500 kV潍崂线277号塔中相引流线脱落情况分析及防范措施

朱德祎，郑连勇

（山东电力超高压公司，山东 济南 250021）

0 引言

目前对输电线路中的跳线串仅要求其对跳线起固定作用，其金具和绝缘子的荷载没有引起足够重视。2008年5月24日，山东电网发生了一起500 kV电网跳线脱落故障，虽然具有偶然性，但是不能不引起我们的重视。

1 故障过程

2008年 5月 24日 8：33，500 kV 潍崂线 B相跳闸，重合不成,三相跳闸，故障测距0.08 km。根据测距，巡视人员发现500 kV潍崂线277号塔B（中）相跳线已与两悬垂绝缘子脱离。大号侧悬垂绝缘子从导线侧第七节伞裙处断裂为两部分，小号侧悬垂绝缘子四个跳线线夹全部断裂，致使跳线与悬垂绝缘子完全脱离，坠落至横担（图1），对塔身放电造成永久性故障重合不成功。

2 原因分析

500 kV潍崂线于2001年3月投运，277号段采用4×LGJX400/35导线，铁塔为DG41-24型，B相共有两组跳线串，跳线绝缘子均为德国赫斯特公司生产的合成绝缘子。

图1 故障现场照片

2.1 跳线绝缘子断裂原因分析

该合成绝缘子为德国赫斯特公司1999年生产，额定荷载120 kN，长度4 360mm。事后对断裂的绝缘子检查发现，断裂截面硅橡胶护套有一破损孔，芯棒表面起毛、粉化，芯棒断裂面不整齐，颜色为棕红色。并且从导线侧开始到第18片伞裙之间的护套分布有16个破损孔，18片伞裙以上未发现破损孔（图 2）。

图2 合成绝缘子断裂处的断面及穿孔图

经过对第10～12片伞裙间的伞套解剖检查发现：芯棒颜色变白，表面粉化，玻璃纤维外露，护套与芯棒间的界面粘接松动。

通过试验分析认为本次合成绝缘子断裂的原因为：合成绝缘子护套存在缺陷，在电场作用下产生电蚀损，造成护套破坏而进水、受潮，从而导致芯棒水解、粉化、腐蚀、变色，芯棒断面机械强度下降，以至于在正常机械负荷作用下断裂。

2.2 跳线线夹断裂原因分析

通过对现场分析发现大号侧跳线悬垂绝缘子先断裂，而后导致小号侧跳线串的四个跳线线夹断裂。

根据能量守恒定律，当大号侧跳线金具落至跳线被收紧时，其速度最快，对小号侧绝缘子串产生的冲击力最大。

通过建立数学模型可以得出，A串跳线金具脱落，B串金具保持完好的前提下，其脱落金具的下落距离S1′为5.75m，此时跳线同塔身的最小距离S2′为1.55m。具体数据见表1，子导线编号见图3，该塔跳线串采用单联悬垂串，每串金具参数如表2。

图3 中相跳编号示意图

图4 中相跳线只保留一串绝缘子时横断面示意图

在抢修过程中通过现场测量，如图4所示：当A串跳线金具脱落，B串金具保持完好的前提下，其脱落金具的下落距离S1为6.1m，此时跳线与塔身的最小距离 （即导线对横担上平面的最小距离）S2为 1.3m。

表1 中相绕跳跳线数据

表2 金具参数

由于A串金具在串间跳线收紧前做自由落体运动由能量守恒可得

其中m为A串金具质量；h为A串金具在被串间跳线约束收紧前自由下落距离，为力求产生的速度最大，取S1和S1′中最大值6.1m，重锤连同金具下落至被串间跳线收紧时速度为V≈11m/s。

图5 金具受力分析图

由数学模型可推算出此时A串下落的金具串与B串绝缘子挂点所在水平线所呈φ角度约40°。

可以把A串金具的速度分解成沿跳线方向的速度V1和与跳线垂直方向上的速度V2。

串间跳线收紧前的瞬间：

理想状态下收紧的瞬间，A金具在与跳线垂直方向上的速度V2不变，并以此速度绕B串金具作圆周运动；在沿跳线方向上，由于受到跳线的约束作用，沿跳线方向的速度会随着跳线的伸长而迅速减小，当速度减为零时，跳线的伸长长度最大，跳线的拉力也达到最大值。此时跳线方向上的力T1由三部分组成，分别是由于A串金具的重力作用而产生的力G1、A金具绕B串金具作圆周运动所需的向心力F向、由A串金具对跳线冲击而产生的最大拉力FV。而后跳线方向上的力就只有G1和F向，可见跳线线夹在串间跳线收紧的瞬间受到的力最大。即：

其中

L是两串间跳线的长度,E是跳线钢芯部分的弹性系数，S是跳线钢芯部分总的截面面积，ΔL是跳线收紧的瞬间其伸长的最大长度。

在跳线收紧的瞬间沿跳线方向上使用动能定理得

又有式（4）代入式（5）可得

把式（6）代入式（4）得

把式（2）（3）（7）代入式（1）可得跳线方向上的力T1=150 kN。

通过分析断裂跳线线夹可知，造成线夹断裂的力为垂直线夹的力，此时线夹所受的力

理想状态下每个线夹的力为f=F/4=28.7 kN。

为验证所计算数据，进行了现场模拟试验。将139.39 kg重物通过拉力表固定在离地约9m处，长度为6.1m模拟导线上，让重物做自由落体运动，自由坠落距离为6.1m。其产生的最大冲击力为158 kN（模拟导线同实际导线弹性系数存在少许出入，且自由落体高度和计量表计存在少许误差所致）。

XT4-45400型能否承受的起28.7 kN力的冲击呢？由于国家和行业均没有对跳线线夹的破断拉力做出规定，笔者询问了国内几家大型的线路器材生产厂家，也都表示XT4-45400型仅对跳线起稳定作用，没有做过线夹破断试验，没有规定具体荷载。为得到XT4-45400型线夹的荷载数值，进行了现场测试。静态拉力试验发现XT4-45400线夹的破断拉力在15 kN左右，动态冲击力试验得出XT4-45400线夹动态破断拉力约在4.5 kN左右。

由此可以得出，XT4-45400线夹不能承受绝缘子断裂的瞬时冲击。小号侧跳线串的四个跳线线夹断裂，是由于大号侧跳线悬垂绝缘子断裂，在重锤等跳线金具的下落冲力作用下造成的。

2.3 结论

通过故障现场分析可以看出，线路跳闸的直接原因是因为脱落的跳线同铁塔本体安全距离不足造成的。

如果在A串跳线悬垂绝缘子发生断裂时，B串跳线线夹没有发生断裂，跳线将继续被约束在铁塔上，跳线与塔身电气距离最小为1.3m。北京电力试验研究所和原水电部电力科学研究院高压研究所曾经做过的试验表明（图6）：四分裂导线－塔构间隙工频击穿电压，在空气间隙为1.3m时U50击穿电压约为470 kV,按1.1倍运行电压上限计算，相电压约为318 kV，此时仍能保证线路正常运行。

图6 四分裂导线-塔构间隙工频悬垂击穿电压曲线

脱落的跳线同塔身的最小距离，是因B串跳线线夹发生断裂造成的。若选取高强度的跳线金具和绝缘子，就有可能防止A串跳线悬垂绝缘子发生断裂后，跳线同铁塔本体安全距离不足。

本次故障的起因是A串跳线合成绝缘子断裂，若其没有发生断裂，就不会累及B串跳线线夹发生断裂，最终造成跳线同铁塔本体安全距离不足，线路跳闸的故障发生。

综上所述，我们提出以下防范措施。

3 防范措施

3.1 加强合成绝缘子红外检测工作，发现局部过热时及时进行更换

由于国内在近几年才开始普遍使用合成绝缘子，对于合成绝缘子长期运行后的电气和机械性能还没有经验可以借鉴，这就要求运行单位除了定期的巡视检查外，还要加强对其开展红外检测工作，一旦发现有局部过热现象，就要立即进行更换,防止合成绝缘子断裂故障发生。

3.2 线路设计选型中提高跳线绝缘子和金具强度

目前超高压输电线路跳线串线夹普遍采用的是XT型，跳线合成绝缘子一般选择额定荷载120kN的绝缘子。同时为防止风偏等跳线串装有6～8片不等的重锤，通过以上分析我们可知对于双跳线串来说，一旦一串发生断裂，在其金具串的重力冲击下极易导致跳线脱落。

在今后的设计中，可以对双跳线串的跳线线夹采用直线塔所用的XGF型线夹。这种线夹破坏荷重一般在60～80 kN，远远大于跳线串断裂对跳线线夹造成的冲击力28.7 kN。实验也证明了这一点，试验中当采用XGF型线夹时，重锤加到8片仍没有发生断裂，也没有出现裂纹。

跳线的合成绝缘子可以用额定荷载为210 kN的合成绝缘子代替，因为当一串跳线脱落时其冲击力148 kN左右，其额定荷载可有效避免另一串绝缘子的断裂。

3.3 加强合成绝缘子的全过程管理

基建验收中，发现芯棒损伤的合成绝缘子，必须进行更换，不得修复后继续挂网运行。设备停电检修过程中，在合成绝缘子的运输、施工、检修等环节加强对其保护，严禁攀爬合成绝缘子，尤其不能损伤合成绝缘子芯棒护套；严禁挂网使用芯棒损伤的合成绝缘子。