220 kV 輸電線路OPGW 線夾斷裂原因分析

歐陽克儉，陳紅冬，劉純

( 國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學研究院，湖南 長沙410007)

1 事故概況

2013 年1 月9 日14 時10 分，某220 kV 輸電線路#37 鐵塔左相 (A 相)OPGW 線夾斷開，OPGW 掉落于橫擔上，OPGW 掉落后彈跳過程中接近左相導(dǎo)線導(dǎo)致放電跳閘，線路重合不成功。線夾材質(zhì)為鑄鋁件，型號為TK-7B。

事故當時，天氣轉(zhuǎn)暖，氣溫約2 ℃，OPGW 覆冰開始自然融化并逐漸掉落，北風約3 級。地線覆冰厚度約18 mm，設(shè)計覆冰厚度為20 mm。事故耐張段(#36—#39)在2008 年冰災(zāi)倒塔后發(fā)生過3次線路故障，其中2 次為#38 塔右側(cè)地線(XGJ-80)滑移造成導(dǎo)地線放電事故，另一次為#38—#39兩相導(dǎo)線舞動放電事故。

2 現(xiàn)場查勘

故障地點位于高海拔、微地形、微氣候地區(qū)，其中#37—#38 檔和#38—#39 檔分別跨越一個山溝風口區(qū)。事故耐張段的桿塔參數(shù)見表1，#37 鐵塔呼撐高度為42 m，海拔618 m，為該耐張段位置最高點。詢問現(xiàn)場運維人員，事故發(fā)生前在該線路其它耐張段發(fā)現(xiàn)過由于地線自然融冰，冰塊掉落導(dǎo)致地線大幅上下振動現(xiàn)象(脫冰跳躍)，在國內(nèi)由于線路覆冰發(fā)生導(dǎo)線脫冰跳躍的事故時有發(fā)生〔1-3〕。現(xiàn)場勘查排除外破、雷擊因素造成的線夾斷開故障。

表1 事故耐張段的桿塔參數(shù) m

3 線夾斷裂原因分析

3.1 #37 塔線夾

#37 塔線夾斷開，線夾喇叭口局部在#37—#38側(cè)斷裂掉落，說明線夾出口受到局部的擠壓力作用，如圖1 所示。OPGW 掉落至左橫擔上，OPGW整體向大號側(cè)#38 塔偏移，如圖2 所示。#37 塔線夾附近的#37—#38 檔防振錘在跌落過程中隨OPGW掉至#37—#36 側(cè)。#37 塔線夾附近的#37—#36 檔防振錘和#37—#38 檔防振錘之間OPGW 表面沒有摩擦痕跡，但是OPGW 在橫擔往大號側(cè)方向有較長一段距離表面摩擦明顯，受損嚴重，如圖3 所示，同時發(fā)現(xiàn)，OPGW 與鐵塔橫擔角鋼棱角有明顯的摩擦痕跡，說明OPGW 跌落后在橫擔上往返滑移摩擦，該現(xiàn)象主要由于OPGW 振動脫冰和后期的脫冰跳躍所致。

圖1 #37 鐵塔OPGW 線夾斷開

圖2 #37 鐵塔OPGW 掉落于橫擔上

圖3 #37 鐵塔OPGW 斷裂掉落于橫擔上后往返抽拉

#37 塔斷開線夾軸銷部位沒有摩擦痕跡，如圖4 所示。說明線夾斷開前具有足夠握著力，沒有發(fā)生不平衡張力過大導(dǎo)致縱向滑脫摩擦現(xiàn)象。另因事故發(fā)生在天氣轉(zhuǎn)好的自然融冰階段，且在日平均氣溫相對較高的14 時左右，OPGW 覆冰自然融化頻率加劇，冰塊掉落導(dǎo)致OPGW 彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能與重力勢能。OPGW 在脫冰動載荷作用下，上下彈跳，線夾承受極大的脫冰動載荷沖擊作用，因此，可判斷#37 塔OPGW 線夾斷開主要原因為脫冰跳躍造成OPGW 對線夾出線口擠壓，并給予線夾縱向軸銷方向彎矩載荷作用，最終線夾失效斷裂。

圖4 #37 塔OPGW 軸銷部位無摩擦痕跡

3.2 #38 塔線夾

#38 塔OPGW 線夾在#37 塔OPGW 掉落至橫擔上后，OPGW 在線夾中滑脫，OPGW 整體向#38—#39側(cè)滑移。#38 塔OPGW 線夾嚴重受損，線夾本體軸銷部位與OPGW 劇烈來回滑移摩擦，損傷嚴重，如圖5 所示。#38 塔OPGW 小號側(cè)(#37 塔)出線口裂開，其主要原因是與#38 塔OPGW 線夾小號側(cè)(#38—#37)防振錘在往返運動中不斷撞擊擠壓所致。由圖6 可以看出，由于脫冰振動原因，OPGW從線夾滑出后與線夾之間往返摩擦，線夾本體和OPGW 兩側(cè)表面受損。

圖5 #38 鐵塔OPGW 線夾嚴重受損

圖6 #38 塔OPGW 線夾軸銷部位嚴重磨損

3.3 線夾材質(zhì)試驗分析

分別對2 個線夾進行成分分析，分析表明線夾不同部位Si 含量極不均勻，最小Si 含量為5.54%，最大Si 含量為22.71%，線夾布氏硬度HBS 為44，GB/T1173-1995 規(guī)定(ZAlSi12，合金代號ZL102)Si 含量為10.0%～13.0%，布氏硬度HBS 為50。據(jù)資料表明〔4〕，AlSi 合金的抗拉性能隨Si 含量上升而升高，且結(jié)構(gòu)脆性增強，該現(xiàn)象將導(dǎo)致線夾不同區(qū)域組織及力學性能不一致。對2 個線夾斷口部位截樣進行金相試樣，放大倍數(shù)為100。試驗表明組織內(nèi)部有疏松，其中較大的#37 塔鑄鋁線夾疏松約有450 μm。金相見如圖7，8 所示。試驗分析表明鑄鋁線夾Si 含量超標，且組織內(nèi)部存在疏松空洞，這將增加線夾的脆性，降低其沖擊韌性。

圖7 鑄鋁線夾開裂部位金相圖

4 結(jié)語

#37 塔斷開線夾軸銷部位沒有摩擦痕跡，說明線夾斷開前具有足夠握著力，沒有發(fā)生不平衡張力過大導(dǎo)致縱向滑脫摩擦現(xiàn)象。#37 鐵塔左側(cè)OPGW線夾材質(zhì)缺陷導(dǎo)致沖擊韌性下降，在OPGW 脫冰跳躍中，線夾受到動荷載沖擊斷裂。

建議將OPGW 單線夾改為雙線夾并將TK-7B線夾更換為TK-10B 或更高強度等級線夾;同時運行單位應(yīng)登塔對中、重冰區(qū)OPGW 和地線線夾進行檢查，重點檢查線夾本體、螺栓緊固力、開口銷等部位，發(fā)現(xiàn)線夾出現(xiàn)裂紋、開口銷脫落、地線受損滑移等缺陷及時處理。

〔1〕歐陽克儉，陳紅冬，劉純，等. 特高壓八分裂覆冰導(dǎo)線風場特性研究〔J〕. 湖南電力，2013 (1):1-4.

〔2〕孟曉波，王黎明，侯鐳，等. 特高壓輸電線路導(dǎo)線脫冰跳躍動態(tài)特性〔J〕. 清華大學學報，2010 (10):1631-1636.

〔3〕孫曉光. 架空導(dǎo)線脫冰振蕩機理及仿真研究〔D〕. 華北電力大學碩士論文，2007.

〔4〕卡默. 鋁手冊〔S〕. 北京:化學工業(yè)出版社，2009.