摘要：输电线路的覆盖范围比较广泛，由于输电线路架空地线所接触的地形环境存在着一定的差异再加上线路结构部件比较复杂多样，容易引发大量的安全隐患问题，通过输电线路地线掉线事故的分析，指出了目前输电线路设计、运行的不足和潜在的安全隐患，并提出若干防止地线掉线、改进防雷性能的对策。地线更换涉及同塔多回线路安排约一周的同时停电，将造成大量用户错峰停电，极大的增加了电网的运行风险。
关键词：预绞丝线夹；加固；架空地线；防掉线对策
1 预绞丝线夹优点
1）预绞丝线夹所承受应力分布在一个较大的区域，使静态应力对光缆的影响大大减少，极大提高了光缆承受应力的能力，而且ADSS悬垂线夹与ADSS光缆有较大的接触面积，应力分布均匀，无应力集中点，同时增强了挂点位置光缆的刚度，起到更好的保护作用。
2）有较好的动态应力承受能力，可提供足够的握紧力来保护ADSS光缆在不平衡负载的条件下安全运行。
3）该结构配以柔性橡胶夹块，增强了自阻尼，使磨损减小。
4）端部磨圆处理，提高了电晕起晕电压。
5）优质的铝合金材质，提高了线夹的机械性能及防腐性能，大大延长了使用寿命。
6）通用性强，可与多种金具配套使用；安装质量易于保证，且安装简单方便，外观简洁美观。
2 基于预绞丝线夹加固的架空地线防掉线研究对策分析
2.1 耐张串地线防掉线装置研究
对于架空输电线路耐张串来说，早期建设时耐张串地线常选用GJ50、GJ70等截面积较小的地线，且金具连接常选用楔形线夹，然后采用两根钢丝绑扎，地线与杆塔之间依靠金具实现电气连接。此种连接在地线运行达到一定年限后，由于地线腐蚀以及微风振动等因素导致的地线断股断线风险大大增加。另外，当地线发生了一定程度的锈蚀（甚至于基本没有锈蚀时），楔形线夹和地线接触处的接触电阻相比于压接或者预绞式连接方式都会大大增加。所以，这些老旧地线的断线风险需要得到有效地解决。目前需要完成更换的地线已达1000kM量级，而短期内要完成如此巨大的工程，显然是不可能完成的，而地线的更换还涉及同停线路多，停电时间长，用户错峰大，电网风险高；跨越公路、铁路、管线等措施费用高，协调难；青苗赔偿工作量大，群众阻挠；投入人力多和资金大等问题。针对耐张串地线主要从楔形线夹处断线的现状，我们可以设计一套后备保护装置安装在耐张串地线上，在地线正常运行时，此套装置并不受力，一旦老旧地线在楔形线夹附近发生断线后，此套加固装置即可处于受力状态拉住地线防止出现地线断线、掉线状况，从而避免产生更严重的事故和社会影响，大幅延长了地线的寿命，也节约了改造更换老旧地线需要投入的大量人力物力。这种后备保护的金具连接方式可以选择为预绞式金具连接。因此，我们可以称呼这套装置为地线预绞式耐张后备线夹。
图1 地线预绞式耐张后备线夹示意图
2.2 悬垂串地线防掉线装置研究
2.2.1 装置实验原理
相比于耐张串而言，悬垂串地线发生断线的几率要更高。事实上，据不完全统计，80%以上的避雷线断线发生在悬垂线夹处，观察到断口有熔断特征。打开悬垂线夹检查，时有发现存在熔断断股现象。在三相不平衡运行、单相短路、相间短路、雷电冲击的运行条件下，地线易处于长期高负荷运行状态，而交流电流的趋肤效应使电流集中在端口附件，而悬垂线夹与地线处由于地线锈蚀、接触不良等因素导致接触电阻较大，所以在悬垂线夹处容易产生电弧，造成地线断股甚至断线。
为解决地线线夹发热问题采用了在原地线缠绕预绞丝，通过线夹与预绞丝固定地线的方法对早期建设线路进行改造。原线路大多运行时间超过15年，在改造后约半年时间出现线路短路跳闸，地线在预绞丝端部发生熔断，并且同一根预绞丝两端均发生断线。为分析预绞丝处理对老旧锈蚀钢绞地线发热熔断机理，拟对发生过断线故障的同批次地线进行大电流温升试验，分析改造地线在电流作用下的热效应，探索老旧地线补修改进措施。锈蚀钢绞线经过预绞丝补修后，镀锌钢绞线在表面镀锌层腐蚀后内部钢材裸露产生锈蚀，铁锈的成分主要是铁和锌的氧化物和硫化物，导电性能较差，在电压较小的情况下无法形成导电回路，此时预绞丝与钢绞线间形成高阻回路。如果预绞丝与钢绞线间的铁锈层被部分破坏，则高阻回路被打破，预绞丝与钢绞线间形成低阻回路。而这个高阻回路中形成的低阻回路由于接触面积较小且存在部分电阻率较高的铁锈，仍然比正常接触电阻要高得多。为增加钢绞线与预绞丝之间的摩擦力通常会在预绞丝内表面粘涂一层磨砂。若预绞丝与钢绞线间存在导电性能差的铁锈，缠绕预绞丝时容易在端部破坏部分铁锈层，回路在预绞丝端部接触不良点的接触电阻较大，容易引起发热。试验时钢绞线尾端必须通过线夹夹紧在预绞丝上，否则试验电流不会流经预绞丝。
2.2.2 试验结论
通过试验，首先证明了老旧钢绞线锈蚀是导致其缠绕预绞丝后出现异常发热的主要原因。铁锈的导电性能是比较差的，电阻率高，所以发热情况很严重，而在缠绕预绞丝后，由于接触面积较小且铁锈含量高，所以接触电阻很大，此时由于电流的趋肤效应，电流基本会从预绞丝端口流过，因此会引起严重的发热，在出现短路或者雷击的情况下（或者多次作用），地线会有断股或者断线风险。因此提出了三种解决的方案，分别是地线整段除锈，端口附近缠绕铜线，加装引流线。其中，除锈的方法可以使端口不会出现异常发热，但针对已经装有预绞丝的线路操作性不强，且在输电线路上防止再生锈又是很困难的事情。缠绕铜线相当于采用导电性能更好、电阻率低的导电物质来起过渡引流作用，从而减小预绞丝端口以及预绞丝的发热，但是在整齐的铜丝截面上过流依然会出现较大程度的发热，且新铜丝表面光亮，辐射系数较低，测温仪测到的温度可能比实际铜线的温度要低，且在实验过程中，在通电流很短的时间内铜线已经出现了比较明显的氧化，架空输电线路环境下也会很快氧化。而加装引流线则是在电流流过预绞丝端口之前，把其引到引流的铝绞线上，从而避免端口出现发热，在实际输电线路上可以把引流线另一端接到塔身进而导入地下。从效果来看，加装引流线的效果更好，但是现场安装较为麻烦。并且引流线和地线的连接处会使用C型线夹等金具，又会增加新的发热点和风险点。根据上面的试验分析及结论，决定在GJ50老旧悬垂段地线上安装悬垂双保险。第一层保险为预绞式护线条，根据护线条与地线的接触电阻要小于带磨砂预绞丝，所以用护线条来进行机械加固；第二层保险为预绞式引流条，通过在第一层保护上加装预绞式引流条，把可能出现的雷电流或工频短路电流通过其引到塔身，提高地线的耐雷水平，通过这种方式可以避免加装引流线带来的金具连接处可能发热的问题。通过以上两层加固大大延长了悬垂段地线的寿命。
图2 地线预绞式悬垂后备线夹示意图
结语
总而言之，我国电力系统具有重要应用价值，采取有效的防范管理措施做好基于预绞丝线夹加固的架空地线防掉线尤为重要。随着电网系统的日益完善和扩大，输电架空线路安装施工也越来越复杂，技术人员要树立安全保护意识，深入研究不同的地形条件，提高架空线的设计管理水平，有利于减少架空地线断线现象的产生，为各大电力企业创造更高的经济效益。
参考文献：
[1]范敏.500kV输电线路直线塔架空地线断线快速修复方法[J].机电信息，2016，（09）：8-9+11
论文作者:黄少腾,黄吉祥
论文发表刊物:《基层建设》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/15
标签：地线论文; 断线论文; 线路论文; 铁锈论文; 电流论文; 锈蚀论文; 回路论文; 《基层建设》2019年第24期论文;