朱迪鋒，許楊勇

(國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司檢修分公司,浙江 杭州 311232)

0 引言

500 kV架空輸電線路為電力系統(tǒng)的大動(dòng)脈，直接關(guān)乎電網(wǎng)的正常運(yùn)行，同時(shí)也關(guān)乎電力系統(tǒng)的安全可靠性與綜合效益。因架空輸電線路長(zhǎng)期處于野外露天環(huán)境，由于微風(fēng)振動(dòng)、結(jié)構(gòu)共振、覆冰、外力損傷等原因，運(yùn)行過(guò)程中時(shí)有導(dǎo)線斷股情況發(fā)生。

某日在某500 kV線路停電檢修期間，專用工作接地線掛設(shè)處發(fā)生導(dǎo)線斷裂掉線的嚴(yán)重事故?，F(xiàn)對(duì)該事故進(jìn)行分析，找出其斷裂的原因，并提出整改工作建議，避免類(lèi)似事故再次發(fā)生。

1 事故概況

1.1 事故線路基本情況

事故發(fā)生的500 kV架空輸電線路(以下稱為A線路)長(zhǎng)63.2 km，桿塔144基，其中117—144號(hào)與另一500 kV線路(以下稱為B線路)同桿雙回架設(shè)，其余桿塔與B線路同走廊相鄰架設(shè)，距離為20—70 m。導(dǎo)線型號(hào)為L(zhǎng)GJ-400/35鋼芯鋁絞線。線路停電后，經(jīng)運(yùn)維單位檢測(cè)，1號(hào)與47號(hào)桿塔掛設(shè)線為鋁合金線夾的工作接地線，48號(hào)與144號(hào)桿塔掛設(shè)線為銅線夾的工作接地線。

1.2 導(dǎo)線斷裂受損情況

在停電15天后，48號(hào)桿塔3根工作接地線掛設(shè)處：C相(右邊最靠近B線路)3號(hào)子導(dǎo)線斷線，接地線線夾內(nèi)外均有嚴(yán)重灼傷痕跡；A相(中相)3號(hào)子導(dǎo)線外層鋁股斷裂，導(dǎo)線外側(cè)和接地線線夾內(nèi)有明顯灼傷痕跡；B相(左邊最遠(yuǎn)離B線路)3號(hào)子導(dǎo)線表面嚴(yán)重灼傷，接地線線夾內(nèi)側(cè)有灼傷痕跡。3根接地線的接地端均接觸良好，無(wú)放電痕跡，接地線上的軟銅線均無(wú)灼傷痕跡。導(dǎo)線及接地線線夾受損情況如圖1—3所示。關(guān)系，在停電的15天時(shí)間里，B線路電流最大值為897 A，最小值為187 A。以48號(hào)桿塔最大感應(yīng)電流實(shí)測(cè)值為基礎(chǔ)，結(jié)合B線路負(fù)荷情況模擬不同位置的接地線感應(yīng)電流。

圖1 C相3號(hào)子導(dǎo)線受損情況

圖2 A相3號(hào)子導(dǎo)線受損情況

結(jié)果顯示，48號(hào)桿塔接地線感應(yīng)電流顯著大于其他位置的接地線感應(yīng)電流。線路感應(yīng)電流仿真計(jì)算結(jié)果如表2所示。

圖3 B相接地線線夾灼傷痕跡

事故發(fā)生后，對(duì)1，47，144號(hào)所掛設(shè)的接地線進(jìn)行檢查，均無(wú)異常。

2 線路仿真與試驗(yàn)檢測(cè)

2.1 線路感應(yīng)電壓及感應(yīng)電流仿真計(jì)算

2.1.1 線路感應(yīng)電壓仿真計(jì)算

發(fā)生斷線時(shí)A線路處于檢修狀態(tài)，線路兩端接地開(kāi)關(guān)為合閘狀態(tài)，整個(gè)線路有1次換相，位置為71號(hào)與72號(hào)桿塔，距離斷線桿塔48號(hào)位置較近，B線路為正常運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)兩線路桿塔塔型及兩線間距等參數(shù)構(gòu)建仿真模型。

在全線均不掛設(shè)接地線，兩端接地開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，對(duì)A線路進(jìn)行感應(yīng)電壓仿真計(jì)算，線路感應(yīng)電壓仿真計(jì)算結(jié)果如表1所示。48號(hào)塔處各相感應(yīng)電壓最大值如表1中狀態(tài)1所示。在1，47，144號(hào)桿塔掛設(shè)接地線，48號(hào)桿塔不掛設(shè)接地線的情況下，進(jìn)行感應(yīng)電壓仿真計(jì)算，48號(hào)桿塔處各相感應(yīng)電壓最大值如表1中狀態(tài)2所示。在48號(hào)桿塔掛設(shè)接地線后，其各相感應(yīng)電壓最大值如表1中狀態(tài)3所示。

2.1.2 線路感應(yīng)電流仿真計(jì)算

A線路感應(yīng)電流與鄰近的B線路電流有密切

表1 線路感應(yīng)電壓仿真計(jì)算結(jié)果 V

表2 線路感應(yīng)電流仿真計(jì)算結(jié)果 A

導(dǎo)線的損傷情況與感應(yīng)電流值基本對(duì)應(yīng)，C相斷線、A相斷股、B相灼傷。首末桿塔由于接地開(kāi)關(guān)電氣距離近，其感應(yīng)電流相對(duì)較小。結(jié)合大電流通流試驗(yàn)可推算，48號(hào)桿塔C相導(dǎo)線溫升最大可達(dá)17.9 K，結(jié)合線路環(huán)境氣溫推算得導(dǎo)線最高溫度可達(dá)34.9 ℃。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)感應(yīng)電壓及感應(yīng)電流測(cè)量

2.2.1 現(xiàn)場(chǎng)感應(yīng)電壓測(cè)量

48號(hào)桿塔感應(yīng)電壓測(cè)量當(dāng)天天氣情況良好，濕度較小，與B線路相距43 m，B線路負(fù)荷673.69 MVA，電流763.19 A。測(cè)量結(jié)果為，48號(hào)C相(斷線相)位置未接觸導(dǎo)線時(shí)，感應(yīng)電壓為538 V；48號(hào)和49號(hào)均接地時(shí)，48號(hào)C相感應(yīng)電壓為30 V；48號(hào)未接地和49號(hào)接地時(shí)，48號(hào)C相感應(yīng)電壓為375 V。48號(hào)A相感應(yīng)電壓均為12 V，B相基本無(wú)感應(yīng)電壓。2.2.2 現(xiàn)場(chǎng)感應(yīng)電流測(cè)量

48號(hào)桿塔感應(yīng)電流測(cè)量時(shí)，1，47，48，144號(hào)桿塔均掛設(shè)接地線，三相同時(shí)檢測(cè)，操作數(shù)十次。結(jié)果為，B線路電流為680 A時(shí)，C相感應(yīng)電流17.2 A，B相感應(yīng)電流4.1 A，A相感應(yīng)電流22.6 A。47號(hào)桿塔感應(yīng)電流均在2.8—5.2 A，明顯小于48號(hào)感應(yīng)電流。

2.3 接地線大電流試驗(yàn)

為檢驗(yàn)接地線線夾通流能力，對(duì)接地線進(jìn)行大電流通流試驗(yàn)，導(dǎo)線選取為斷線點(diǎn)更換下來(lái)的導(dǎo)線。對(duì)接地線分別通過(guò)25 A，50 A，100 A，200 A的電流試驗(yàn)，結(jié)果顯示，回路通流后線夾和導(dǎo)線連接處迅速升溫，15 min后溫升大體穩(wěn)定。通流25 A，50 A，100 A，200 A時(shí)的穩(wěn)態(tài)最高溫升分別為11.4 K，40.9 K，75.3 K，135 K。通流6 h后對(duì)線夾與導(dǎo)線進(jìn)行外觀檢查和接觸電阻測(cè)量，結(jié)果顯示無(wú)明顯變化。

2.4 接地線及導(dǎo)線材質(zhì)檢測(cè)試驗(yàn)

本次事故中所使用的接地線線夾為銅質(zhì)，對(duì)其進(jìn)行外觀和直流電阻檢查，結(jié)果均符合要求。

對(duì)受損導(dǎo)線的直流電阻、鋁單絲抗拉強(qiáng)度、鋁單絲卷繞、鋼單絲抗拉強(qiáng)度、鋼單絲卷繞、1 %伸長(zhǎng)時(shí)的應(yīng)力等進(jìn)行檢查，結(jié)果均符合要求。

2.5 受損導(dǎo)線斷面掃描及元素分析試驗(yàn)

對(duì)斷線點(diǎn)附近的2段導(dǎo)線的表面鋁股進(jìn)行掃描電鏡試驗(yàn)，結(jié)果顯示，導(dǎo)線表面有明顯的灼燒痕跡。成分分析顯示，其包含了鋁股灼燒后留下的鋁、氧、鐵、銅等常見(jiàn)元素，此外由于導(dǎo)線斷線時(shí)曾跌落至地面，還含有少量硅元素。

除了這些常見(jiàn)元素外，2份樣本中還檢測(cè)出硫元素，其占比分別為0.79 %和0.57 %。鋁導(dǎo)線本身不含硫元素，土壤中的硫元素含量通常不超過(guò)0.1 %，但樣品中的硫元素含量遠(yuǎn)高于土壤中的硫元素含量，判斷其來(lái)源于雨水中的硫酸根離子。

3 導(dǎo)線斷裂原因分析

3.1 導(dǎo)線斷裂與接地線及導(dǎo)線材質(zhì)關(guān)系分析

由于工作接地線及導(dǎo)線的各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果均滿足規(guī)程規(guī)范要求，因此可排除因材質(zhì)問(wèn)題導(dǎo)致的導(dǎo)線斷裂。

3.2 導(dǎo)線斷裂與感應(yīng)電流關(guān)系分析

線路所用導(dǎo)線型號(hào)為L(zhǎng)GJ-400/35，其長(zhǎng)期允許載流能力為592 A，無(wú)論從線路仿真計(jì)算還是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量數(shù)值均顯示，故障發(fā)生位置的感應(yīng)電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于長(zhǎng)期允許電流，可排除因感應(yīng)電流過(guò)大導(dǎo)致導(dǎo)線斷裂。

3.3 導(dǎo)線斷裂與人員操作關(guān)系分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)感應(yīng)電流測(cè)試數(shù)十次操作結(jié)果，最大感應(yīng)電流23 A，且在大電流通流試驗(yàn)下故障導(dǎo)線未出現(xiàn)異常，可排除因人員操作導(dǎo)致導(dǎo)線斷裂。

3.4 導(dǎo)線斷裂與不同材質(zhì)間電化學(xué)效應(yīng)的關(guān)系

導(dǎo)線斷面電鏡檢測(cè)顯示，導(dǎo)線表面存在明顯的灼燒痕跡，且與接地線夾安裝位置一致。在樣本中檢測(cè)出遠(yuǎn)高于土壤中含量的硫元素，說(shuō)明運(yùn)行環(huán)境中硫元素通過(guò)某種形式殘留在導(dǎo)線表面上。

3.4.1 線路運(yùn)行環(huán)境

事故線路處在當(dāng)?shù)毓I(yè)區(qū)，環(huán)境監(jiān)測(cè)中心的酸雨監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，該地區(qū)年均降水pH值為4.5，屬于強(qiáng)酸雨區(qū)，降水中的電解質(zhì)(主要為硫酸根離子)含量較高。線路停電至斷線的15天時(shí)間里，除3天陰天外均為雨天，氣溫為10—22 ℃，風(fēng)力小于3級(jí)。43號(hào)塔的微氣象監(jiān)測(cè)裝置顯示，線路周?chē)諝庀鄬?duì)濕度最低為70 % RH，絕大部分時(shí)間為100 % RH。

3.4.2 銅鋁原電池化學(xué)反應(yīng)

發(fā)生事故的工作接地線的線夾為銅材質(zhì)，導(dǎo)線主要由鋁材構(gòu)成，銅鋁之間的化學(xué)電勢(shì)存在較大差異。在沿海工業(yè)污染區(qū)等強(qiáng)腐蝕性環(huán)境中，降水與空氣濕度較大時(shí)，導(dǎo)線表面長(zhǎng)期存在酸性液體，從而使銅鋁之間構(gòu)成原電池。

鋁的化學(xué)活性高于銅，在反應(yīng)中鋁為負(fù)極，更容易失去電子發(fā)生腐蝕，生成鋁的硫酸鹽化合物，而銅不容易發(fā)生腐蝕。這與事故線路所處環(huán)境及受損導(dǎo)線元素分析結(jié)果相符。

3.4.3 受損導(dǎo)線與人工腐蝕試驗(yàn)對(duì)比

在人工大氣腐蝕試驗(yàn)中，銅鋁過(guò)渡線夾被放置在35 ℃的恒溫箱中進(jìn)行鹽霧大氣腐蝕試驗(yàn)，結(jié)果在7天的時(shí)間里線夾接觸電阻上升超過(guò)100倍。事故線路接地線夾處最高溫度可達(dá)34.9 ℃，在接地線大電流通流試驗(yàn)中線夾溫升更明顯。斷裂點(diǎn)環(huán)境與試驗(yàn)環(huán)境相似。銅鋁構(gòu)成的原電池在長(zhǎng)達(dá)15天時(shí)間里處于高溫、高濕電解液中，極大加快了電化學(xué)反應(yīng)的速度。

48號(hào)桿塔B相接地線夾與導(dǎo)線連接處生產(chǎn)的白色物質(zhì)和人工腐蝕試驗(yàn)中所產(chǎn)生的鋁材腐蝕物顏色接近，且試驗(yàn)中導(dǎo)線表面檢測(cè)出較高的硫元素，也證明斷線點(diǎn)位置曾有較高含量的硫酸鹽類(lèi)物質(zhì)。這顯示出導(dǎo)線在斷線前曾發(fā)生過(guò)電化學(xué)腐蝕。

3.4.4 其他接地線處導(dǎo)線未發(fā)生腐蝕原因分析

1號(hào)與144號(hào)桿塔為線路首末端桿塔，與線路接地開(kāi)關(guān)電氣距離較近，接地開(kāi)關(guān)分流作用較強(qiáng)，因此這2塔感應(yīng)電流較小。因熱效應(yīng)與電流平方成正比，故其發(fā)生腐蝕程度要遠(yuǎn)低于48號(hào)桿塔處。

47號(hào)桿塔雖感應(yīng)電流也較大，且與48號(hào)桿塔處于相同環(huán)境，但其接地線線夾為鋁合金材質(zhì)，與導(dǎo)線不構(gòu)成原電池效應(yīng)，故未發(fā)生電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象。

發(fā)生銅鋁原電池類(lèi)型的腐蝕需要滿足不同材質(zhì)接觸、高溫、高濕等條件，而發(fā)生事故線路恰是長(zhǎng)時(shí)間處于酸雨潮濕環(huán)境中。

4 結(jié)論與建議

此次導(dǎo)線斷裂的事故原因?yàn)?，接地線長(zhǎng)時(shí)間處于酸雨區(qū)的潮濕環(huán)境中，接地線銅線夾與鋁導(dǎo)線間產(chǎn)生原電池化學(xué)效應(yīng)；鄰近線路大負(fù)荷運(yùn)行條件下，在接地線處產(chǎn)生較高幅值感應(yīng)電流，產(chǎn)生的高溫加速電化學(xué)腐蝕；當(dāng)電化學(xué)腐蝕發(fā)展到一定程度時(shí)形成間歇性電弧放電，對(duì)導(dǎo)線產(chǎn)生局部灼傷，最終導(dǎo)致導(dǎo)線斷股掉線。為避免類(lèi)似事故再次發(fā)生，提出以下2點(diǎn)建議：

(1) 排查工作接地線材質(zhì)，在超特高壓輸電線路上應(yīng)優(yōu)先采用鋁制或鋁合金材質(zhì)線夾的接地線；

(2) 處于強(qiáng)酸雨環(huán)境中的線路工作接地線線夾嚴(yán)禁選用銅制線夾。

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