關(guān)于特高壓輸電線路分支繞跳地線一處特殊缺陷的處置分析

朱昱龍

(安徽送變電工程有限公司,合肥 230012)

1 故障概況及應(yīng)急處置

某特高壓線路A相(右上相)故障跳閘,重合成 功,經(jīng)帶電查線發(fā)現(xiàn),此特高壓線路A#換位塔FHJ1-2至FHJ1-3繞跳地線在FHJ1-3塔地線掛點(diǎn)脫落,脫落點(diǎn)位于FHJ1-3大號(hào)側(cè)地線預(yù)絞絲接續(xù)線夾連接點(diǎn)A相線夾出口1.5 m處,經(jīng)現(xiàn)場查線,在繞跳地線的脫落端及該塔塔身處發(fā)現(xiàn)放電痕跡,清晰可見。

該段線路設(shè)計(jì)風(fēng)速30 m/s,覆冰10 mm,采用8×JL/G1A-630/45導(dǎo)線,左側(cè)地線為OPGW-240復(fù)合 光纜,右側(cè)地線為LBGJ-240-20AC鋁包鋼絞線。A#塔采用分體式換位塔,塔型FHJ1,轉(zhuǎn)角度數(shù)0°,導(dǎo)線下-中相、中-上相換相采用內(nèi)繞跳方式,上-下相換相采用外繞跳方式。地線均按照繞跳方式設(shè)計(jì)對(duì)繞跳導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)0°保護(hù)。A#號(hào)換位塔的3基換位分體塔中心連線垂直于轉(zhuǎn)角平分線,每兩塔之間按33 m布置。塔繞跳地線采用LBGJ-240-20AC鋁包鋼絞線,架線按孤立檔設(shè)計(jì)。每根繞跳地線一端采用地線耐張串(ND1S、ND2S)與塔身連接,另一端采用預(yù)絞絲接續(xù)線夾(TJL-240AC)與OPGW或普通地線連接。此次發(fā)生斷裂的位置為預(yù)絞絲,預(yù)絞絲作為受力載體,斷裂形式為過載斷裂,結(jié)合本次斷裂時(shí)的大風(fēng)藍(lán)色預(yù)警信息,野外平丘地區(qū)局部會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)風(fēng)速較大的可能性,順線路方向的主地線在風(fēng)荷載作用下產(chǎn)生風(fēng)偏,加之預(yù)絞絲性能不佳,塑性(斷后伸長率)低于標(biāo)準(zhǔn)值,導(dǎo)致預(yù)絞絲斷裂,令FHJ1-2至FHJ1-3繞跳地線脫落,迅速擺向FHJ12塔身,在地線擺向塔身的過程中,其端部與下方A相大號(hào)側(cè)導(dǎo)線間距不足,引起線路瞬時(shí)放電,造成跳閘[1]。

為保障輸電線路安全運(yùn)行,防止脫落繞跳地線在風(fēng)力作用下向帶電導(dǎo)線側(cè)擺動(dòng)再次造成跳閘事故的發(fā)生,經(jīng)評(píng)估,拆除脫落繞跳地線不影響防雷屏蔽效果,故采用帶電作業(yè)方式拆除脫落的繞跳地線。

2 原因分析

2.1 材料原因

特高壓線路A#地線為鋁包鋼絞線,鋼絞線型號(hào)為LBGJ-240-20AC,現(xiàn)場發(fā)生斷裂部位的預(yù)絞絲型號(hào)為TJL-240AC,通過回收故障點(diǎn)位斷裂預(yù)絞絲與一段鋁包鋼絞線進(jìn)行材料及力學(xué)性能分析。

在預(yù)絞絲外觀檢查中,對(duì)鋁包鋼絞線的斷口及尺寸進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn),斷裂的預(yù)絞絲均為45°斜斷口,預(yù)絞絲故障點(diǎn)附近未見塑性變形,故判斷預(yù)絞絲軸向拉應(yīng)力發(fā)生了過載現(xiàn)象,導(dǎo)致預(yù)絞絲沿易斷裂方向斷裂。部分?jǐn)嘟z存在燒熔情況,推測發(fā)生了故障短接,導(dǎo)致電弧灼燒了地線斷裂點(diǎn)[2]。

在斷口處微觀檢測中抽取斷裂的預(yù)絞絲,采用Carl-Zeiss電子顯微鏡,對(duì)預(yù)絞絲斷口處進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn),斷口裂紋處有部分韌窩,夾雜部分撕裂棱,斷口表面河流花樣短且彎曲,支流少,解理面小,周圍有較多的撕裂棱,其中裂源向四周擴(kuò)散,不連續(xù),局部擴(kuò)展?；谏鲜鲇^測,判斷斷裂性質(zhì)為準(zhǔn)解理斷裂。

在化學(xué)成分分析中截取部分預(yù)絞絲單絲進(jìn)行打磨處燒熔理,采用便攜式激光光譜儀對(duì)預(yù)絞絲進(jìn)行材質(zhì)分析,得出其為鋁合金材質(zhì),樣品成分符合《架空線路預(yù)絞式金具用鋁合金線》NB/T 10305-2019中代號(hào)LHYJ1的成分范圍[3]。

表1 預(yù)絞絲單絲成分檢測結(jié)果

在單絲力學(xué)性能分析中檢測故障處未受損的預(yù)絞絲單絲,結(jié)果表明,預(yù)絞單絲強(qiáng)度滿足鋁合金強(qiáng)度相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),但塑性遠(yuǎn)低于《架空線路預(yù)絞式金具用鋁合金線》的標(biāo)準(zhǔn)要求,基于上述原因,判斷為過載斷裂。

表2 單絲性能特性

在其他檢測中,對(duì)故障區(qū)段鋁包鋼絞線開展抗拉及抗壓強(qiáng)度檢測,檢測結(jié)果均為合格。

經(jīng)檢測,此次繞跳地線預(yù)絞絲斷裂原因?yàn)榄h(huán)境過載。

2.2 施工原因

研究設(shè)計(jì)資料并經(jīng)計(jì)算得到斷裂的地線長度為50 m,弧垂為5 m,地線型號(hào)為LBGJ-240-20AC,現(xiàn)場勘察得出地線的掛點(diǎn)高度相同,地線懸掛點(diǎn)張力為1 kN。比較地線斷裂工況,計(jì)算出斷裂的地線弧垂大約只有1 m左右,與設(shè)計(jì)弧垂偏差達(dá)4 m,由此判斷弧垂過小造成預(yù)絞絲承受張力增加到5 kN左右。繞跳地線的施工弧垂太小,造成預(yù)絞絲承受的張力超過原設(shè)計(jì)值,這是造成預(yù)絞絲發(fā)生斷裂及線路跳閘的次要原因[4]。

圖1 預(yù)絞絲線夾設(shè)計(jì)安裝Fig.1 Pre-twisted wire clamp design installation

2.3 設(shè)計(jì)原因

基桿塔的繞跳地線設(shè)計(jì)為預(yù)絞絲與主地線L型相連,預(yù)絞絲除受到軸向抗拉的作用力外,還受到橫向上抗彎的作用力,在長期運(yùn)行過程中極易造成受力疲勞并發(fā)生斷裂。參照其他同類型桿塔的繞跳地線,設(shè)計(jì)采用十字形預(yù)絞絲方案更優(yōu)【5】。根據(jù)上述力學(xué)試驗(yàn)及分析得出,預(yù)絞絲發(fā)生過載斷裂主要原因是力學(xué)性能不滿足規(guī)范要求,設(shè)計(jì)采用L型連接,地線的弧垂遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)弧垂,造成線路張力運(yùn)行持續(xù)超過設(shè)計(jì)值。

3 方案擬定

3.1 臨時(shí)方案擬定

臨時(shí)方案采用繞跳地線(預(yù)絞絲區(qū)段)-U型索夾-鋼絞加固線(LBGJ-240-20AC鋁包鋼絞線)-并溝線夾-主地線(或光纜)預(yù)絞絲區(qū)段-鋼絞加固線(LBGJ-240-20AC鋁包鋼絞線)-U型索夾-分支塔繞跳地線的方式,對(duì)L型連接地線進(jìn)行加固。

1)繞擊防護(hù)說明。特高壓A#塔為換位塔,塔型為 FHJ1-42,共分為3個(gè)小塔,小塔FHJ1-2 與 FHJ1-1 及FHJ1-3中心樁間距33～34.4 m,FHJ1-1與FHJ1-3地線橫擔(dān)為17.5 m。根據(jù)雷電監(jiān)測預(yù)警中心計(jì)算結(jié)果,按電氣幾何模型、擊距表征導(dǎo)線對(duì)雷電的吸引能力僅與雷電流幅值相關(guān),假定導(dǎo)、地線擊距相等,地面擊距是對(duì)導(dǎo)線擊距的β倍,如圖2、圖3、圖4所示。其中,S為避雷器線,C為導(dǎo)線,圓弧AB為避雷線形成的擊距圓弧,BE為導(dǎo)線形成的擊距圓弧,雷電落在地(導(dǎo))線擊距圓弧區(qū)域,將擊中地(導(dǎo))線。擊距與雷電流幅值滿足rc=rs=AIB、rg=βrs,其中rc、rs 為導(dǎo)線與地線擊距,rg為大地?fù)艟?A取10,B取0.65,β取0.8。

圖2 繞跳地線未掉線處加固Fig.2 Reinforce of the jump ground cable where it does not fall

圖4 十字預(yù)絞絲接續(xù)線夾Fig.4 Cross pre-twisted wire connecting clamp

由特高壓A塔塔型結(jié)構(gòu)可以看出,小塔FHJ1-1與FHJ1-3地線對(duì)中間區(qū)域形成保護(hù)。當(dāng)雷電流I為12.6 kA時(shí),地線擊距rs為51.9 m,兩個(gè)擊距圓相切,恰好對(duì)中間形成完全屏蔽,小于12.6 kA的雷電才可能落入中間區(qū)域。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),1000 kV線路繞擊耐雷水平在20 kA以上,12.6 kA雷電不足以造成繞擊閃絡(luò)。雷電流大于12.6 kA時(shí),兩個(gè)擊距圓相交,交點(diǎn)位于桿塔上方,理論上雷電無法從中間區(qū)域擊中導(dǎo)線。

綜上,中間區(qū)域靠FHJ1-1與FHJ1-3地線即可形成良好的屏蔽,FHJ1-2與FHJ1-3之間繞跳地線脫落不會(huì)致使中間區(qū)域?qū)Ь€遭受危險(xiǎn)。

2)施工注意事項(xiàng)。圖2中,加固點(diǎn)加裝的并溝線夾只起固定繞跳地線與主地線(或光纜)的作用,不能施加鎖緊壓力,嚴(yán)禁壓在主地線(或光纜)本體上,固定主地線(或光纜)時(shí)建議在主地線(或光纜)上纏繞一層膠皮進(jìn)行保護(hù),并溝線夾尺寸應(yīng)與主地線及加固線匹配,鋼絞加固線兩端頭需進(jìn)行封口處理,以免絞線散股。

3.2 永久方案擬定

針對(duì)以上情況,初步擬有4個(gè)方案。

方案一:對(duì)原預(yù)絞絲接續(xù)線夾進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。在原有預(yù)絞絲接續(xù)線夾基礎(chǔ)上繼續(xù)采用預(yù)絞絲進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)后因預(yù)絞絲拉斷力受單絲直徑、纏繞工藝等影響,受力、強(qiáng)度不可控,治標(biāo)不治本。

方案二:對(duì)原預(yù)絞絲接續(xù)線夾進(jìn)行拆除后更換滿足強(qiáng)度要求的預(yù)絞絲接續(xù)線夾。將原預(yù)絞絲接續(xù)線夾拆除,更換為滿足強(qiáng)度要求的預(yù)絞絲接續(xù)線夾,受力、強(qiáng)度可控,但存在較長時(shí)間運(yùn)行后疲勞斷裂的可能性。

方案三:將分體式換位塔的繞跳地線均拆除,只留兩根主地線。將繞跳地線都拆除后,導(dǎo)致耐張塔地線對(duì)跳線保護(hù)角不滿足規(guī)程規(guī)范要求。

方案四:將原繞跳連接方式修改為十字型預(yù)絞絲接續(xù)線夾方式,繞跳地線不斷開。采用十字型預(yù)絞絲接續(xù)線夾后,受力比原接續(xù)方案可靠,繞跳地線不斷開后減少了單側(cè)繞跳地線掉落的可能性。

從超特高壓輸電線路的安全性、技術(shù)可靠性、方案可行性、費(fèi)用經(jīng)濟(jì)性等方面考慮,推薦方案四。

每基換位塔需更換LBGJ-240-20AC鋁包鋼絞線約350 m、地線耐張串8套、十字型預(yù)絞絲接續(xù)線夾4套。采用十字型預(yù)絞絲接續(xù)線夾具有相關(guān)型式試驗(yàn)報(bào)告,其強(qiáng)度及塑性(斷后伸長率)滿足相關(guān)要求,單側(cè)預(yù)絞絲長度不小于2 m。

繞跳地線為LBGJ-240-20AC鋁包鋼絞線,架線按孤立檔設(shè)計(jì)。繞跳地線按松馳應(yīng)力掛線(不進(jìn)行初伸長處理),初算繞跳地線架線弧垂見表3。

表3 繞跳地線架線弧垂

永久方案確定后,在此處超特高壓輸電線路停電檢修期間,將A#桿塔原繞跳地線更換為整根式繞跳地線+十字型預(yù)絞絲接續(xù)線夾進(jìn)行連接,對(duì)換位塔進(jìn)行全面排查及巡視,消除隱患,線路安全穩(wěn)定性得到了進(jìn)一步提升。