超高壓輸電線路T型線夾發(fā)熱斷線原因分析*

羅 偉

(國網(wǎng)張掖供電公司，甘肅 張掖 73400)

0 引 言

T型線夾是用來將耐張桿塔導(dǎo)線電流引向引流線的一種連接金具，主要起引流作用，同時(shí)也起到將引流線與導(dǎo)線連接固定的作用，T型線夾作為輸電線路重要工具，其可靠性是影響電網(wǎng)長期安全穩(wěn)定的重要因素，隨著電網(wǎng)的迅猛發(fā)展，電壓等級的提高，對輸電線路T型線夾的性能要求也在不斷提高。而電網(wǎng)建設(shè)過程中技術(shù)監(jiān)督驗(yàn)收手段未起到有效作用，部分已安裝的T型線夾發(fā)生不同情況的發(fā)熱、斷裂、燒傷、內(nèi)部腐蝕和性能裂化，嚴(yán)重的將導(dǎo)致T型線夾端部緊固的導(dǎo)線斷裂失效，從而影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行[1-2]。

文中主要分析T線夾壓接質(zhì)量未達(dá)標(biāo)、T型線夾發(fā)熱等損壞原因，并根據(jù)情況制定相應(yīng)解決辦法，對輸電線路穩(wěn)定運(yùn)行有重要意義。

1 故障及T型線夾斷裂原因分析

2019年5月，某330 kV線路輸電線線路跳閘，造成變電站失壓，嚴(yán)重影響供電質(zhì)量，經(jīng)現(xiàn)場查看，耐張塔B相導(dǎo)線1號子導(dǎo)線T型線夾處導(dǎo)線發(fā)生斷裂，導(dǎo)致線路跳閘，該線路使用鋼芯鋁絞線型號為LGJ-300/50*2，T型線夾鋁管的材質(zhì)為純鋁，事故發(fā)生時(shí)附近未出現(xiàn)任何災(zāi)害天氣，線路載流量為81%，超過導(dǎo)線所能承受的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)電流，經(jīng)過后期對該地區(qū)330 kV輸電線路排查，發(fā)現(xiàn)T型線夾紅外測溫?cái)?shù)據(jù)嚴(yán)重過高，屬于危機(jī)缺陷；圖1為壓接后T型線夾照片。

1.1 斷口處紅外測溫情況分析

截至8月3日，輸電運(yùn)檢中心開展順黑一線19基耐張桿塔中相引流T型線夾紅外測溫跟蹤測量。發(fā)現(xiàn)溫度異常線夾11處，實(shí)測溫度統(tǒng)計(jì)情況如表1所示。

圖1 壓接后T型線夾照片圖樣

表1 耐張178#B相紅外測溫?cái)?shù)據(jù)

表中為跟蹤紅外測溫?cái)?shù)據(jù)，溫度異常點(diǎn)紅外測溫實(shí)測溫度(℃)順黑一線#0178塔中導(dǎo)線大號側(cè)(見圖2)導(dǎo)線端2#子導(dǎo)線線夾發(fā)熱，發(fā)熱點(diǎn)溫度83.1 ℃，正常點(diǎn)溫度11.3 ℃，高71.8 ℃，環(huán)境溫度11 ℃，濕度99%，#0178塔中導(dǎo)線小號側(cè)(見圖3)導(dǎo)線端2#子導(dǎo)線線夾發(fā)熱點(diǎn)溫度83.1 ℃，正常點(diǎn)溫度11.2 ℃，高71.9 ℃，環(huán)境溫度11 ℃，濕度98%，依據(jù)《架空送電線路運(yùn)行規(guī)程》不得超過同導(dǎo)線溫度10 ℃，且不得高于導(dǎo)線的運(yùn)行最高溫度(+70 ℃)。輸電線路節(jié)點(diǎn)(并溝線夾、跳線引流板、T型線夾和設(shè)備線夾)連接處發(fā)熱溫度大于90 ℃或相對溫差不小于80%時(shí)為嚴(yán)重缺陷；發(fā)熱溫度大于130 ℃或相對溫差不小于95%時(shí)為危急缺陷。根據(jù)測溫結(jié)果，順黑一線178號B相T型線夾處發(fā)熱溫度過高，屬于嚴(yán)重缺陷，嚴(yán)重影響線路供電質(zhì)量。

圖2 導(dǎo)線端2#子導(dǎo)線線夾發(fā)熱 圖3 導(dǎo)線端2#子導(dǎo)線線夾發(fā)熱點(diǎn)

T型線夾溫度過高主要原因是雜質(zhì)集聚空隙過大造成，使得接觸電阻R增大，根據(jù)公式：

Q=0.24IRt

(1)

在通過線夾的電流I大小不變的情況下，T型線夾接觸處產(chǎn)的熱量Q將因R的增大而增加，而高溫和腐蝕性物質(zhì)共同作用將導(dǎo)致線夾接觸表面氧化，形成氧化層，進(jìn)而增大接觸電阻，這將進(jìn)一步加劇線夾接觸面的發(fā)熱。同時(shí)，張力的影響將造成導(dǎo)線和鋼芯的磨損，長時(shí)間運(yùn)行，達(dá)到鋼芯所能承受的最大負(fù)載時(shí)造成斷線事故。

1.2 斷口處無人機(jī)巡視情況分析

根據(jù)無人機(jī)巡查照片，對發(fā)生斷裂的導(dǎo)線進(jìn)行宏觀分析，導(dǎo)線斷裂發(fā)生在T型線夾未進(jìn)行壓接處，即導(dǎo)線與T型線夾存在空隙的部位，該部位是發(fā)生結(jié)構(gòu)突變的位置。發(fā)生斷裂的T型線夾4/5已經(jīng)過液壓同導(dǎo)線固定在一起，使發(fā)生斷裂的線夾鋁管過渡部位存在近似鋁性連接結(jié)構(gòu)，鋁管的與鋁線部位(見圖4)存在一個(gè)空隙。

圖4 鋁線部位

從壓縮型T型線夾線與導(dǎo)線過渡的宏觀形貌，可以看出斷面存在明顯低周疲勞紋，疲勞裂紋起源于鋁管外壁，向內(nèi)壁發(fā)展，疲勞區(qū)域?qū)捈s1 mm，占整個(gè)斷口的接觸直徑的1/7，兩個(gè)斷裂線夾斷裂部位外壁未發(fā)現(xiàn)明顯外力損壞痕跡。

2 T型線夾壓接處應(yīng)力計(jì)算

通過330 kV順黑一線出現(xiàn)發(fā)熱情況，從發(fā)熱-巡視-治理-跟蹤環(huán)節(jié)開展定性和定量記錄，T型線夾在實(shí)際桿塔上的現(xiàn)場(見圖5)。

根據(jù)現(xiàn)階段330 kV線路T型線夾建立應(yīng)力數(shù)學(xué)模型，將T型線夾與導(dǎo)線結(jié)構(gòu)建立理想結(jié)構(gòu)，將鋼芯比作9根絲線合成的單根鋼線，其截面與實(shí)際相符為24 mm2,鋁導(dǎo)線也按照以上方式進(jìn)行簡化，T型線夾為純鋁澆筑形式等價(jià)為整體結(jié)構(gòu)，將軸對稱模型從中間剖開進(jìn)行分析(見圖6)。

圖5 T型線夾在實(shí)際桿塔上的現(xiàn)場 圖6 局部T型線夾模型

位移的邊界條件設(shè)為沿著軸的方向上的位移為0，施加載荷等于鋁絞線張力(平均張力為29.3kN)施于T型線夾遠(yuǎn)端。T型線夾與鋁導(dǎo)線進(jìn)行耦合處理，鋼的彈性模量2×1011 Pa、泊松比0.28 和鋁的彈性模量5.9×1 010 Pa、泊松比0.31 等參數(shù)輸入模型，范式等效應(yīng)力最高值出現(xiàn)在T型線夾末端周圍的鋼芯絲上，閾值為255 MPa，遠(yuǎn)低于《鋼芯鋁絞線用鍍鋅鋼絲》中規(guī)定的鋼芯絲的抗拉強(qiáng)度高于1 290 MPa、l%延伸強(qiáng)度高1 100 MPa 的范圍。

3 T型線夾處導(dǎo)線發(fā)熱解決措施

結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況和T型線夾安裝情況，技術(shù)人員制定了停電消缺任務(wù)，并預(yù)先編制好實(shí)施方案，重點(diǎn)解決兩方面問題：①T型線夾由于結(jié)構(gòu)問題造成端部有縫隙，縫隙在長時(shí)間運(yùn)行過程中逐步激增氧化腐蝕物，造成接觸電阻增大；②T型線夾主干一直通過整條導(dǎo)線全部負(fù)載電流，接觸電阻大造成發(fā)熱嚴(yán)重，通過分流的方式較少T型線夾承受的巨大電流，緩解局部發(fā)熱嚴(yán)重情況。停電之后，檢修人員將首先對舊T型線夾更換為改進(jìn)型T型線夾(見圖7)。

處理辦法：①采用此T型線夾兩邊同時(shí)液壓，并按要求打磨、潤滑，保證壓接后導(dǎo)線與連接金具緊密貼合不會(huì)出現(xiàn)縫隙，減少線夾縫隙在長期雨水和空氣雜質(zhì)的積累下造成局部電阻過大；②按照預(yù)先制定的方案加裝附引流，在絕緣子導(dǎo)線端與導(dǎo)線處加裝附引流，在引流線與主導(dǎo)線間加裝附引流圖8，起到電流分流的作用，有效緩解電流只從主導(dǎo)線通過的情況，減輕T型線夾處電流壓力。

圖7 改進(jìn)型T型線夾加裝附引流 圖8 引流線與主導(dǎo)線間

4 跟蹤T型線夾紅外測溫

截止5月份，2019年8月加裝附引流工作之后跟蹤紅外測溫?cái)?shù)據(jù)，中心共完成3條線路21處紅外測溫跟蹤，經(jīng)過整改后的線夾發(fā)熱溫度降低，跟蹤順黑一線187#三相T型線夾2處紅外測溫結(jié)果如表2。

如圖9為B相大號側(cè)，圖10為B相小號側(cè)為更換T型線夾和加裝附引流紅外測溫照片。

表2 187#三相T型線夾2處紅外測溫結(jié)果

圖9 B相大號側(cè)圖10 為B相小號側(cè)

5 結(jié) 語

T型線夾部位發(fā)熱造成局部熱量劇增，致使導(dǎo)線發(fā)生熔斷的情況，主要是因?yàn)門型線夾壓接工藝不滿足運(yùn)行要求，連接金具壓接后未能充分與導(dǎo)線貼合，造成線夾端頭部位存在縫隙，長期運(yùn)行T型線夾與導(dǎo)線之間氧化物增多，局部接觸電阻增大，而導(dǎo)線電流隨著負(fù)荷大小時(shí)時(shí)變動(dòng)，溫度波動(dòng)產(chǎn)生的交變應(yīng)力使導(dǎo)線表面出現(xiàn)疲勞裂紋[6]，當(dāng)導(dǎo)線和鋼芯剩余截面不足以承受發(fā)熱產(chǎn)生的熱應(yīng)力和導(dǎo)線產(chǎn)生的張力時(shí)，致使T型線夾處就會(huì)發(fā)生瞬間斷裂。近年來國內(nèi)發(fā)生過多處因T型線夾壓接質(zhì)量不良、內(nèi)部充水造成局部發(fā)熱情況，從而導(dǎo)致T型線夾處導(dǎo)線斷裂事故，因此在采用改進(jìn)型T型線夾將大大減少局部雜質(zhì)積累，氧化和發(fā)熱造成斷線事故。同時(shí)，加裝預(yù)絞絲可以減輕主導(dǎo)線運(yùn)行載流量，緩解T型線夾局部電阻過大造成的發(fā)熱壓力，保證輸電線路安全可靠運(yùn)行。