摘要：文章针对浙江衢州地区±800kV特高压直流输电线路架空地线的断股现状, 调查分析了±800kV特高压直流输电线路的断股情况, 并对断股的原因和特征进行了分析, 对断股的机理进行了研究。在此基础上提出减少此类特高压架空地线断股的措施和建议。
关键词：特高压；直流输电线路；地线；断股；调查分析
0 引言
近年来，特高压直流输电线路发展迅速，于此同时，在特高压直流输电线路的运行过程中也暴露出一些问题。[1]浙江衢州地区运行中的±800kV特高压直流输电线路架空地线屡屡出现地线断股缺陷，这些缺陷会直接影响输电线路的安全稳定运行，严重时会导致特高压线路的停运，造成严重的电网事故。因此，有必要对特高压直流输电线路断股情况进行调查分析。
1、架空地线断股基本情况
针对运行中发生的特高压直流输电线路架空地线断股情况，进行调查内容包括衢州地区特高压直流输电线路运行情况、架空地线的基本参数和雷电活动的情况。
通过雷电定位系统统计发现，衢州地区宾金线处于多雷区且宾金线地线断股时间与宾金线附近落雷时间相吻合。
2、架空地线断股现象及特征
±800kV宾金线起于四川宜宾站，止于浙江金华，线路全长1670.8公里。衢州公司负责运维线路长度102.988km，铁塔共190该线路地线均为LBGJ-150-20AC铝包钢绞线，线路于2014年7月投运。
2.1、断口观测
对断口进行清理，通过超景深三维显微系统对断口放大50倍及200倍进行拍摄观察。具体断口形貌照片如下：
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对照片进行显微外观检查，发现断口处为不规则的熔断状，断股处既有正断，又有斜断，不论正断、斜断的断口处都有熔渣或者熔渣留下的痕迹。断口处有大量熔融的小气孔。正断、斜断断口均呈现出熔融状态，还发现有边部拉断特征，说明所有断口都曾经过高温熔融。
显微分析报告显示：根据地线的外层铝金属熔覆物、烧熔斑点、烧结瘤状物, 可判定断股原因是由高温熔融造成的。地线断股是在高温熔融状态下拉伸断裂，高温导致地线熔融，正断口是部分熔融后在张力作用下慢慢拉断，斜断口是全熔融状态下在地线张力作用下瞬时拉断。
3、原因和机理分析
导致宾金线地线断股的高能量只能来自于两个方面的原因。其中一个原因是工频接地短路电流导致的高温熔融。另一个原因是雷电冲击放电导致的高温熔融。
当输电线路发生单极接地故障时，地线上会通过很大的短路电流，引起地线的高温，但对衢州地区断股故障进行调查分析时, 发现宾金线在该段时间内未发生接地短路故障，从宾金线的运行状态推断排除通过工频大电流的可能。
从断股发生的位置来看, 断股处均在档距中间，地线发生断股的线路区域曾出现过一定程度的雷电活动，且强烈雷电活动时间与地线发生断股时间相吻合。从以上的分析表明, 地线的断股只能由雷击造成。当强烈雷电先导接近架空地线迎面先导与下行先导相遇时, 则会产生强烈的电荷中和过程, 主放电在地线表面形成放电电弧，因而可造成导线表面的烧蚀，对于雷电直击处可能造成铝合金熔化并导致断股，在风力作用下电弧弧根飘忽不定, 则可能在地线表面的一定范围内出现烧伤的斑点或其他烧痕。因此, 雷云中的能量和雷电放电形成的电弧是造成地线断股的主因。
当雷电脉冲电流在地线上传输时, 由于雷电流波形是一瞬态波, 冲击电流持续时间很短,且地线电阻很小, 因此在任何一段地线上由雷电通流产生的温升不可能很高, 因其持续时间短，电弧很快就会熄灭，热量还来不及深入到金属内部，不可能导致断股。雷电脉冲冲击电流一般只会引起地线外层表面轻微熔化，产生少量熔斑，当然也不排除个别较大的雷电脉冲电流会造成地线断股情况发生。
如果雷电流为长时间持续电流，虽然雷电流较小，但持续时间较长导致长时间产生稳定的电流，持续产生放电现象，参生的热量源源不断进入地线中，输入热量原大于地线散热量，导致地线放电电温度不断升高，大量热量产生的瞬时温度可能达到6000摄氏度以上，当温升达到或超过金属的熔点时，就会导致金属熔化，在地线张力的作用下最终导致地线断股。
通过统计分析发现宾金线6处断股中五处档距超过600米，两处档距超过800米，在山区大档距连续倾斜档施工时过滑车可能导致应力过于集中而导致地线损伤。在其他条件不变的情况下，应力集中的地方会首先遭到破坏，在正常或不当施工时，地线承受着轴向拉力、挤压应力、剪切应力等，应力突变会使地线和滑车部件之间产生滑动摩擦，导致地线损伤。因此，架空线发生断股现象与施工导致的应力集中关系密切。
综上所述，长时间的持续雷击电流产生的高温和施工导致的应力集中损伤都是造成宾金线地线断股现象产生的外因，而地线生产过程中某些单股直径与标准要求比较偏小是造成断股的内因。
综合第三方监测报告及实际处理地线断股过程，推断地线断股形成原因：
（1）、宾金线衢州段处于雷电活动强烈区域，雷云中的能量和雷电放电形成的电弧是造成地线断股的主因。
（2）、根据YB/T123-1997《铝包钢线》标准要求，LBGJ-150-20AC铝包钢绞线铝包线直径为3.10~3.20mm，该批次检测过程中1#、5#、6#直径稍偏小，是引起地线断股的原因之一。
（3）、在生产过程中，按照制作流程及制造规范，允许在一定长度范围内有一个单丝接头。从断点处照片反馈信息判断，由厂家制造过程留下的缺陷而引起此处地线发生脆段的可能性较大。
（4）、在施工过程中，在展放地线过程中未能做好对地线的保护，在山区大档距连续倾斜档施工时过滑车可能导致应力过于集中而导致地线损伤，也可能引起地线断股发生。
4、防止雷击特高压输电线路地线断股的方法建议
特高压输电线路宾金线跨越衢州地区，线路走廊经过的地形地貌、气象条件、地址条件都较为复杂，衢州地区属于雷电活动密集区，特高压输电线路铁塔都有一定的高度，地线位于特高压输电线路的最顶部，作为避雷线和线路发生短路时的接地线路，宾金线地线被雷击不可避免。
如何才能降低乃至防止雷击特高压输电线路地线断股现象发生是摆在我们输电线路运维人员面前的一大难题，这需要输电线路设计、制造、施工、运行各方面共同努力、统筹解决，具体应当从以下几点开始入手。
（1）、从设计源头开始严把关，在特高压输电线路的路径选择上，尽量不要选择雷电活动密集区作为线路走廊，尽量不要选择地表下面有金属矿石的地带和靠近水塘的地带，从源头降低特高压输电线路遭受雷击的概率。
（2）、电力制造厂商应当对特高压输电线路的部件生产把牢关。对地线的相关参数严格要求，不应当出现与相关标准要求不相符的地线出现。要求生产厂家提高产品生产质量意识和质量控制能力，严格按照电力设备生产标准执行生产，严格杜绝不达标地线流入电网运行。
（3）、施工中在放、紧线过程中注意对特高压输电线路地线的保护，不应出现因施工原因导致的地线受损情况的发生。要求施工单位严格按照施工标准进行施工，特别是在山区大档距连续倾斜档施工时过滑车可能导致应力过于集中，紧、放线过程中注意保护地线不受损伤。
（4）、采用新型的锆铝合金线等新型材料代替铝合金线和铝包钢线，锆铝合金线具有良好的导电性能、机械强度和耐热性等优点，可以总体提高地线的熔点，降低雷击时的损害程度。
参考文献
[1]刘振亚．特高压电网[M]．北京：中国经济出版社，2006．
[2]赵岚．架空线断股原因探析[J]．中国新技术新产品，2008，（16）
论文作者:姜淦之
论文发表刊物:《电力设备》2019年第19期
论文发表时间:2020/1/15
标签：地线论文; 线路论文; 雷电论文; 衢州论文; 特高压论文; 断口论文; 应力论文; 《电力设备》2019年第19期论文;