超特高压输电线路引流导线与金具碰触磨损问题探讨

超特高压输电线路引流导线与金具碰触磨损问题探讨

1付立德 2肖珍珍 3张鹏

国网湖南省电力有限公司输电检修分公司 湖南  衡阳 421000

摘要：电力金具是输电导线传递自身质量到铁塔上的关键枢纽，在传递过程中受到导线和铁塔所加载的作用力与反作用力下，金具的表面形状在相互接触的摩擦作用下逐渐遭到连续的破坏。本文作者探讨了超特高压输电线路引流导线与金具碰触磨损问题，并提出改进措施。

关键词：超特高压；输电线路；引流导线；金具

0、引言

由于超特高压输电线路输送距离较远，不可避免的要经过众多复杂的地形，维护任务往往更加艰巨。而这种现象，在高海拔地区比较突出，不但气候条件复杂，且部分线路还经过高海拔、大高差、恶劣气候、微气象等复杂等地理环境。

1、工程概述

特高压架空输电线路由于输送容量大，单相导线往往由六根分裂导线或八根分裂导线组成，由于分裂导线间的空间较小，且耐张塔的转角有大有小，如在设计或施工中不注意则容易发生跳线与金具相碰触情况，以某一特高压线路为例：线路长度为281.55 km，铁塔共计406基其中耐张塔181基，验收中共发现46基耐塔的121处存在不程度的碰触现象，主要表现形式有：①跳线引流管与金具相碰，②跳线与均压环相碰触，③跳线与连接金具相碰触，④跳线与连接金具过近无法安装支撑间隔棒。这些情况的存在，容易导致跳线或引流管与金具发生磨擦发生断线或引流管损坏，影响线路的安全运行。

2、金具分类及使用现状

连接金具根据使用条件和结构特点，分为三大类：球—窝系列连接金具，该类为专用金具，与球窝型结构的悬式绝缘子配套使用，包括各种球头挂环、碗头挂板等，该类金具的优点是没有方向性，挠性大，可转动，装卸方便；环—链系列连接金具，该类为通用金具，结构简单，转动灵活，不受方向限制，受力条件好，包括U型挂环、直角环、延长环、U型螺丝等；板—板系列连接金具，该类为通用金具，包括平行挂板、直角挂板、U型挂板、联板、牵引板、调整板等。按照国家标准“电力金具”GB2314—2000~GB2345—2000选用，金具经热浸镀锌处理，强度安全系数运行情况不小于2.5；《金具手册》标准要求ZS-7挂板单板厚度应为6mm；该挂板由于连接方向互成直角，因此变换灵活，但是在运行中主要承受机械载荷，长时间使用容易产生断裂，直接导致绝缘掉串，从而导致线路断线。国家标准对于各种连接金具的结构型式、材料、工艺、标称载荷、连接型式等均有相应规定。连接金具承受机械载荷，应有足够的机械强度、耐磨性和耐腐蚀性。

3、金具及导线磨损原因分析

3.1线路施工及验收

在线路施工时，大部分高压输电线路的施工材料，往往由多个供货商提供，即使相同型号的材料，那怕由同一材料供应商提供，也存在加工技术参数的差异性，比如220kV兰福线Q-70KN球头，球头的内侧边缘就分圆形及扁平形两种，而扁平型号的球头不能用在杆塔所处的强风区域。

在施工过程中如使用了扁平型号的球头金具，线路工程结束开展竣工投产验收时未发现此情况。那么扁平形球头与圆形球头相比，扁平形球头与金具U-1880螺栓之间进行连接时，往往在同一周期内磨损的深度比圆形球头的要深得多。所以在线路施工及验收方面应特别注意检查金具材料选用，更不能出现金具型号以小代大使用的情况。

3.2按舞动因素分析

根据受磨损金具所在杆塔的情况，同时对所处杆塔进行实地分析，发现金具磨损的情况与引流线和风向夹角有关，从线路迎风角看，大多在45°以上，刚好具备导线舞动的条件，因此线路走向是造成导线舞动的主要原因。

导线舞动时，气温0℃左右，如果导线覆冰，覆冰厚度在5-10mm之间，风速达10m/s以上，经现场检查导线在线路覆冰情况下发生舞动时，对金具及引流线磨损所造成的影响更大。

3.3按地理环境分析

根据现场观察杆塔所处的地理环境发现，引流线常发生舞动时对引流线金具磨损严重的杆塔具备以下几点：一是线路东西走向，这些区域共同的特点是线路东西走向居多、处于风口（特别是处于迎风坡垭口位置的杆塔，据当地村民和群众护线员介绍，此所处位置的杆塔常年风力较大）。二是风向夹角在45°以上，这些舞动地段线路走向与风向夹角大都在45°以上，发生引流线舞动时，摆动弧度较大。三是杆塔所处位置植被差，特别是无高过杆塔的林木及速生树种。四是杆塔所处位置在一年中大约有6个月时间出现较大的冰雪凝冻气候。

4、电力金具抗磨损的改进方案

随着输电线路由金具磨损导致的事故越来越多，大多数学者都提出了一系列改进方案。总体来说，输电线路金具抗磨损的改进方案主要从两方面进行：金具内部材料和表面改性处理、金具结构和连接方式的优化。

4.1电力金具内部材料和表面改性处理

提高金具的抗磨损性能，首先考虑的是用高强度耐磨损的材料进行替代，或者对金具表面进行处理，达到延长使用寿命的目的。潘丹青等采用碳氮共渗的方式对金具材料进行低温回火处理。研究表明，这可有效提高金具的抗磨损性能，将原始A3钢经处理之后，可大幅提高硬度，其抗磨损性能可以提升40倍；在原始结构上添加二硫化钼作为润滑剂，可提高抗磨损性6000倍。陈军君等针对输电线路中金具的腐蚀严重的问题，发现腐蚀引起金具失效的形式为强度降低、截面剩余尺寸减小和材料韧性减低；同时提出了对金具表面进行镀锌层处理，并且查阅相关资料，对镀锌层的厚度做出了要求，对于使用年限在30年以上的，应控制在192～300%μm，通过表面改性可以达到最佳防腐蚀的目的。

4.2电力金具结构和连接方式的优化

针对特殊地区发生急剧磨损的情况，需要对金具结构和连接方式进行特殊的优化处理。孙玉堂针对悬垂线夹易磨损问题进行了研究，并提出加大U型环接触面积的方法来提高使用寿命的改进方案。陈建航提出金具连接方式由单个线夹连接转变为两个线夹共同作用，这样可减少50%的承受力，进而实现降低U型挂环的磨损程度。汪旭旭针对三峡地区500kV地线悬垂线夹磨损严重的问题，通过建立不同工况线路模型，得到引起磨损的因素；并且提出表面镀铝或者高碳钢，同时采用耐磨衬套的方案来延缓磨损的发生。赵留学提出高压输电线路悬垂线夹抗磨损的方案，首先选择增大金具尺寸，然后选择双线夹的连接方式，来延长使用年限。廉志新等采用增加接触面和增加悬垂线夹耳板厚度的方式来降低金具磨损量。吴国宏指出在大温差的环境中，为防止金具的冻裂，需要在金具设计时满足间隙要求，同时预留排水孔。

4.3优点与不足

输电线路电力金具一般都是在多载荷、强风沙尘、大温差以及腐蚀等多因素耦合下发生失效的，现有的设计方案往往是针对某一因素进行改进，以达到暂时延长使用期限的目的。例如，表面改性等方案只是提高表面耐腐蚀等性能，对于金具在大载荷下的强度影响没有进行考虑；改变连接方式只是减低单个金具的承受力或者增大金具接触面积，针对大温差引起的冻裂等失效没有进行考虑。综上，随着特高压输电线路建设的越来越普遍，穿越的环境越来越复杂，单一因素的研究已不能满足对磨损机理的研究，所以要从根本上解决电力金具干摩擦磨损的问题，未来电力金具的改进方案应考虑交叉相互影响的作用。

5、结束语

由于超特高压输电线路所处的气象及环境条件非常复杂，杆塔引流线金具悬挂点往往很高，使引流线金具及导线的磨损一般较难发现，而这种磨损一旦发生，将带来严重的电力安全事件，影响超特高压输电线路的可靠运行，因此需要引起输电线路运行单位的高度重视，在年度大修中应增加对杆塔引流线金具的检查项目，建立相应台账，加强对易磨损杆塔的检查及维护工作，及时发现线路所存在的潜在隐患，提高超特高压输电线路安全运行的可靠性。

参考文献：

[1]魏光国．国有电力金具企业现状分析及改进建议[J]．科技传播，2011(23)：65-66．

[2]杨胜平．预绞丝金具产品质量控制及其特点分析[J]．电力设备，2006(9)：55-57．

[3]肖海东，杨暘，高虹亮，等.500kV架空地线耐磨金具的研究［J］.水电能源科学，2010，28（6）：118-120.