500kV输电线路工作接地线拉设处导线断裂原因分析

500kV输电线路工作接地线拉设处导线断裂原因分析

作者：张杰

来源：《环球市场》2019年第22期

摘要：文章通过500kV输电线路工作接地线拉设处导线断裂，找出故障的宏观因素和环境因素，通过对电流验证、接地线、导线材质检测等现场勘察，经检验结果可知由于接地线中的铜线夹与铝导线在酸雨中长期浸泡，与原电池发生化学反应，并且由于临近线路高幅值感应电流加快腐蚀。因此，产生间歇性电弧间断放电，损害导线。禁止使用铜质线夹作为酸雨环境中接地线的选用材料，铝或者铝合金作为最佳接地线选用材质。

关键词：500kV输电线路;导线断裂;解决措施;接地线;电化学反应;电弧放电;铝;铜质线夹

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随着科技的发展，人们的生产生活离不开电力。输电线一般情况下处在露天环境中，受自然环境的影响较大。线路是否正常运行，直接影响着电力的输送和使用，对电力企业的发展有着较大的影响[1]。输电线路通常出现导线断裂、断股的现象。其主要原因是由于微风振动、外力损伤、暴雨损害等因素。从目前而言，无工作接地线挂设处导线断裂的情况[2]。而文章以下内容就某地因线路停电维修期间工作接地线挂设处发生导线断裂掉线的故障进行研究和分析，通过找出问题所在，提出科学合理的解决措施，以期为后续工作提供依据，同时避免類似事件的发生。 一、故障情况 （一）线路的基本介绍

本文发生故障的是500kV架空输电线（以下内容简称X线），其全长63.21千米，145基杆塔，在118号到145号杆塔与另一条500kV电线（以下内容简称Y线）设置双回杆塔，1号到117号杆塔与Y线其余杆塔相邻设置在同一走廊内，之间的距离在19-70米之间。在故障发生，停电后，维修单位在l号到47号杆塔之间设置接地线（线夹材质为铝合金）。48号到145号之间设置线夹为铜材质的工作接地线。 （二）线路断裂受损状况

48号杆塔在停电15d后，已经有三根接地线挂设处的输电导线受到严重灼伤，甚至已经断裂。其中一根线断裂，另一根接地线线夹内外都有明显的灼伤。三根接地线的输电导线表面有不同程度的灼伤，线夹处也有损坏。三根导线的接地端无明显伤痕。在发生故障后，对1号、27号、144号杆塔进行检测，没有发现异常，可以正常运行。 二、线路仿真与检测试验 （一）仿真检测计算方法 1.线路感应电流仿真计算

在输电线发生故障时，X线路正在进行停电检修，线路两端接地线呈关闸状态。在71和72之间有一次换相，也是整个线路中唯一一次换相，其换相位置与48号杆塔发生故障位置相近，与此同时，Y号线路处于正常运行的阶段。表1是对三个工况的仿真计算模型。 2.线路感应电压仿真计算

X导电线路的电流感应与Y导电线路的电流之间的联系非常紧密。X线路在停电15d内，898A是Y线路的最大电流值，188A则为Y线路的最小电流值。文章通过对48号杆塔实测最大电流值为基础，通过对Y线路不同情况下的负荷值进行估算，最终结果显示，48号杆塔接地线感应电流远远大于其他杆塔。

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如表2所示：线路感应电流仿真计算结果

由表2可知，感应电流与损伤情况相对应，L3相出现断裂，L1出现断股，L2相出现灼伤。在1号杆塔和145号杆塔中，由于处在首末，刚好电流较小，影响相对减少。通过与实际情况的推测可知，L3相中48号杆塔的温度最大可达到17.9摄氏度，通过与当时室外环境相结合可知，导线温度最高可达34 8到34.9摄氏度。 （二）对感应电压（电流）现场进行结果测量

通过对故障发生当天温度的分析，天气较好，空气湿度较小，Y线与其测量位置相差大约43米，Y线负荷值为673.69MVA。测量结果如下：

1.在L3相断裂处，处在无接触导线中的感应电压为538V，在48号和49号杆塔接触接地线，感应电压为30V。而49号杆塔接触接地线，48号处于未接触状态，感应电压为376V。 2.在对L2相检测中，基本无电流感应电压，其感应电压为13V。 三、导线断裂的原因

（一）接地线材质以及感应电流

在对故障检测可知，工作接地线和导线的材质均符合标准，指标也达标，可排除材质问题[3]。在对该导线型号检测中，该导线允许长期载流为592A，而通过现场勘察可仿真数据可知，在故障发生处的感应电流远远小于其允许载电流，同时基本上排除感应电流引起的故障。 （二）操作人员的因素

通过现场反复的检测，最大感应电流在24A，通过在最大电流中试验，并未发生故障，人为因素基本排除。

（三）材质之间所产生的化学反应

通过断面镜检测，导线表面存在明显的灼烧痕迹，与接地线的线夹位置相同。同时检测样本显示检测出的土壤含硫元素较高，由此判断硫元素通过某种因素残留在导线表面。 1.线路所处环境

该线路所处环境位于工业区，对降雨进行检测，其降水年均量pH值是4.5.属于强酸雨[4]。其中降雨中的硫酸根离子较多，在线路停电维修的15d中，除3d是阴天外，其他时间都是降雨天气，温度在11-23摄氏度。对线路进行人工腐蚀试验最低湿度在70%RH，其中绝大部分时间处于100%RH。

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2.测试铜铝原电池的化学反应

在对工作接地线发生故障的原因进行检测中，其接地线材质为铜，而导线材质为铝，在化学反应中，铜铝差距较大。在工业污染区，尤其是沿海地区，强降水较多且湿度大，导线表面长期受酸性液体的腐蚀，构成铜铝发生原电池反应[5]。铝的化学反应高于铜，铝作为负极，更容易失去电子被腐蚀，产生铝的硫酸化合物。 3.其他接地线未发生腐蚀的原因

首末杆塔1号和145号与接地线开关距离相近，并且受到的感应电流较小，这是由于开关分流作用较大，因此，与48号杆相比，腐蚀性较小，受到的灼伤较少。与48号杆塔相近的47号杆塔，所处环境和所受感应电流大小相似，但是却没有发生故障，从检测中可知，47号杆塔接地线夹所使用的材料为铝合金，这就无法与导线发生原电池反应，就不会因产生电化学反应导致腐蚀情况的发生。 4.人工腐蚀试验

所谓人工腐蚀试验，就是在35。C的恒温箱中，放入铜铝过度线夹，在7d的时间里，接触的电阻升高超过100倍。故障线路接地线夹温度最高是34.9℃，断裂处与试验有着明显的相同之处。

L2相中48号杆塔接地线夹与导线接触产生的白色物体和人工试验中所产生的铝材腐蚀物的颜色相近。除此之外，试验中所检测的导线表面硫的化学元素含量也较高，由此可知，导线在断电、断裂前发生过电化学反应。 5.分析历年故障原因

此情况发生所需满足的条件是高温、多雨、湿度高、材质接触。并且降雨为酸雨，满足这种条件的地区较少，自2011年运维单位开始使用铜质接地线到目前为止，没有遇到类似情况的发生。

6.建议和预防措施

建议相关部门提高重视，对材質进行统一排查，在特高压输电线的接地线夹中，优先使用铝或铝合金材质，避免因酸雨导致腐蚀断裂等故障的发生，禁止使用铜材质为工作接地线夹。 四、总结

文章通过对本次导线故障原因进行排查，可知接地线的材质不可使用铜，这是由于强酸雨导致铜铝电化学反应，造成停电、断裂、断股等故障的发生。经过人工试验和对环境的检测，对比Y线，找出接地线由于感应电流加大，高温加剧腐蚀，在电化学达到一定程度，就容易

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出现电弧放电，灼伤导线局部。因此，在线夹的材质选择中，务必谨慎，禁止使用铜作为接地线的材质。 参考文献：

[1]金哲，尹洪，吴启进.典型500kV输电线路地线金具腐蚀及磨损事件机理分析[J].电工技术，2017（8）：66-67

[2]佚名.500kV输电线路防脱落工作接地线的研制与应用[J].电力安全技术，2019，21（1）：50-53

[3]胡科，陈国初500kV架空地线不同导线排列方式和损耗[J].上海电机学院学报，2018（1）33-38

[4]岳一石，邹妍晖，黄福勇，等.雷击引起500kV输电线路导地线空气击穿原因分析[J]电瓷避雷器，2017（5）：218-222

[5]汤涛，向城名500kV输电线路绝缘地线雷电流分布[J].中国电力，2018，51（1）：64-70

作者简介：张杰（1975-），男，汉族，重庆巴南人，高级技师，本科，主要从事500kV线路检修维护。