500kV輸電線路架空地線直接接地掛點金具發熱磨損原因分析

胡怡 袁慧勇

摘 ?要：針對架空地線直接接地掛點金具發熱并磨損問題，筆者深入分析架空地線直接接地金具產生過熱以及出現磨損的原因，得出由于線路正常運行時架空地線存在感應電流和感應電壓，掛點金具長時間存在不平衡力的作用和受外部環境的影響導致腐蝕，使接觸電阻值增大，在出現感應過電壓時產生電弧放電從而導致掛點金具局部發熱，采取安裝引流線和更換腐蝕、磨損嚴重的掛點金具的措施來消除異常發熱現象，對輕微銹蝕的金具采用加強防銹噴漆方式處理來提高地線掛點金具的強度。

關鍵詞：500kV輸電線路;架空地線;直接接地;掛點金具;發熱

在電力系統中，架空地線是架設在輸電線路上方，為避免輸電線路遭受直接雷擊而鋪設的線路，架空地線也就是我們通常所說的避雷線。架空地線就是處于雷云與輸電導線之間的一道屏障。輸電線路架空地線運用實踐表明，架空地線能有效防止雷電直擊輸電導線; 當雷擊輸電線路桿塔時，架空地線能起到分流作用，減小桿塔塔頂電位，防止雷電反擊; 當雷擊輸電線路附近大地時，架空地線能起到屏蔽作用，降低在輸電導線上引起的感應雷過電壓。架空地線是高壓輸電線路結構的重要組成部分，因此輸電線路安裝架空地線，可以減少雷害事故，提高線路運行的安全性。

1 掛點金具發熱原因分析

天平 I 線小轉角塔的地線通過 U 形環、直角掛環、平行掛板、懸垂線夾等金具連接直接接地，如圖 1 所示。當發現掛點金具出現發熱緊急缺陷后，運維單位立即對小轉角直接接地的桿塔進行排查，發現掛點金具出現了嚴重銹蝕、且個別金具出現嚴重磨損的現象。經現場初步判定，掛點金具發熱原因為金具磨損、銹蝕氧化產生不導電產物導致接觸電阻值增大，電流通過時產生一定的焦耳熱。

根據紅外測溫分析，金具發熱不是太陽光直射所致，而是在運行的高壓輸電線路中架空地線存在感應電動勢，架空地線通過金具與大地連接形成回路產生的影響所致。由于地線與桿塔連接的金具張力很小，在外部環境的影響下地線發生熱脹冷縮，造成地線松弛或張力過大，且地線長時間運行受日曬、雨淋影響以及在風力作用下發生不規則擺動。在復雜的電磁環境中，掛點金具承受著拉伸、扭曲、剪切等垂直荷載和水平荷載的作用，金具逐漸磨損、生銹而使接觸電阻增大，地線感應電流的大小也不斷變化，當感應電流較大時，金具的溫度升高加快。由于感應電流的作用，當金具連接處的電阻較大，該電流通過較大的電阻時產生焦耳熱，而在掛點金具兩端也會存在一定的電壓差，當該電壓達到其電暈放電時，不光滑的金具表面將會發生連續的電暈放電，從而造成金具局部持續過熱。

1.1地線感應電壓的存在

1） 高壓輸電線路正常送電時，架空地線中會受到三相電流的電磁感應而出現感應電壓和感應電流。2） 高壓輸電線路交叉跨越或穿越其他帶電線路時，以及與其他線路平行同走廊走線時，也會對地線產生感應電壓。3） 雙回不同塔線路中部分桿塔共用接地網時會使得該處桿段架空地線感應電動勢加大。

1.2分段絕緣形成多個電路回路

在大電磁環境中分段絕緣區段內構成一個完整的小電流回路，也就是地線通過直接接地掛點金具與鐵塔和大地相連形成回路。在回路中直接接地掛點金具相當于電阻元件，用符號 R表示，即 R1和 R2; 通過絕緣子連接的絕緣部分相當于電容元件，用符號 C1、C2、C3…Cn表示。二者并聯在電路中，在分段內地線絕緣架設的桿塔越多，等效并聯的電容越多，在電磁環境的作用下導線對架空地線的感應電壓會變大。

1.3感應電壓大

500 kV 天平 I 線起于天生橋一級電站，止于500 kV 平果變電站，線路總長 400 多 km，全線鐵塔較矮，與 500 kV 天平Ⅱ線平行同走廊，兩條線路最近點不足 20 m，兩條線路存在共地網的情況，在線路高負荷運行時導線對各自架空地線會相互感應出較大的感應電動勢。隨著電網建設不斷發展，現如今天平 I 線整條線路中與其他帶電線路存在多處交叉跨越，經查閱資料獲悉，該線路被特高壓±800 kV 楚穗直流、±500 kV 金中直流線跨越，并跨越多條110kV、220kV輸電線路。正常情況下，500 kV 線路靜電感應電壓在 50～60 kV 之間，但在與其他帶電線路交叉跨越、與其他線路共用地網時，地線上感應電壓會大大增加;在高負荷運行時，感應電壓即達到金具電暈放電時所需的電壓。

1.4掛點金具電阻值增大和金具磨損

由于直接接地的小轉角桿塔架空地線張力會比較大，500 kV 天平Ⅰ線采用 AACSR-97 型鋁合金鋼絞線，計算重量為 707.3 kg /km。小轉角塔掛點除了受到地線本身的重力外，還受到向前的牽引力、張力以及向左或向右的剪應力。當掛點金具在三種力的共同作用及大小不等且方向不同的風力反復作用下，慢慢地金具接觸點會發生輕微磨損，磨損的地方很快會被氧化而產生不導電的化學產物，然而在掛點處的作用力永遠不會變得均勻或消失停止，長時間的磨損氧化，使掛點金具截面積逐漸變小，而氧化物越來越多，進而導致電阻值增大。

2應對措施

1） 安裝地線引流線，進行引流導流。采用與地線同型號的良好導體制成引流線安裝于架空地線支架左右兩側，并且通過并溝線夾使得引流線與地線穩固連接，接地端直接通過螺栓與塔材緊固連接。對于出現緊急發熱缺陷的金具必須緊急處理，采取在帶電運行方式下進行安裝接地引流線。2） 對銹蝕嚴重、磨損嚴重的掛點金具進行帶電更換，要使用高強度、導電良好的金具材料; 對于銹蝕輕微、磨損輕微的金具，可等到線路停電檢修時進行更換并做好記錄。3） 對防銹層脫離的金具要進行防銹噴漆處理，防止金具因日曬、雨淋、粉塵及化學活性氣體的侵蝕而發生氧化。4） 利用每年大修技改期間制定計劃，采取奇數段接地、偶數段換位的接地方式，利用500kV雙架空地線感應電壓近乎反相的特點，通過架空地線的偶數段換位，使同一段地線換位前和換位后的電壓得到中和，有效降低了感應電壓，減小了接地環流的產生。

3運行建議

1） 對服役多年的老線路，要高度重視直接接地的架空地線掛點金具的運行情況，特別是小轉角桿塔，因其地線掛點金具受多種作用力。要利用紅外測溫儀定期進行測溫，利用高清無人機攝像頭對金具進行高清晰拍照檢查并進行分析，充分發揮無人機的機動靈活、快速高效的特性。2） 在檢修期制定計劃，對掛點金具進行打開檢查，將使用高精度游標卡尺對磨損處進行測量并詳細做好記錄，為運行分析作對比。3） 對處于重要交跨的地線掛點應進行加固處理，將單聯單線夾掛點改為單聯雙線夾或雙掛點雙線夾連接方式。4） 金具安裝前應加強對鍍鋅質量的檢測和控制，在確保尺寸精度的前提下，應盡量增加鍍鋅厚度。目前，金具表面鍍鋅層平均厚度為 85 μm。實驗表明金具表面鍍鋅層增到 192 μm 時，能使金具使用壽命延長。5） 在受腐蝕嚴重的區段，應加強防護措施，可在鍍鋅表面涂覆一道柔性耐磨涂層，顯著提高金具的防腐壽命和抗微動腐蝕特性。由于金具在運行中較難維護，因此需在安裝之前涂覆。

總之，在線路正常運行情況下架空地線感應電的存在是不可避免的，同時架空地線常年暴露在空氣中與硫化物等化合物發生復雜的電化學反應，導致金具表面慢慢地被腐蝕。為了有效防止地線掛點金具因腐蝕、磨損而導致異常發熱，在現行條件下應對老舊線路本體設備進行細化管控，對重要掛點金具進行分類處理，對小轉角直線塔掛點金具應加強防腐處理，應用高強度材料替代普通材料，在直接接地掛點兩側安裝引流線，并專人跟蹤、制定科學的防范措施。同時，一線設備的運維人員必須實時掌握設備運行情況，避免金具持續性發熱而加劇設備的磨損程度，從而導致架空地線墜落事故的發生。

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