35 kV架空輸電導線老化狀態分析

王新穎,鞠彥忠,周文斌

(1.東北電力大學建筑工程學院,吉林吉林 132012;2.廣東電網公司陽江供電局,廣東陽江 529500)

35 kV架空輸電導線老化狀態分析

王新穎1,鞠彥忠1,周文斌2

(1.東北電力大學建筑工程學院,吉林吉林 132012;2.廣東電網公司陽江供電局,廣東陽江 529500)

對運行數十年的陽江35k V輸電導線的老化狀態和輸電導線的斷線的可能原因進行了分析。通過對輸電導線的力學性能的測試、分析得出:輸電導線表面有輕微的腐蝕,鋼芯直徑的變化對于導線的外徑變化有直接的影響,服役多年的輸電導線的外徑增大了1.67%～4.24%;鋼芯單股的拉斷應力能達到標準中規定值的106%,伸長率也同樣滿足要求;但部分鋁股的抗拉強度低于95%,其余的大部分鋁股滿足標準要求;老舊導線的絞線拉斷力還能達到95%的計算拉斷力,而老舊導線的抗拉強度與未服役導線相比將低了2%～18%。結果表明:運行的輸電老舊導線的老化狀態屬于注意狀態,應加強對線路的巡視與監測。

輸電導線;老化狀態;斷線原因;力學性能

1 斷線原因分析

在斷線原因分析方面,國內外的研究經驗表明,架空線路容易在沿海、沙漠、跨河、跨海等地形條件下發生嚴重的微風振動,在2周內沒有防振保護措施的導線就可能導致疲勞斷股,嚴重時導線斷裂而引起斷電事故,威脅架空線的運行壽命,乃至輸電線路的安全[4]。一般認為:風致振動導致導線內部鋁股線之間的微幅滑移和交變應力,由此產生的微動磨損、疲勞是導線損傷、降低導線使用壽命的主要原因之一[5];而當輸電線路穿過工業污染區或沿海地區時,導線的大氣腐蝕也是造成其損傷關鍵因素之一[6];兩者往往產生疊加效應(微動和腐蝕),加劇導線的損傷,易造成斷線、斷股等輸電事故[7]。龐志宏,陳寶[8]從兩起導線斷線事故著手分析,陶可森[9]從懸垂線夾的防振角度分析,都認為架空線路導、地線的磨損斷股有多種因素,而最多的是微風振動引起的導線疲勞損壞,且多出現在導線、地線的支持點附近。

2 輸電導線的力學性能測試

2.1 基本參數測量

本文根據導線規范[10-14]的要求測量型號為LGJ70/10的新舊導線的外徑和直流電阻。采用紙帶法進行外經測量,采用惠斯登電橋測量直流電阻。老舊的輸電導線在測量前應先去除導線表面的氧化層,操作時要小心,防止損傷導線。測量時采用測量3次取平均的方法,測量的結果見表1。表1中的Old代表老舊導線,New代表新導線,節徑比是節距與直徑之比。表1中的各比值的計算如下:r1＝(鋁直徑÷ 3.8)×100;r2＝(鋼直徑÷3.8)×100;r3＝(導線直徑÷11.4)×100。

表1 新舊導線基本參數測量的結果

規范[10]中給出的型號為LGJ70/10導線的外徑是11.4 mm,在20℃時導線的直流電阻的最大值為0.421 7Ω/km。測量結果與規范相對比得出:老舊導線的直徑增大了1.67%～4.24%(±1%d);鋁單線的直徑變化不大,鋼單線的直徑增大1.49%～4.24%;節徑比均在限值之內,老舊導線的節徑比明顯比新導線的大;直流電阻值均小于限制,但是有防振錘的直流電阻值明顯大于其他老舊導線,老導線的20℃直流電阻大于新導線的20℃直流電阻。從其導線的外觀觀察導線表面帶有均勻的點蝕現象,導線呈現灰黑色,如圖1所示。

2.2 單股斷裂強度試驗與鋼線1%伸長試驗

2.2.1 試驗材料及儀器標定

從更換下來的8條導線上各選取3根鋼股和3根鋁股,總共試樣48根,其中鋁股24根,鋼股24根。由于輸電導線結構的特殊性,試驗前將試樣校直且操作時不得拉伸或碰傷試樣。根據標準在試件的中間標出200 mm的標距作為試樣拉伸的標準長度。

圖1 35 k V老舊導線的形貌

實驗前對部分儀器進行校準,以確保試驗結果的可靠性。使用YB型引伸計檢定儀對型號YJZ-6/50、YJZ-25/50的兩種夾式引伸儀進行標定。標定了5次,得到的引伸儀讀數與應變儀讀數的關系如圖3和圖4所示,可見兩種引伸儀都具有良好的線性比例,可用于本次試驗。

從這些細節不難看出，少年時期“我”所接受的是傳統意義的封建私塾教育和封建式家庭教育。壽鏡吾老先生和“我”的父親，都是封建教育的代表，呆板，嚴苛，不懂童心，“我”的兒童天性，喜歡花鳥蟲魚的愛好和提問的做法在老師那里被視作不可以，看五猖會的迫切在父親那里置若罔聞，全然不顧，封建式教育為“我”砌上一道無形的圍墻：一道摧殘兒童身心健康發展的教育圍墻?！拔摇闭炫c枯燥乏味的書本打交道，這里的世界沒有五彩的貝殼，沒有有青蛙似的兩只腳的跳魚兒，沒有西瓜要看守，沒有皮毛像油一樣光滑的猹，更沒有瓜地刺猹，雪地捕鳥的樂趣。

圖2 YJZ-25/50夾式引伸儀標定

圖3 YJZ-6/50夾式引伸儀標定

2.2.2 試驗過程

將已經測量完直徑的試樣安裝在液壓萬能試驗機上,使試驗機逐漸地勻速地施加荷載,控制夾頭移動速度為30 mm/min,記錄輸電導線拉斷時的拉斷力。對鋼股拉斷試驗時,在200 mm標距的中央安裝50 mm引伸儀(引伸儀與靜態應變儀相連),記錄鋼線伸長1%時的拉力后,將引伸儀拆下(防止損傷引伸儀)。之后繼續勻速施加荷載,直到鋼股拉斷,記錄拉斷時的拉斷力。

2.2.3 試驗結果與分析

單線的斷裂強度為斷裂負荷除以導線的截面積。利用分度值為微米的千分尺測量輸電導線單股的直徑d,采用3次測量取平均值得方法進行測量,修約到2位小數計算單股的截面積。圖4為鋼股加載的力與時間曲線,圖5為鋼股拉斷后的示意圖。圖6為鋁股加載的力與時間曲線,圖7為鋁股拉斷后的示意圖。表3為鋼單線拉斷的試驗結果,表4為鋁單線拉斷的試驗結果。

圖4 鋼股加載的F-t曲線

圖5 鋼股拉斷后的示意圖

圖6 鋁股加載的F-t曲線

圖7 鋁股拉斷后的示意圖

表2 鋼單線的試驗結果與分析

對鋼股的試驗結果進行整理和分析表明:老舊導線的拉斷應力小于未服役新導線的拉斷應力,但均在允許范圍之內,比標準中的規范值大6%左右;鋼線1%伸長時的應力也滿足規范的要求;伸長率在5～7之間,比校正后的最小值4.33大,滿足要求。

表3 鋁單線的試驗結果與分析

對鋁股的試驗結果進行整理和分析表明:處于服役中期的老舊導線的鋁股的單線拉斷應力均大于絞前抗拉強度的95%,但有部分小于絞前抗拉強度的95% (表中的O70-4);LGJ70/10舊線的伸長率比新線的伸長率小20%,數值在2%～3%之間,小于5%。由圖6的曲線可見,鋁股無明顯的屈服特性,表現出很好的脆性特性。

2.3 輸電導線的絞線的計算拉斷力

絞線的計算拉斷力Fj為

式中:σa為鋁單線的絞前抗拉強度;σ1%為鋼線伸長1%時的應力;Aa為鋁線部分截面積;As為鋼線部分截面積;α為鋁線的強度損失系數,37股以上的鋁絞線α取0.9,37股及以下的鋁絞線α取0.95,各種鋼芯鋁絞線α取1.0。

將導線鋼單線和鋁單線的試驗結果代入式(1)中,計算各種導線的計算拉斷力,結果見表4。用鋁單線絞線后的抗拉強度代入公式得出老舊導線的計算拉斷力比標準中給出的計算拉斷力大5%～15%,從計算得到的拉斷力老舊導線在受力上滿足要求。

表4 絞線計算拉斷力

2.4 輸電導線的導線拉斷力試驗

2.4.1 試驗的材料及制備

參考規范[10],截取9 m長的導線,按規范要求做出8 m長的標距。本次試驗導線共11根,其中6根未服役線,5根老舊導線。實驗時兩端用導線相配套的耐張線夾作為兩端的緊固端,一端與地錨相連,一端與100 t的MTS相連(施加張力端)。按照規范的要求,使導線的額定拉斷力在30%、50%、70%和85%的負荷條件下分級加載,最終將導線拉斷,得出導線的拉斷力。試驗設備見圖8。

圖8 導線拉斷力試驗設備

2.4.2 試驗結果與分析

架空線在均勻增大的拉力的作用下,逐漸被拉長至拉斷時所需的拉力稱為拉斷力(記為Fe)。對于鋼芯鋁絞線來說,拉斷力由鋼部和鋁部共同承受,為二者的綜合拉斷力。絞線的綜合拉斷力是指絞線受拉時其中強度最弱或受力最大的一股或多股出現拉斷的總拉力。對架空線進行拉斷力試驗時,要求其能承受計算拉斷力的95%,即計算拉斷力的95%才是絞線的綜合拉斷力TP[15]。計算式如下:

11根輸電導線的試驗結果見表5。將由式(2)計算得出的導線的綜合拉斷力(絞線拉斷力)FP與試驗得到的綜合拉斷力F相對比值來評估老舊導線的在力學性能。

表5 絞線拉斷力的試驗結果

表5中的百分比為試驗拉斷力與絞線拉斷力的比值。老舊導線的絞線拉斷力比標準中給出的大, LGJ70/10的絞線拉斷力能夠達到標準的110%左右, LGJ120/20最大的拉斷力能夠達到120%。

3 結論

結合標準[16]的導線狀態的評估標準的規定,通對對服役中后期的老舊導線的力學性能測試分析得出:陽江35k V輸電導線表面有輕微的腐蝕,鍍鋅鋼絞線有輕微鋅層脫落或銹蝕現象,強度試驗值大于85%,導線處于注意狀態。試驗結果表明,線路的斷線原因大多數為雷擊及雷擊產生的其他斷線情況、老化疲勞及臺風導致斷線。對于服役多年的老舊導線,線路運行人員應加強對導線在惡劣環境下,及易損區導線的巡視和檢測。

References)

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Analyses of aging state of 35 kV overhead transmission conductors

Wang Xinying1,Ju Yanzhong1,Zhou Wenbin2
(1.Architectural Engineering Institute,Northeast Dianli University,Jilin 132012,China; 2.Yangjiang Power Supply Bureau of Guangdong Grid Co.,Yangjiang 529500,China)

To understand the aging state of Yangjiang 35 k V power transmission conductors after running for a decade,starting from the broken reason of the transmission conductors,the possible causes of the disconnection of the transmission conductors are analysed.Through the study of the mechanical properties of the transmission conductor of the test,it is analysed that the transmission conductors’surface has slight corrosion,the diameter changes of the steel core have direct influence on the changes in the outer diameter of the conductors,the diameters of them have increased by 1.67%—4.24%.Steel reinforced single strands of the tensile stress can reach the standard of 106%of the specified value,and the elongation can also meet the requirements.The tensile strength of some aluminum strands of is less than 95%to the standard requirements,except that most of the rest of the aluminium strands meet the standard requirements.Tensile force of the wire of the old stranded wire can reach 95%of the tensile force calculation.The old wire tensile strength compared with not served wire will be lower by 2%—18%.The results show that the old transmission conductors’aging state belongs to pay attention to the status of the wire.In the case of bad environment,which may lead to break off,the line operators should strengthen patrol and inspection on lines.

transmission conductors;aging state;broken reason;mechanical property

TM726.3

B

1002-4956(2014)5-0050-05

2013-09-14 修改日期:2013-12-10

中國南方電網有限責任公司科技項目(K-GD2012-238);吉林省科技發展計劃項目(201105061)

王新穎(1988—),女,吉林東豐,碩士,研究方向為輸電線路

E-mail:wangxinying.2008＠163.com

鞠彥忠(1963—),男,吉林大安,教授,研究方向為輸電技術.

E-mail:juyanzhong＠126.com