第一篇：2、500kV輸電線路架空絕緣地線掉線原因分析及對(duì)策-王浩東

500kV輸電線路架空絕緣地線掉線

原因分析及對(duì)策

王浩東

（中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司天生橋局，貴州興義 562400）

摘要: 通過分析南方電網(wǎng)兩起500 kV 輸電線路架空絕緣地線掉線事故，認(rèn)為其主要原因是線路設(shè)計(jì)間隙不足以及絕緣子老化導(dǎo)致掉線。對(duì)輸電線路設(shè)計(jì)、運(yùn)行的不足和潛在安全隱患，提出防止地線掉線、改進(jìn)防雷性能的對(duì)策。

關(guān)鍵詞：輸電線路；感應(yīng)電壓；絕緣地線；掉線

前言:近幾年南方電網(wǎng)500kV輸電線路多次發(fā)生地線掉線事故，對(duì)事故原因進(jìn)行深入分析，提出整改、預(yù)防措施已刻不容緩。通過總結(jié)發(fā)現(xiàn)主要有兩類：一類是地線對(duì)塔身放電導(dǎo)致其強(qiáng)度降低，最終斷線造成掉線；另一類是地線絕緣子鐵帽和鋼腳分離而掉線?，F(xiàn)就兩起典型事故進(jìn)行分析，提出預(yù)防絕緣架空地線掉線的對(duì)策。1、500kV 來梧二線33#塔地線掉線事故分析 1.1事故經(jīng)過

2007 年01月13日22:52，500kV 來梧二線C 相跳閘，重合不成功，23:46 匯報(bào)調(diào)度線路具備恢復(fù)運(yùn)行條件。14日8:50，巡視發(fā)現(xiàn)#32-#34左側(cè)GJ-70 地線從#33塔懸垂線夾處斷裂，導(dǎo)致#32-#34 檔的地線墜落地面。10:45 來梧二線緊急停運(yùn)對(duì)#32小號(hào)側(cè)10m 處至#33大號(hào)側(cè)10m 處地線進(jìn)行更換，將#33塔地線改為直接接地，對(duì)損傷導(dǎo)線進(jìn)行修補(bǔ)。15 日12:00 完成搶修，13:58 來梧二線復(fù)電。1.2檢查情況

500kV 來梧二線#33塔距離來賓變12.6km，一根地線為OPGW2(計(jì)算截面積121.87mm2)，另外一根絕緣地線型號(hào)為GJ-70 鋼絞線(通流容量為17.496kA2.s)，#33塔附近絕緣地線的接地點(diǎn)為#02、#03、#20、#

38、#

48、#60。#33塔型為ZV-30，#32塔型為GM1-24，#34塔型GM1-33-1.5，#

32、#34塔架空地線水平間距為10.9m，#33塔架空地線水平間距為20.6m?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)：500kV 來梧二線#33塔C 相上方地線絕緣子間隙(間隙距離5.2mm)有放電痕跡，塔身對(duì)應(yīng)地線懸垂線夾部位有電弧燒傷痕跡；斷裂地線除1 股完整股和2 股的1/3 股為物理機(jī)械性拉斷外，其余均為電弧燒傷溶化斷裂；斷裂點(diǎn)小號(hào)側(cè)4m處地線被電弧燒斷2 股，#32大號(hào)側(cè)3m 處地線電弧燒傷4 股；C 相導(dǎo)線#33塔往小號(hào)側(cè)距懸垂線夾20m 處導(dǎo)線有放電灼傷傷痕、第一個(gè)間隔棒處有損傷。檢查發(fā)現(xiàn)#33塔地線絕緣子串往塔身傾斜，實(shí)測(cè)在無風(fēng)情況下33#塔地線懸垂線夾與鐵塔塔材最小距離約6cm。1.3原因分析

事故的主要原因是由于地線與塔身之間的最小凈空距離僅為6cm（如圖1所示），經(jīng)計(jì)算在7.5m/s風(fēng)速的情況下，地線風(fēng)偏后可直接與塔身接觸，因此地線與塔身之間的距離將長期的小于地線絕緣子的放電間隙（15.2mm），地線會(huì)長期對(duì)塔身放電，甚至直接與塔身摩擦，導(dǎo)致地線發(fā)熱燒損或磨損，架空地線在線夾處應(yīng)力最大，另外導(dǎo)線舞動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)對(duì)線夾處導(dǎo)線有一定疲勞累積效應(yīng)，地線容易在線夾處發(fā)生斷裂。當(dāng)?shù)鼐€損傷到4 股或以上，剩余股線承受不了運(yùn)行拉力而被拉斷；當(dāng)然運(yùn)行中懸垂線夾部位的地線如有斷股、散股、磨損，將降低地線機(jī)械強(qiáng)度和通流容量甚至地線有可能被拉斷；GJ-70 地線截面積偏小，可能也是地線斷裂原因之一。以上原因都是設(shè)計(jì)對(duì)小轉(zhuǎn)角塔型考慮不周，導(dǎo)致地線與塔身的間隙不足而造成掉線，如果地線改成直接接地問題就迎刃而解了。

圖1事故前塔身與地線相對(duì)位置

圖2事故斷裂地線 2、500kV天平II回線#09塔地線掉線事故分析

2.1事故經(jīng)過

2003年07月28日16：56，500kV天平II回線（天生橋-廣州第二回輸電線路的天生橋-平果段）#09塔地線由于受力瓷質(zhì)絕緣子鐵帽和鋼腳分離而掉線，導(dǎo)致A相故障，重合閘不成功，隨后進(jìn)行1次強(qiáng)送不成功，線路永久性故障。29日凌晨2：35完成搶修，2：56天平II回線復(fù)電。2.2檢查情況

輸電線路巡視人員發(fā)現(xiàn)09#塔左側(cè)地線由于受力瓷質(zhì)絕緣子鐵帽和鋼腳分離而掉線，掉線的地線跌落到地面，分別在#08-#09塔和#09-#10塔與A相導(dǎo)線接觸，造成A相永久短路。兩側(cè)地線均采用絕緣地線型號(hào)為GJ-70 鋼絞線，在地線與導(dǎo)線接觸部位有明顯放電痕跡，在#08塔、#10塔地線絕緣子表面及放電間隙有明顯放電痕跡。2.3、原因分析

2.3.1為了減少線損，500 kV 天平II回線采用架空絕緣形式。架空絕緣地線有較高的感應(yīng)電勢(shì)，其大小與線路電壓、負(fù)荷、長度及地線與導(dǎo)線間距離有關(guān)。500 kV 天平II回線由于負(fù)荷重（在平果變電站加裝串補(bǔ)后輸送容量由600MW提高為1200MW，并且長時(shí)間滿負(fù)荷運(yùn)行），架空絕緣地線的感應(yīng)電勢(shì)可能達(dá)到10 kV 級(jí)。如此高的感應(yīng)電壓使地線絕緣子實(shí)際相當(dāng)于被作為導(dǎo)線絕緣子（電壓等級(jí)為幾個(gè)10 kV 級(jí)的輸電線路）使用，對(duì)絕緣子的電氣和機(jī)械性能的損失極其不利。

2.3.2 由于所使用的瓷絕緣子為內(nèi)膠裝結(jié)構(gòu)，膠裝粘合劑水泥和鋼腳、鐵帽、瓷件的熱膨脹系數(shù)各不相同，溫度變化時(shí)各部件熱脹系數(shù)的差異將使瓷件受到壓應(yīng)力和剪切應(yīng)力；水泥的長期膨脹（俗稱“水泥生長”）也使瓷件和鐵帽受到局部應(yīng)力和疲勞效應(yīng)，其絕緣性能隨著運(yùn)行時(shí)間的延長會(huì)逐漸降低甚至完全喪失，此時(shí)瓷絕緣子處于擊穿運(yùn)行狀態(tài)。運(yùn)行中的瓷質(zhì)絕緣子承受的感應(yīng)電壓越高，其電氣性能喪失的時(shí)間越短。處于臨界擊穿或已擊穿狀態(tài)的絕緣子的電氣性能大幅度下降或喪失，不能滿足絕緣的要求，但其機(jī)械強(qiáng)度仍然可以滿足設(shè)計(jì)的要求，此時(shí)地線不會(huì)馬上掉線。由于膠裝粘合劑水泥等填充物的存在，絕緣子有一定的電阻值，在10 kV 級(jí)感應(yīng)電壓的作用下，絕緣子出現(xiàn)了比正常接地感應(yīng)電流大得多的“短路”感應(yīng)電流。這個(gè)感應(yīng)電流對(duì)絕緣子內(nèi)部會(huì)有明顯的熱作用，大量的熱積累導(dǎo)致絕緣子產(chǎn)生溫升。長期機(jī)電負(fù)荷和溫升變化進(jìn)一步加速絕緣子的老化，而進(jìn)一步老化的結(jié)果是導(dǎo)致熱效應(yīng)加劇，形成惡性循環(huán)。經(jīng)過一段長時(shí)間或遭受雷擊等強(qiáng)電流的作用，瓷件和鐵帽受到局部應(yīng)力和疲勞效應(yīng)加劇，膠裝粘合劑水泥等填充物因熱效應(yīng)局部融化而失去其支撐能力，或因瞬間驟熱而發(fā)生爆炸，因而產(chǎn)生絕緣子斷串。

2.4 掉線原因

500 kV 天平II回線的架空絕緣地線采用大連電瓷廠生產(chǎn)的XDP5-7C 地線專用絕緣子，帶保護(hù)間隙，于1995 年投運(yùn)。由于事故現(xiàn)場(chǎng)的地線絕緣子及附件都沒有明顯的放電痕跡，據(jù)了解當(dāng)時(shí)氣候情況是風(fēng)雨交加，但基本沒有雷電活動(dòng)，因此絕緣子應(yīng)該是因老化，絕緣子填充物局部融化而掉線的?，F(xiàn)場(chǎng)取回的絕緣子與懸垂線夾連接的金屬部分有嚴(yán)重銹蝕，上面還殘留有淚滴狀的絕緣子填充物，絕緣子頭部填充物有局部融化的痕跡（見圖3），這表明高感應(yīng)電壓及其產(chǎn)生的強(qiáng)泄漏電流是絕緣子的老化和掉線的重要原因。

圖3鐵帽和鋼腳的絕緣子

3、預(yù)防絕緣架空地線掉線的對(duì)策

另外在南方電網(wǎng)的500kV線路上還發(fā)生了多起類似以上兩起的絕緣地線掉線事故，通過總結(jié)發(fā)現(xiàn)主要是以上兩類：一類是地線對(duì)塔身放電導(dǎo)致其強(qiáng)度降低，最終斷線造成掉線；另一類是地線絕緣子鐵帽和鋼腳分離而掉線。針對(duì)以上分析現(xiàn)就預(yù)防絕緣架空地線掉線提出如下對(duì)策。

3.1加強(qiáng)絕緣架空地線的運(yùn)行維護(hù)工作

3.1.1加強(qiáng)絕緣架空地線運(yùn)行巡視、檢測(cè)工作。

運(yùn)行單位巡視時(shí)要注意觀察地線有無斷股、散股現(xiàn)象，觀察地線及塔身有無電弧燒傷痕跡，觀察線夾與地線的連接部位有無電弧燒傷和生銹現(xiàn)象，夜巡時(shí)注意觀察地線絕緣子間隙有無放電冒火現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)進(jìn)行處理。變電站出口15km 以內(nèi)的絕緣地線，以及偏向塔身（主要是小轉(zhuǎn)角塔型）的絕緣地線，應(yīng)重點(diǎn)檢查；地線絕緣子的檢測(cè)工作應(yīng)按規(guī)程2-3年要求的周期進(jìn)行，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)地線絕緣子缺陷；另外對(duì)地線的金具除外觀檢查外還應(yīng)配合紅外成像技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)。

3.1.2加強(qiáng)架空地線特別是連接金具、接續(xù)金具的維護(hù)工作。

嚴(yán)格按規(guī)程周期進(jìn)行絕緣地線間隙檢查，進(jìn)行地線燒傷、振動(dòng)斷股和腐蝕檢查，發(fā)現(xiàn)間隙距離超出設(shè)計(jì)范圍、地線斷股等缺陷及時(shí)處理，架空地線在線夾處應(yīng)力最大，另外導(dǎo)線舞動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)對(duì)線夾處導(dǎo)線有一定疲勞累積效應(yīng)，地線容易在線夾處發(fā)生斷裂，地線懸垂線夾承重軸磨損斷面超過1/4以上的應(yīng)予以更換。線路檢修時(shí)變電站出口15km 的絕緣地線，以及有較重銹蝕現(xiàn)象的地線，線夾必須打開檢查。運(yùn)行超過10 年的線路，檢修時(shí)要加大地

線線夾打開抽查的比例。近期檢修的線路要充分利用停電機(jī)會(huì)登檢桿塔，擴(kuò)大打開地線線夾檢查的范圍以查找隱患。

3.1.3加強(qiáng)絕緣架空地線掉線的改造工作。

運(yùn)行單位應(yīng)根據(jù)最新的線路運(yùn)行方式，進(jìn)行地線通流容量的校驗(yàn)工作，確保地線具有足夠的通流能力和機(jī)械強(qiáng)度。地線銹蝕嚴(yán)重或通流容量不滿足最新運(yùn)行要求的，要安排計(jì)劃進(jìn)行改造。一根地線為OPGW 時(shí)，另外一根絕緣地線靠近變電站10km范圍在通信條件允許時(shí)應(yīng)改造為逐塔接地方式。對(duì)于地線偏向塔身的可加裝引流線或用金具直接代替絕緣子。經(jīng)驗(yàn)表明玻璃絕緣子不易發(fā)生掉串事故，因此對(duì)于長距離輸電的線路，為提高絕緣地線的可靠性和較少運(yùn)行維護(hù)工作量，可將瓷質(zhì)絕緣子更換成玻璃絕緣子。3.1.4落實(shí)地線掉線的反事故預(yù)案。

運(yùn)行單位應(yīng)認(rèn)真分析地線掉線的原因，制定出有針對(duì)性的反事故預(yù)案，并在材料、搶修工具、照明器材、人員等方面落實(shí)到位，提高事故應(yīng)急能力和速度，盡量減少事故造成損失。3.2加強(qiáng)絕緣架空地線的設(shè)計(jì)工作 3.2.1重視絕緣子選型。

瓷質(zhì)絕緣子有多種不利于運(yùn)行的因素。瓷質(zhì)絕緣子屬于可擊穿型絕緣子，老化絕緣子的存在對(duì)線路的安全運(yùn)行是一種潛在的威脅，不易發(fā)現(xiàn)，定期檢測(cè)需要大量的人力物力。線路運(yùn)行和維護(hù)人員較少時(shí)，就更難及時(shí)發(fā)現(xiàn)。長期以來，人們對(duì)應(yīng)用于輸電線路導(dǎo)線的瓷質(zhì)絕緣子的潛在的威脅有著深刻的認(rèn)識(shí)和研究，目前大多數(shù)導(dǎo)線瓷質(zhì)絕緣子已經(jīng)被更換為鋼化玻璃絕緣子，但對(duì)應(yīng)用于地線的瓷質(zhì)絕緣子的可能存在的危害認(rèn)識(shí)不足，認(rèn)為地線瓷質(zhì)絕緣子承受電壓低，不易老化，未能及時(shí)變更設(shè)計(jì)或進(jìn)行大修改造。線路投運(yùn)和大修改造時(shí)，設(shè)計(jì)部門對(duì)此問題重視程度不足，過于注重成本控制和“靜態(tài)”運(yùn)行，未能充分考慮線路運(yùn)行后的“動(dòng)態(tài)”情況，不但導(dǎo)致運(yùn)行部門工作量大增，容易出現(xiàn)錯(cuò)檢、漏檢，而且使線路存在先天安全隱患，不利于輸電線路的長期安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。瓷質(zhì)絕緣子對(duì)降低線損的作用未必如預(yù)期理想線路地線采用絕緣子原本是要實(shí)現(xiàn)地線全線絕緣以降低線損，但由于采用了瓷質(zhì)絕緣子，線路在運(yùn)行一段時(shí)間后，瓷質(zhì)絕緣子的電氣絕緣性能逐漸喪失。由于喪失了電氣絕緣性能的瓷質(zhì)絕緣子的存在，架空絕緣地線實(shí)際已經(jīng)處于單點(diǎn)接地狀態(tài)，原本架空絕緣的地線也就出現(xiàn)了額外泄漏電流。只有單點(diǎn)接地的架空絕緣地線，其總體感應(yīng)電壓很高，由此產(chǎn)生的額外泄漏電流的值也很高，線路此時(shí)的線損大幅度增加?？梢姡€路降低線損過于依賴瓷質(zhì)絕緣子的電氣可靠性，而瓷質(zhì)絕緣子易擊穿的特性對(duì)不利于長期降低線損。因此應(yīng)當(dāng)重視絕緣子選型。

3.2.2靈活運(yùn)行地線絕緣運(yùn)行方式。

架空絕緣地線運(yùn)行方式導(dǎo)致地線產(chǎn)生高感應(yīng)電壓。全線絕緣的方式雖然減少了線損，但必定導(dǎo)致地線上的高感應(yīng)電壓大增。高感應(yīng)電壓不但加速瓷質(zhì)絕緣子老化進(jìn)而擊穿的速度，而且會(huì)在瓷質(zhì)絕緣子擊穿后進(jìn)一步破壞瓷質(zhì)絕緣子的機(jī)械性能，是導(dǎo)致掉線的主要誘因之一。因此在大跨越塔、轉(zhuǎn)角塔、耐張塔的地線應(yīng)盡可能直接接地或采用雙串。另外對(duì)一回地線采用OPGW 光纜，另一回地線采用全線絕緣的情況時(shí)線路故障或遭受雷擊時(shí)，OPGW光纜因全線接地而承受較大的雷擊電流，其強(qiáng)度較低很容易發(fā)生雷擊斷股，近幾年OPGW光纜雷擊斷股已經(jīng)是屢見不鮮，因此在設(shè)計(jì)線路時(shí)應(yīng)進(jìn)行地線通流容量的校驗(yàn)，確保地線具有足夠的通流能力和機(jī)械強(qiáng)度。對(duì)雷害嚴(yán)重地區(qū)及變電站進(jìn)出口線路建議不要采用絕緣地線。

參考文獻(xiàn)

[1] 電機(jī)工程手冊(cè)編輯委員會(huì).電機(jī)工程手冊(cè)[K].北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 1982.[2] 張殿生.電力工程高壓輸電線路設(shè)計(jì)手冊(cè)[K].北京：中國電力出版社,1991.[3] 劉桂峰.高壓輸電線路幾種常用絕緣子的性能比較[M].寧波：寧波出版社, 1996.[4] DL/T5092—1999, 110～500 kV 架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S].[5] 樊靈孟.何宏明, 鐘定珠, 等人工引雷試驗(yàn)中雷電流測(cè)量分析[J],高電壓技術(shù), 2000, 26(4):50-52.[6]顧洪連．談?shì)旊娋€路絕緣子的可界性 〔 J 〕 ．電力建設(shè)，1999(8）