架空良导体地线严重损伤的原因分析及补修

方玉群

（金华电业局，浙江 金华 321017）

1 概述

随着架空线路采用OPGW（光纤复合架空地线）作为避雷线的应用越来越多，为配合架空线路光缆，线路设计往往以钢比58%左右的钢芯铝绞线作为另一侧架空地线，从而起到有效分流和降低过电压幅值的作用。由于架空良导体地线一般采用浇铸钢悬垂线夹进行悬垂固定（另一侧OPGW一般采用提包式预绞式有释放功能的专用线夹），其线夹直接悬挂在地线顶架上，位移释放尺寸很小。因外层铝股的拉断力往往小于钢制地线线夹的握力，当前后杆塔因海拔高低不均造成两侧档距相差较大时，在架空地线不平衡张力的作用下，会造成线路发生断股或滑线事故。2008年初，金华电网因遭遇严重持续低温雨雪冰冻灾害，部分220 kV线路架空良导体地线出现了大面积断股损伤，表1列举了部分良导体损伤的相关情况，图1为1例架空良导体地线断股的图示。

图1 架空良导体地线断股或外层铝线全断滑移现象

2 断股原因分析

（1）地线铝股设计安全系数偏低。

根据设计要求，LLBJ-70/40型良导体地线的设计安全系数为3.0，最大覆冰10 mm。由于钢制地线悬垂线夹的顺线路受力位移分解能力差，钢制线夹通过铝包带直接卡住外层铝线，造成铝线所承受的实际应力远大于设计值。

由于铝的弹性模数EL与钢的弹性模数EG不同，EL约为 59 000 MPa，EG约为 196 000 MPa，LLBJ-70/40型地线综合弹性模数EZ介于两者之间，约为91 100 MPa，当地线受到拉力时，为保证铝与钢伸长量ε一致，应使：

根据式（1）计算年平均运行应力、设计覆冰10 mm和15 mm条件下各塔悬点所承受的静态应力及安全系数，见表2，其中σL为铝股悬点应力，σG为钢股悬点应力，σ为地线悬点应力，KL为铝股悬点安全系数，K为地线悬点安全系数。

从表2可知，当覆冰10 mm时，虽然相应杆塔的悬点应力安全系数均能达到2.7以上，但由于在受地线张力时铝股与钢股受力不平衡，导致铝线实际静态应力安全系数仅为1.56～1.66，远低于设计安全系数3.0的要求。在覆冰15 mm时，铝线实际静态应力安全系数降为1.09～1.21，而悬点总体安全系数仍为2.0左右。因此，地线铝股设计安全系数偏低是本次良导体发生大面积铝股断线的主要原因。

（2）不均匀脱冰产生较大的冲击力。

天气转暖时，覆冰严重的架空地线会产生不均匀脱冰，当一侧档距地线大面积脱冰时因失去冰荷载（张力减载）而上弹，至最高点后再下抛，此时的地线拉力很大，冲击力造成地线钢制悬垂线夹的良导体固定处（压杠）铝股断股或地线位移，严重时甚至会拉垮地线顶架。2008年的电网冰灾事故中，大部分倒塔是因导线不均匀脱冰，冲击张力拉垮直线塔颈部造成的。

（3）地线悬垂线夹握着力大于铝股破断力。

通过查阅相关资料和咨询生产厂家，受损线路所使用的悬垂线夹握着力约为14.5 kN，而LLBJ-70/40的铝股破断力一般在11 kN左右，由于铝股破断力小于悬垂线夹的握着力，导致应力增大时铝股先行断股。

（4）覆冰水平超过设计标准。

发现缺陷时，冰雪已经融化，因而未能掌握具体覆冰厚度，但该段线路周围3～4 km范围内类似地形的部分500 kV线路在相应时间段发生了倒塔、断线等严重的冰雪灾害，据现场测量，线路上覆冰达到了20～30 mm，据此判断该段线路覆冰超过了覆冰10 mm的设计值。

表1 良导体损伤杆塔清单

表2 静态应力计算表

3 现场处理方案

3.1 断股修补规程要求

根据DL/T 741-2001《架空送电线路运行规程》要求，断股损伤截面超过铝股或合金股总面积25%时，应开断重接。

根据DL/T 1069-2007《架空输电线路导地线补修导则》要求：导地线损伤占总截面积的60%及以上或连续损伤，虽未超过Ⅲ类标准，但其损伤长度超过正常补修管所能补修的范围，属于Ⅳ类损伤，可以采用接续管、预绞式接续条、接续管补强接续条进行修补。

依据以上两项标准，对表1所列的导体损伤进行修复。

3.2 处理方案选择

由于损伤点均位于高山地段，地形恶劣，部分档段同塔架设并下跨110 kV线路，若开断重接，线路需停电且将架空地线降落至地面，交跨的110 kV线路也需停电降线配合，不仅现场工作量大，而且将严重影响线路的供电可靠性。因此，不考虑开断重接方案。

根据DL/T 1069-2007标准，可以采用预绞式接续条进行修补。查阅相关资料可知，标准型LLBJ-70/40型预绞式接续条长度为1 300 mm，全张力接续条长度为2 240 mm。根据“预绞式接续条应全部覆盖损伤部位，且接续条端部距损伤部位边缘的单边长度不得小于l00 mm”的要求，实际修补长度为1 100 mm和2 040 mm。因此，丹大线33，36号塔，丹元线35，36号塔，溪金线15，19号塔左侧可以采取上述方式修补，修补方式如表3所示。

由于溪石线45，46号塔，溪金线19号塔右侧地线损伤长度均超过了相应的修补长度，最长损伤长度达4 300 mm，为此向厂家提出定制加长接续条，考虑到现场带电作业和实施的可操作性，接续条长度不宜过长，经反复验证，确定加长型全张力接续条长度为3 500 mm。

为确保溪石线46号塔、溪金线19号塔良导体地线能快速有效修补，提出了采用组合接续方式进行修补的新方法，下面以溪石线46号塔右侧地线的修补为例进行介绍。

3.3 溪石线46号塔修补方案

检修人员上塔后，先清理相应的断股铝线，实测铝线断股长度，剪取相应规格、长度的铝股对其进行缠绕、填充，在小号侧断点处采用加长型全张力接续条（长度约3 500 mm）进行修补，在大号侧采用全张力接续条（长度约2 200 mm）进行修补。修补后，用游标卡尺实测外缆直径，再对修补条外层根据实测外径采用相应的预绞式接续条进行补强修补。修补完成后，将该挂点改为双联双线夹安装，如图2所示。

图2 溪石线46号塔右侧地线断股损伤超长修补

3.4 组合串修补方式的安全性论证

根据钢比58%的钢芯铝绞线参数和表2可知，良导体外层铝股部分承担约20%导线全部破断力，内钢芯承担约80%导线全部破断力，即钢芯承受着大部分的应力，在覆冰15 mm时其悬点应力安全系数仍然达2.0，则其钢芯的安全系数应在2.5。因此，采用组合式修补方式的安全风险是可控的。

表3 良导体损伤修补方式

良导体安全与否主要与机械性能和导流能力两个指标有关。在线路综合检修期间，对上述修补部位进行了综合检查，未发现有位移、破损等任何缺陷，说明其机械性能是满足要求的。在两年运行期间，上述线路中多基杆塔附近曾遭受雷击并导致线路跳闸，但修补部位无任何烧伤痕迹，证明其导流能力满足运行要求。

4 结论

（1）良导体地线铝股设计安全系数偏低是造成本次大面积损伤的主要原因。由于铝、钢的弹性模量、线膨胀系数等有差异，导致悬点处受拉力时铝股承受较大的应力，直接降低其安全系数。因此，建议在高山地段地线设计时应尽量避免钢芯铝绞线或铝包钢芯铝绞线，而应采用导流能力相当、安全系数更高的铝包钢绞线。

（2）架空地线采用钢比58%的钢芯铝绞线时，由于钢制悬垂地线线夹握着力大于铝股破断力，而且没有绝缘子串长度位移分解释放不平衡地线张力差，线路设计时可采用OPGW光缆形式的提包式悬垂线夹。当架空地线因不均匀脱冰产生较大张力差，冲击张力超过提包式线夹橡胶垫握力时，橡胶垫脱开释放了架空地线张力，不会对良导体地线造成较大损伤，事后只需重新安装提包式悬垂线夹即可。

（3）采用组合式接续条技术修补铝股大面积损伤，具有不需要停电、修复快速、性能稳定等特点，实践证明其安全性能满足运行要求，适用于良导体损伤的临时抢修、长期修复等工作。

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