220kV线路耐张线夹断裂原因分析及建议探究

220kV线路耐张线夹断裂原因分析及建议探究

徐代林

广西水利电力建设集团有限公司

摘要：随着中国电网建设快速发展，输电电压等级逐步提高，因此对输电线路使用的耐张线夹的各种性能要求日益提升。耐张线夹(Strainclamp)是高压输电电网中重要的电力金具，其主要作用是固定避雷器、输电导线到非直线杆塔耐张绝缘子串，实现线路转角、导线接续以及高线线路终端辅助减震、连接和保护作用。有效避免空中鸟类、凝露、冰柱雪块、污秽等物体搭接到杆塔上，造成闪络、触电等事故；同时也可以安装在变电站等电气设备上，防止盐雾、酸雨等化学气体对变压器等电气设施造成侵蚀。本文主要分析220kV线路耐张线夹断裂原因分析及建议。

关键词：220kV线路；耐张线夹；断裂原因；失效机理

引言

耐张线夹一旦失效，将会导致线路中断，引发重大安全事故。很多电力企业和研究机构通过不同试验手段和监测方法，对线夹损伤机理进行深入研究，研究表明由于线夹本身制造质量不合格，容易造成压接差；线夹疲劳、老化导致一些电解质液渗入到线夹内部，形成内部腐蚀，电阻值迅速增加，引起局部温升过高，加速性能退化；交变电流能够诱导金属材料加速腐蚀，同时交变电流通过引起也容易引起局部温度过高；另外由于施工缺陷或恶劣环境也容易造成线夹失效。由于长期腐蚀和发热影响，一旦积累至临界值容易造成线夹高温烧损断裂或爆裂、电弧放电，导致线夹断裂失效。

1、耐张线夹腐蚀环境和状态分析

耐张线夹金属材料由于长期暴露在自然环境（海水、大气、硫化物、酸、碱、盐）中，金属材料表面与水气、氧气、二氧化硫、硫化氢等腐蚀介质产生化学、电化学等作用，造成金属材料原子产生氧化失去电子而引起金属腐蚀的一种现象。耐张线夹发生金属腐蚀后，其机械屈服强度、抗拉强度、延伸率导电性等一些基础性能会出现衰减现象，这种腐蚀达到一定临界状态后，会造成金属材料出现裂纹、穿孔、断裂等。耐张线夹金属材料一般为铝质和铁质，铝材表面容易产生氧化物膜层，该膜层质硬且致密，能够形成良好的保护基体，而铁材料表面氧化物松散，具有很强的吸水性，容易加速氧化腐蚀。金属材料电化学腐蚀具有极强的原电池效应，由于金属元素、杂质、表面附着物等存在，化学反应过程金属材料表面为阳极产生氧化反应，腐蚀介质为阴极发生还原反应，会产生电流而加速金属材料的腐蚀。另外研究发现，温度会促进金属材料的腐蚀，因为温度升高时，增加了大气环境中氧气扩散的系数，引起溶解氧加速迁移到腐蚀介质形成原电池结构阴极表面，形成去极化；温度升高大大提高了电解质溶液的导电性并降低溶液浓度，引起腐蚀电流不断增大；促使原电池效应去极化作用，从而加速金属腐蚀。再有自然环境中由于雨水具有弱酸特性，特别环境下会呈现极强的酸性，在这种状态下容易溶解大气中的二氧化碳、硫氮氧化物而形成酸性物质，进一步降低雨水PH值形成酸雨(PH<5.6)。

2、耐张线夹断裂原因分析

2.1分析切口的外观

电阻线材片段的断裂位置为钢锚定点，与钢锚定点的端面相对应。所有快门可见，颈缩较大，以便打破硬度，留下断裂面上的塑性变形融合痕迹，在钢锚端面周围和铝管内壁上检测到金属丝熔断痕迹和短铝丝熔断痕迹。断裂时铝管的破裂温度高于铝熔点(660 c)。钢锚的压力端在钢管中断裂，七根钢丝的压力端不在同一平面上。切断叶柄电阻输电线路变形部分后，钢芯耐热铝合金导线显示残馀钢芯线和金钢板表面氧化，观察表明四残体钢芯线短，插座端其馀三个钢芯相对较长，快门全部位于同一平面内，钢锚的压力接合端在钢锚处断裂。另一方面，残馀钢丝进入铝合金铰链一端的位置没有氧化或变色，这意味着残馀钢丝瞬间温度较高，而且在铝合金表面、铝管和钢丝表面氧化后， 形成了薄薄的氧化膜层。切断了抗传输线断裂的钢丝锚的铝管，找到了分段压力的迹象。沿垂直截钢锚观察发现，留在钢锚上的部分被锚牢牢压缩 并且没有发生碳化或氧化腐蚀。有四个钢丝断裂，出现颈部收缩现象，拉伸断裂，其馀三个切口比较均匀。

2.2断钢芯线方案及微观外观

一个接一个的带平口的钢芯线和一个导致颈缩的钢芯线，经过简单的外观处理后，从锚固体内的钢芯线周围采集样品。在断头台扁钢芯线的周围表面可以发现裂纹，这些裂纹与截面平行，甚至相互平行；虽然裂纹并未完全展开，且带颈缩窄的钢芯钢丝表面裂纹很浅，但必须保持裂纹之间的平行，表面有氧化腐蚀产物的复盖面。

3、耐张线夹断裂解决措施

3.1现场停电

根据故障原因，技术人员制定了电力故障纠正计划和消除故障风险，重点检查其他几种氧化腐蚀产品，并对重大危险点采取预防和控制措施。停电当天，首先对重点区域的弹性接线情况进行抽查检查，检查弹性接线板方向是否符合设计规范，线宽是否超过设计值，弹性接线技术是否在现场检测到8d后，156个抗拉卡子中有149个合格，其馀7个采取不同的步骤进行线材成型和更换。

3.2业务方面的建议

鉴于近年来我省输电线路使用的预扭电缆越来越多，但它们的操作经验较少，研究不够深入，无法避免因预扭线钳发热而引起的断裂事故， 建议如下:(1)对使用预拧电缆的110 kv以上线路进行红外温度测量，并纠正具有(2)对线路进行专题研究并制定施工、接收和维护标准的预拧电缆 (3)旧线路禁止使用预拧电缆连接(导体表面氧化层厚，不易研磨)；使用预绞盘电缆进行修理时，应根据线路情况有选择地使用，并采用严格的施工技术。(4)对于抗拉卡子和跳线，禁止使用预拧电缆连接；重要线和特殊剖面必须仔细扭转；接收工程时，应特别加强接收预拧电缆，消除未拧紧的堵塞和裂缝等现象。(5)加强对预拧电缆及同类产品的检测，提高红外测温频率，并立即纠正发现的缺陷；加强规划协作，在预热器运行电流接近或超过驾驶员最大允许电流75%时，立即进行红外线温度测量。

3.3应力计算

模型构建过程中，抗拉卡子的实际结构得到了简化:钢芯线被视为单根线，切削面积等于7根钢芯线的总和，铝芯线被同等对待。位移限制条件设定为导线末端的零轴向位移。所施加的载荷如下:钢芯铝绞线张力应用于抗丝蚀钢筋锚固的远端(钢芯铝绞线的平均应力为29.3kN)，钢芯线与钢芯线、芯线相连在耐丝钳解剖过程中，在铝线和铝管之间以及在外铝线上发现了黑色氧化腐蚀产物。这些腐蚀物可能在实施线路改造时从电线表面完全去除，或在服兵役期间形成。氧化腐蚀产物导电比金属铝少，导致电阻丝夹热。计算结果表明，钢锚口附近的钢丝应力较易受温度变化的影响，较高的温度升高会产生较大的热应力，温度波动时，应力集中部分产生疲劳应力，疲劳极限过大时产生疲劳裂纹由于钢锚口压力接管的影响，7根钢芯线的受力状态不大可能完全相同。疲劳裂纹主要沿垂直于拉伸应力的方向发展，因此对于具有深疲劳裂纹的钢芯线，在最终断裂时形成相对平坦的断裂，而疲劳裂纹很小的钢芯线在最终断裂时收缩，从而使7根芯线形成3个较平的断口和4个发生颈缩的断口。

结束语

近几年，国内220kV及以上高压输电线路耐张线夹因安装缺陷、内部腐蚀等引起的断裂事故。由于环境因素、高温、电化学腐蚀、交变电流作用等容易造成耐张线夹发热并加速腐蚀，温度升高造成交变应力，使线路钢芯丝表面产生疲劳裂纹，并在积累效应作用下逐步扩散发展，当在机械应力和热应力达到某临界值时，造成耐张线夹失效并瞬间断裂。所以，结合无人机、DR工业射线图像缺陷识别等技术，加强线路巡检，确保高压输电线路运行安全。

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