重要的金具之一，其可靠性是影响电网长期安全稳定运行的重要因素。近年来，运维人员发现500 kV 线路耐张线夹连接板断裂故障频发，为西电东送主通道安全运行带来重大威胁。耐张线夹损坏的常见原因有制造加工质量、线夹材质存在问题[1-2]，压接质量差[3-5]以及耐张线夹发热[6-8]等。线夹疲劳、材质缺陷造成的线夹断裂事件频发，但耐张线夹铝管内钢芯断裂事件发生较少。本文针对该地区电网发生的耐张线夹连接板断裂事件进行统计分析，并提出了合理可行的防范措施，可为类似事件的分析与处理提供参考。

1 500 kV 耐张线夹连接板断裂情况

2013—2020 年，该地区电网500 kV 输电线路25 基杆塔37 根子导线耐张线夹连接板断裂，其中紧凑型杆塔23 基34 根子导线耐张线夹断裂，常规杆塔2 基3 根子导线耐张线夹断裂。该地区电网500 kV 耐张杆塔1 251 基，耐张线夹6 490个，按发生耐张线夹断裂杆塔数（断裂杆塔数/耐张杆塔数总数）核算线夹断裂故障率为2%，按耐张线夹断裂数（断裂线夹数/耐张线夹总数）核算故障率为0.57%。

2 耐张线夹连接板断裂原因

2.1 杆塔形式分布

该地区电网500 kV 输电线路25 基杆塔耐张线夹连接板断裂故障中紧凑型杆塔有23 基，占比92%。由统计数据可知，耐张线夹连接板断裂主要集中在500 kV 紧凑型杆塔，常规杆塔断裂占比较低，且均为中相。主要原因为由于紧凑型线路耐张塔的特殊性（图1），三相导线均需要通过绕跳的方式进行连接（图2），因绕跳改变跳线方向，使耐张线夹连接板受力更复杂，在振动下更加容易出现疲劳受损。

图1 紧凑型耐张塔

2.2 导线分裂数分布

分析杆塔型式可知，紧凑型线路为六分裂导线排列，跳线均为绕跳型式且为避免跳线与导线、拉杆、联板等相互磨损，设计上通过加装TJ 间隔棒、包裹胶套将其隔开，避免磨损（图3、图4）。从断裂数据统计分析来看，紧凑型杆塔发生耐张线夹连接板断裂故障中仅1 根子导线未安装TJ调距线夹，其余33 根子导线耐张线夹连接板断裂均安装有TJ 间隔棒，且TJ 间隔棒与引流线线夹压接管端口距离在0～0.1 m 范围内，均是相邻子导线间安装TJ 间隔棒。其主要原因是：

图3 调距间隔棒与线夹过近形成刚体

图4 TJ 间隔棒

（1）六分裂跳线位置分布及分裂导线间距、线夹引流板长度等因素导致跳线引流线线夹压接管端口距离TJ 间隔棒过近，形成刚性的连接体起到“连杆”作用（图5），当跳线、导线受风摆动时，2 根子导线通过“连杆”相互牵扯，可使在这个刚性的“连杆”上的耐张线夹连接板同时承受和传递2 根子导线的振动力，使最薄弱的连接板处被反复拗折，引起材料疲劳。

图5 调距间隔棒安装示意

（2）在因振动而发生断裂的过程中，由于裂缝的存在，灰尘的堆积将导致该处的电阻增大，从部分断裂线夹断口存在的电灼伤痕迹可以看出，严重时将造成发热，进而导致断裂情况的加剧，最终使连接板彻底断裂。

2.3 导线悬点位置分布

根据统计数据发现，紧凑型杆塔上两相及常规杆塔中相断裂21 处，占比56.76%；各子导线断裂情况统计分析发现，最上层子导线线夹断裂有23 处，占比62.16%。主要原因为：

（1）从杆塔型式可见，紧凑型耐张塔导线呈“倒三角”排列，常规杆塔耐张塔呈“正三角”排列，紧凑型线路上两相、常规杆塔中相导线悬点和跳线位置更高。导线悬挂点越高，自然物对风的影响减弱，产生振动的风速范围扩大，增加了跳线与导线振动持续时间，更容易发生疲劳受损断裂。

（2）因跳线排列分布位置和工艺因素的影响，上层子导线跳线绕跳时均安装TJ 间隔棒，且TJ间隔棒与引流线线夹压接管端口距离过近，形成“连杆”。

2.4 耐张线夹型号分布

该地区电网500 kV 线路耐张线夹型号有“手枪型”（图6）和“锄头型”（图7）2 种，37 处耐张线夹连接板断裂中 “手枪型” 断裂31 处，占比83.78%。同一走廊，2008 年同期建设、投运的500 kV 小楚甲、乙线和2013 年同期建设、投运的500 kV 仁厂甲、乙线均为紧凑型线路，采用“锄头型”和“手枪型”耐张线夹的线路均未发现断裂。其中500 kV 小楚乙线断裂4 处（均安装TJ 间隔棒），500 kV 仁厂甲线断裂2 处（均安装TJ 间隔棒），发生断裂的杆塔与相邻杆塔水平距离在175～500 m 之间，基本在同地形、同地貌，档距相差52～74 m。同一走廊，2016 年同期建设、投运的紧凑型线路500 kV 仁铜甲、乙线，全部采用“手枪型”耐张线夹，发现断裂19处，其中甲线11处，乙线8 处，在地处同一档、同地貌甲乙线均发生断裂5 处（均安装TJ 间隔棒）。由分析可知，在同排列方式、同地形地貌时，“手枪型”更容易发生疲劳断裂，主要原因是从耐张线夹结构可知，“锄头型” 耐张线夹弯折受剪切力部位更厚，更不易疲劳断裂（图8）。

2.5 地形档距分布特点

图6 “手枪型”耐张线夹

图7 “锄头型”耐张线

图8 不同线夹一回断裂、一回未断裂杆塔地形

耐张线夹连接板断裂的分布呈现出与特殊地形及自身档距大小有关的特点。发生断裂杆塔所在地形主要为大风垭口或迎风坡，远处平坦开阔靠近线路地形逐渐隆起并收缩成喇叭筒形状，杆塔附近植被多为稀疏或矮小丛林（图9）。相反线路途经林区且林木高于导线悬点高度的大风垭口、迎风坡等特殊地形未发生断裂事件。从断裂杆塔档距大小分析可知，档距小于500 m 占比11%，档距在500～1 000 m 占比40%，档距大于1 000 m占比49%。主要原因为：

图9 典型大档距、大风垭口、植被稀疏地形

（1）杆塔处于大风垭口、迎风坡等特殊地形附近时，当风向与导线、跳线夹角在45°～90°时，若植被均低于导线悬挂点时，由于“狭管效应”[9-10]作用导致导线振动比普通档严重，容易形成稳定振动，且振动持续时间较长，长时间的振动会导致导线疲劳断股或金具损坏，严重威胁着输电线路的安全[11]。若杆塔附近林木高于导线悬挂点时，由于超高树木阻止或减弱横风对导线、跳线的振动强度和减少振动延续时间，因此降低了耐张线夹连接板疲劳程度，不易出现断裂。

（2）当风稳定横向均匀吹向分裂导线时，迎风侧子线背向涡流区降低，形成上、下侧交替气旋即卡门旋[12-13]，背风侧子线不可避免地在尾流中，但尾流气流速度会不一样，导致2 根子线发生上、下不同期振动，在刚性连杆的限制作用下，直接在耐张线夹与引流线夹连接点位置形成一个弯折应力，周期反复、长期作用后，结构最薄弱环节易发生疲劳损坏。

（3）由于档距越大，吸收风能越大，防振系统消耗的能量也就越大，普通防振措施可能无法完全消耗风振能量。根据有关研究表明，档距小于100 m 时，很少看得出振动，而档距超过120 m时，导线才能因振动而引起破坏的危险，在具有高悬挂点的大档距（大于500 m）上导线振动特别强烈。在开阔、平坦地带线路档距越大、杆塔越高、导线悬点越高，引起振动的风速范围就越大，振动的相对延续时间就越长[14-15]。加之线路使用大档距的目的就是为了大跨越，两侧杆塔所在地形多为山顶、迎风坡上，因此大跨越杆塔更易发生耐张线夹疲劳断裂事件。

3 防止耐张线夹连接板断裂措施

通过对该地区电网25 基500 kV 杆塔耐张线夹连接板断裂情况和现场环境等进行分析，可以总结出以下几点耐张线夹连接板断裂隐患排查重点和防范措施。

3.1 排查重点

（1）按杆塔型式。重点排查紧凑型耐张塔和常规耐张塔中相导线耐张线夹。

（2）按导线分裂数。重点排查六分裂导线且相邻子导线间安装有TJ 间隔棒。

（3）按线夹型号。重点排查“手枪型”耐张线夹。

（4）按现场地形。重点排查大档距、大风垭口、迎风坡和平坦开阔地等微气象地区杆塔。

综合各引发耐张线夹连接板断裂因素可知，500 kV 线路耐张线夹运维和断裂隐患排查的重点应在处于大风垭口、开阔平坦地变山地等风口地区的大档距紧凑型杆塔且相邻子导线间安装有TJ 间隔棒的耐张线夹的杆塔。

3.2 整改防范措施

（1）对大档距（大于500 m）安装的TJ 间隔棒进行拆除，更换安装柔性TJ 间隔棒（图10，将TJ间隔棒中间刚体连接杆更换为弹簧式的柔性连接）或用胶套进行包裹，消除TJ 间隔棒安装后形成的刚性连杆效应。在投运的紧凑型线路中使用胶套隔离的，仅有1 处耐张线夹断裂（未安装TJ 间隔棒）。由运维经验可知，胶套在使用3 年以上存在普遍老化、脱落情况（图11），需定期更换补装胶套。目前该地区电网已试验性安装30 个柔性TJ间隔棒，效果需进一步验证，在柔性TJ 间隔棒使用效果未得到验证前，仍建议优先使用胶套包裹。

图10 柔性TJ 间隔棒

（2）对于新建线路采用跳线绕跳方式且安装TJ 间隔棒时线路路径应避开风口等微气象区，优先使用弯折处受剪切力部位更厚的“锄头型”耐张线夹。

图11 胶套老化、脱落

（3）结合停电开展耐张线夹外观检查和X 探伤，出现线夹断裂时采用行业内常用的补压TY 型线夹引流方法来改造或更换断裂耐张线夹[16]，紧急情况可以用预绞丝引流临时处置，见图12。

图12 补压TY 线夹改造

4 结语

通过本文分析可知，位于大风垭口、迎风坡、平坦开阔地等微气象地区的线路，档距越大、杆塔越高、悬挂点越高、TJ 间隔棒与引流线线夹压接管端口距离过近形成“连杆”的绕跳跳线耐张线夹连接板越易发生断裂事故。