110kV大松线地线断落原因分析及对策

内容摘要：【摘要】东莞供电局管辖输电线路多条早期建设线路地线采用GJ50钢绞线，存在线径较小，过流能力不足，锈

【摘要】东莞供电局管辖输电线路多条早期建设线路地线采用GJ50钢绞线，存在线径较小，过流能力不足，锈蚀严重等问题。为提高地线的机械强度，东莞局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。2016年3月16日，110千伏大松线在预绞丝断口处发生断线，本文旨在通过研究这一事故，对在地线上缠绕预绞丝的做法进行全面分析，从而提出相应解决办法和补救措施。

【关键词】GJ50钢绞线；预绞丝；大松线

110千伏大松线于2015年5月13日由110kV黎朗甲松线改造投运，线路全长5.139km。N20-N25地线采用GJ-50，为1989年10月12日投运，以上线路使用FXBW4-110/100型合成绝缘子。

2016年3月16日21时45分，大朗站110kV大松线121开关距离Ⅰ段、零序Ⅰ段保护动作跳闸，重合闸失败，故障测距5.7km，故障相别B相。经过故障巡视人员发现，大松线N22塔B相大号侧导线、绝缘子均压环有放电痕迹，N21-N23左侧地线掉落，N21-N22右侧地线掉落，N22塔左右两侧地线挂点均为断开点。

1 故障原因分析

1.1 线路跳闸分析

综合当晚潮湿的天气，雷电定位系统无雷击显示以及N22塔B相绝缘子挂点处有少量飘挂物，可以初步判断此次跳闸的原因为鸟类衔草大窝过程所致。且根据地线断线的情况，可表明短路电流是由于B相发生单相接地短路，短路电流通过塔顶地线过流形成的[1]。

1.2 地线断线原因分析

110kV大松线地线运行年限已达20年以上，需要在五年内安排进行改造。然而因为停电困难，短期内无法实现全线改造。针对地线主要在悬垂线夹处发生断线的情况，东莞供电局采用了在原地线悬垂线夹处缠绕预绞丝进行机械加固。但本次大松线N22塔预绞丝端部发生断线。我们对断口性质进行分析，发现端口有明显烧蚀痕迹，且较为平整，判斷为熔断性质。因此，可以初步判断在老旧地线上加装预绞丝导致地线热稳定性能不足为本次断线的主要原因。

2 试验分析

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。

2.1 接触电阻测试

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。在大电流从铁塔线夹流过预绞丝与钢绞线回路时，会导致接触不良点发热严重，甚至使金属地线熔断[2]。

为验证这一推论，采用Megger公司DLRO 10数字式接触电阻测量仪对接触电阻进行测量，最大量程2kΩ。测量时需对测量点金属特别是锈蚀钢绞线表面进行打磨使其光亮洁净。实验结果表明，含锈蚀钢绞线组合接触电阻测量数值较大，为几十欧姆甚至更高，比含无锈蚀钢绞线组合接触电阻普遍大100倍以上。

2.2 温升试验

对于相同的试样施加不同的电流差别仅仅是导线绝对温度的不同，导线不同部位相对温升仅在数量上有差异，故在发热点明显的情况下不同的试验电流对判断发热点无影响。试验对所有试样均施加了试验电流40A和50A，为简化分析过程选取50A试验电流下的结果进行阐述。

对于锈蚀钢绞线缠绕带磨砂预绞丝的情况，从电流温升试验结果看到，预绞丝两端部发热非常明显。表明预绞丝电流由预绞丝端部流入钢绞线，在端部产生发热现象。

而对于无锈蚀钢绞线缠绕预绞丝，整个回路温度分布较为均匀没有明显异常发热点。预绞丝与无锈蚀钢绞线间没有锈蚀层，金属间有效接触面积大，接触电阻小。缠绕预绞丝段散热面积大以及有效导线截面积大，故而相比其他段温升小。试验中使用的预绞丝磨砂为不导电材质，在缠绕制作过程中预绞丝与钢绞线间接触部分表面磨砂被刮下，造成接触良好。从而我们判断，老旧地线的锈蚀是造成地线断线的主要原因[3]。

2.3 改进试验

为了寻找改进的方法，我们又进行了几组改进型试验，分别是整段钢绞线除锈、端部除锈缠绕铝包带、端部除锈并加装导流线。

对于第一组试样，钢绞线在装有预绞丝段进行打磨除锈，使其表面光洁，打磨长度不短于预绞丝长度。实验结果表明，打磨后的钢绞线在预绞丝端部没有异常发热现象，温度在同一段导体中分部均匀，缠绕预绞丝部分温度比钢绞线段小约17℃，此改进方案能有效解决锈蚀钢绞线缠绕预绞丝后局部异常发热问题。

对于第二组试样，对预绞丝端部锈蚀钢绞线长度约15cm打磨光洁后，用铝包带以1/2重叠的方式绕包打磨过的钢绞线和预绞丝，使其形成有效搭接。缠绕铝包带的端部仍然有明显的异常发热点，由于铝包带具有一定刚度，且钢绞线线径较小，铝包带与绕包线材之间存在一定空隙，故接触并不好，预绞丝端部缠绕铝包带后还影响其散热。此改进方案虽然实现较为简单，便于施工，但对于增强预绞丝与锈蚀钢绞线间导电效果不理想、。

对于第三组试样，将预绞丝端部附近约10cm长度的锈蚀钢绞线打磨光洁后，引流线一端通过C型线夹连接打磨部分钢绞线，另一端通过JB线夹连接预绞丝，目的是将地线电流通过导流线直接引至铁塔而不经过预绞丝。实验结果表明，各段导线的温升较为均匀，没有发现异常发热点。此方案从增强导电能力、施工难度和改造成本等综合方面考虑为一种相对优良的改进方案。

2.4 试验结果与分析

采用镀锌钢绞线作为架空输电线路地线，在经过长时间的运行以及酸雨腐蚀作用后容易发生锈蚀，导致钢绞线表面导电性能和机械强度严重下降，在大电流作用下易发生断股甚至是断线。

根据地线锈蚀老化程度，运维单位采用预绞式补修条或是预绞式护线条对锈蚀严重的地线进行补修，此时如果发生接地短路，短路电流需要从线夹流入铁塔，线夹与地线或是预绞丝与地线间接触不良会导致严重的发热问题。

3 结论与建议

3.1 结论

1）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。

2）从采用几种改进措施试样温升试验结果来看，最为有效的方法为更换为新地线。其次是对锈蚀钢绞线进行打磨光洁，打磨长度不短于预绞丝长度。最后是采用导流线通过C型线夹连接打磨后钢绞线，然后引向铁塔的方法。

3）架空地线使用锈蚀钢绞线的除锈与防腐是一个较为棘手的难题，目前尚未有可靠方法。

3.2 建议

1）在对地线进行补修应特别注意“对导地线进行彻底的打磨使其表面光亮、洁净，并马上均匀涂抹导电膏。处理的长度应不低于安装预绞式护线条的长度。”在施工及验收困难时也可适当考虑采用C型线夹导流线的方法[4]。

2）对老旧地线进行红外测温。主要关注锈蚀钢绞线在安装有预绞丝处及悬垂线夹处的温升情况，以排查地线断线隐患。

3）采用人工登塔或无人机检查的方法，检查锈蚀地线在预绞丝及线夹处断股情况。