1. 隱患排查
(1)根據(jù)電網(wǎng)風(fēng)區(qū)分布圖，結(jié)合線路設(shè)計(jì)氣象條件，排查出線路風(fēng)害嚴(yán)重區(qū)段。
(2)收集線路技術(shù)參數(shù)(如下表)，對(duì)絕緣子和金具強(qiáng)度進(jìn)行核算。排查校核結(jié)果不滿足要求的絕緣子和金具。
表 絕緣子機(jī)械電氣特性
表 絕緣子和金具機(jī)械強(qiáng)度的最低安全系數(shù)
(3)排查絕緣子串型等是否滿足風(fēng)偏設(shè)計(jì)要求;金具種類的選用應(yīng)考慮整串受力合理。
(4)結(jié)合線路運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)對(duì)以下情況進(jìn)行排查：
1)加強(qiáng)大風(fēng)惡劣天氣后的輸電線路絕緣子和金具的檢查;加強(qiáng)巡視檢查，定期抽查不同地區(qū)、不同環(huán)境運(yùn)行中的絕緣子，對(duì)其進(jìn)行拉力、電氣性能和絕緣老化試驗(yàn)。
2)風(fēng)振嚴(yán)重區(qū)域的導(dǎo)地線線夾、防振錘和間隔棒是否選用加強(qiáng)型金具或預(yù)絞式金具。
3)排查按照承受靜態(tài)拉伸載荷設(shè)計(jì)的絕緣子和金具，應(yīng)避免在實(shí)際運(yùn)行中承受彎曲、扭轉(zhuǎn)載荷、壓縮載荷和交變機(jī)械載荷而導(dǎo)致斷裂故障。
4)加強(qiáng)對(duì)導(dǎo)、地線懸垂線夾承重軸磨損情況的檢查，導(dǎo)地線振動(dòng)嚴(yán)重區(qū)段應(yīng)按2年周期打開(kāi)檢查，磨損嚴(yán)重的應(yīng)予更換。
5)應(yīng)認(rèn)真檢查鎖緊銷的運(yùn)行狀況，特別應(yīng)加強(qiáng)V串復(fù)合絕緣子鎖緊銷的檢查。
6)加強(qiáng)復(fù)合絕緣子護(hù)套和端部金具連接部位的檢查，端部密封破損及護(hù)套嚴(yán)重?fù)p壞的復(fù)合絕緣子應(yīng)及時(shí)更換。
7)檢查強(qiáng)風(fēng)區(qū)復(fù)合絕緣子的選型是否合理。
2. 強(qiáng)度校核
2.1懸垂串的強(qiáng)度校核
懸垂串在線路正常運(yùn)行時(shí)，主要承受垂直線路方向荷載;在斷線時(shí)，還要承受斷線拉力。
一般地區(qū)：每一懸垂串的絕緣子片數(shù)按下式計(jì)算。
n≥αUe/h
式中：
Ue---額定電壓(kV);
h---單個(gè)絕緣子的爬電距離(cm);
α---爬電比距，cm/kV。按高壓架空線路污穢分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)選取。
海拔高度1000m～3500m的地區(qū)：懸垂串的絕緣子數(shù)量按式下式計(jì)算。
n′=n[1+0.1(H-1)]
式中：
H---海拔高度(m);
n---般地區(qū)的絕緣子數(shù)量絕緣子串的安全系數(shù)和聯(lián)數(shù)。
1)安全系數(shù)：不應(yīng)小于《表 絕緣子和金具機(jī)械強(qiáng)度的最低安全系數(shù)》所列數(shù)值。瓷質(zhì)盤形絕緣子尚應(yīng)滿足正常運(yùn)行情況、常年荷載狀態(tài)下安全系數(shù)不小于4.5常年荷載是指年平均氣溫下絕緣子所受的荷載。
2)允許荷載：在常年、斷線、斷聯(lián)情況下，絕緣子的相應(yīng)最大允許使用荷載[TJ]，可按下式計(jì)算：
[TJ]=TJ/K
式中：
TJ-絕緣子的額定機(jī)電破壞負(fù)荷(kN);
K-絕緣子的機(jī)械強(qiáng)度安全系數(shù)。
采取雙聯(lián)和多聯(lián)解決。所需絕緣子的聯(lián)數(shù)可根據(jù)其所受最大荷載確定，即：
N≥G/[TJ]
式中：
G-絕緣子承受的最大荷載(kN)。
雙聯(lián)及以上的多聯(lián)絕緣子串應(yīng)驗(yàn)算斷一聯(lián)后的機(jī)械強(qiáng)度。
在重要跨越處：如鐵路、高等級(jí)公路和高速公路、通航河流以及人口密集地區(qū)，懸垂串宜采用獨(dú)立掛點(diǎn)的雙聯(lián)懸垂絕緣子串結(jié)構(gòu)。
在山區(qū)線路中，由于地勢(shì)起伏高差大，垂直檔距往往大于水平檔距較多，會(huì)出現(xiàn)垂直荷載超過(guò)絕緣子串允許荷載的情況，必須對(duì)絕緣子串所受荷載進(jìn)行校核。當(dāng)最大弧垂發(fā)生在最大垂直比載時(shí)，懸垂串允許機(jī)電荷載相應(yīng)的垂直檔距為
式中：
Q---金具覆冰后總重量;
A---架空線的截面積;
γ3---架空線的覆冰無(wú)風(fēng)比載;
WJ---絕緣子的允許機(jī)電荷載;
GJ---單片絕緣子覆冰后的重量。
只要桿塔垂直檔距不大于上式的計(jì)算值，懸垂串的機(jī)電強(qiáng)度就能滿足要求。
2.2耐張絕緣子串強(qiáng)度校核
架空線懸掛點(diǎn)的最大張力不應(yīng)大于耐張絕緣子串的允許荷載，否則需要增加耐張串聯(lián)數(shù)或改用較大噸位的絕緣子，或者放松該耐張段的架空線以降低張力。
圖 耐張串的幾種組裝方式
2.3懸垂線夾的強(qiáng)度校核
懸垂線夾在線路正常運(yùn)行情況下，主要承受由導(dǎo)線的垂直載荷和水平載荷組成的總載荷。懸垂線夾應(yīng)在導(dǎo)線最大載荷情況下滿足一定的安全系數(shù)K：
K=Tb/T≥2.5
式中：
T—導(dǎo)線最大荷載(kN);
Tb-懸垂線夾的破壞載荷(kN)。
3. 金具斷裂治理
3.1故障概況
3.1.1 設(shè)備概述
220kVXX線于20XX年XX月XX日投運(yùn)，由220kVXX變至220kVXX變，線路長(zhǎng)度25.11公里，全線66基鐵塔，1號(hào)至40號(hào)與220kVX線同塔架設(shè)，41號(hào)至66號(hào)與XX線同塔架設(shè)，線路全線位于XX縣“三十里”風(fēng)區(qū)，設(shè)計(jì)最大風(fēng)速38m/s。線路42號(hào)-66號(hào)塔所在區(qū)域主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)，與線路方向夾角約60度。其中32#-61#塔區(qū)段位置為山谷。
3.1.2 故障信息
2014年6月1日06時(shí)15分， 220kVXX變220kVXX線光纖差動(dòng)保護(hù)、距離I段保護(hù)動(dòng)作跳閘，試送不成功。220kVXX變檢查測(cè)距18.67公里，故障相別A、C相，試送不成功測(cè)距24.3公里，故障相別A、C相;小草湖變側(cè)檢查為A、B通道差動(dòng)動(dòng)作，距離I段動(dòng)作，A、C相故障;保護(hù)裝置測(cè)距6.09公里，故障錄波器測(cè)距5.93公里。
3.1.3 故障原因
XX公司接到跳閘通知后，第一時(shí)間組織人員開(kāi)展事故巡視，同時(shí)協(xié)調(diào)搶修人員、材料做好搶修準(zhǔn)備。由于大風(fēng)高速公路關(guān)閉原因，故障巡視人員迂回其他路線于12時(shí)13分左右在到達(dá)220kVXX線現(xiàn)場(chǎng)，經(jīng)巡線后發(fā)現(xiàn)，220kVXX線55號(hào)塔C相導(dǎo)線復(fù)合絕緣子橫擔(dān)側(cè)脫開(kāi)，C相導(dǎo)線脫落，由于C相導(dǎo)線下方有防風(fēng)側(cè)拉，脫落的導(dǎo)線懸掛于A相橫擔(dān)之間，造成AC相相間短路，引起線路跳閘。經(jīng)檢修公司輸電專業(yè)進(jìn)行全線巡視，確認(rèn)線路無(wú)其他問(wèn)題。
當(dāng)日風(fēng)力減弱后，輸電專業(yè)立即組織對(duì)線路故障進(jìn)行搶修，6月1日19時(shí)51分，故障處理完畢，線路恢復(fù)送電。
圖 故障現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)
3.2故障分析
220kVXX線55號(hào)桿塔地處小草湖風(fēng)區(qū)，根據(jù)220kV順園線39號(hào)塔(與XX線39號(hào)同塔)微氣象在線監(jiān)測(cè)裝置(距離跳閘點(diǎn)6公里)傳回的數(shù)據(jù)顯示，跳閘前的5月31日白天出現(xiàn)了持續(xù)40 m/s左右的極大風(fēng)速，在14時(shí)45分出現(xiàn)了極值44.3m/s。大風(fēng)引起球頭掛環(huán)的荷載加重，最終導(dǎo)致55號(hào)塔C相復(fù)合絕緣子橫擔(dān)側(cè)QP-10型球頭掛環(huán)斷裂，C相導(dǎo)線脫落，脫落的導(dǎo)線被防風(fēng)側(cè)拉串懸吊于A相橫擔(dān)，造成A、C相短路，引起線路跳閘，當(dāng)時(shí)極大風(fēng)速為26 m/s。事件控制得當(dāng)，未發(fā)生擴(kuò)大現(xiàn)象?，F(xiàn)場(chǎng)處置完畢后，對(duì)同批次掛網(wǎng)運(yùn)行的QP-10球頭掛環(huán)進(jìn)行了抽取送檢工作，狀態(tài)評(píng)價(jià)中心對(duì)事故線路球頭掛環(huán)斷裂原因進(jìn)行了分析，具體分析如下。
3.2.1 荷載試驗(yàn)分析
對(duì)球頭掛環(huán)進(jìn)行了額定荷載、破壞荷載2種試驗(yàn)。額定荷載試驗(yàn)100kN，1min，通過(guò);破壞荷載要求大于120kN，試驗(yàn)荷載加到140.8kN，金具損壞，從球頭根部斷裂，見(jiàn)下圖。從荷載試驗(yàn)看，產(chǎn)品質(zhì)量不存在問(wèn)題。
圖 破壞荷載試驗(yàn)(破壞值140.8kN)
圖 破壞荷載試驗(yàn)后球頭掛環(huán)
3.2.2 氣象參數(shù)分析
分析220kVXX線1年多微氣象監(jiān)測(cè)參數(shù)，可以看出在5月20日起該地區(qū)既有持續(xù)強(qiáng)風(fēng)，持續(xù)時(shí)間達(dá)4-5天，最大風(fēng)速32.70 m/s，極大風(fēng)速達(dá)到44.30 m/s(見(jiàn)下圖)。從5月31日起XX地區(qū)又經(jīng)歷了一場(chǎng)大風(fēng)沙塵天氣的襲擊，在2014年5月31日14時(shí)45分左右，風(fēng)力達(dá)到最大值(見(jiàn)下表)。
表 5月31日微氣象裝置的大風(fēng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)
|
監(jiān)測(cè)時(shí)間 |
十分鐘平均風(fēng)向（°） |
氣溫（℃） |
標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速（m/s） |
最大風(fēng)速（m/s） |
極大風(fēng)速（m/s） |
十分鐘平均風(fēng)速（m/s） |
|
2014-05-31 14:45 |
45 |
19.2 |
32.7 |
32.7 |
44.3 |
31.6 |
圖 微氣象監(jiān)測(cè)到的氣象數(shù)據(jù)
從氣象數(shù)據(jù)分析，該線路常年承受一定頻率的風(fēng)速較大的風(fēng)力作用，且風(fēng)力方向較為一致，導(dǎo)致球頭掛環(huán)一面磨損，而另一面基本無(wú)磨損(見(jiàn)下圖)，導(dǎo)致球頭掛環(huán)長(zhǎng)期疲勞磨損。
圖 球頭掛環(huán)一側(cè)磨損嚴(yán)重
3.2.3 受力分析
外部信息主要包括政府相關(guān)合作部門提供的隱患信息，以及企業(yè)、群眾舉報(bào)、95598熱線等社會(huì)來(lái)源信息。
線路運(yùn)檢單位針對(duì)以上兩種外力破壞隱患信息，及時(shí)組織人員開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)勘察核實(shí)，迅速處置、上報(bào)、反饋和記錄;對(duì)可能危及輸電線路安全運(yùn)行的外力破壞隱患，建立檔案并定期持續(xù)觀察。
3.2.3.1 垂直荷載
T=(M1+M2 )×g
=(1058×0.38×2+2×13.2)×9.8
=8134.7N
單聯(lián)受力
T1=0.7T=5694.29N
球頭掛環(huán)安全系數(shù)：
K=[T3/T1 =17.6
3.2.3.2 大風(fēng)條件下球頭受力分析
大風(fēng)情況下受力分析圖見(jiàn)下圖。
圖 大風(fēng)條件下球頭掛環(huán)受力分析
垂直于導(dǎo)線方向風(fēng)荷載：
Fd=αKhμscSW0 sin2φ
= 30.74kN
作用于單聯(lián)球頭掛環(huán)水平荷載約為0.7·Fd=21.5kN
絕緣子風(fēng)荷載：
Fj=9.80665A2/ 16=764.4N
絕緣子風(fēng)荷載較小可忽略。
風(fēng)荷載受力滿足要求。
3.2.3.3 球頭掛環(huán)球徑荷載
球頭掛環(huán)的腳球在絕緣子帽窩里的轉(zhuǎn)動(dòng)是有限度的，據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)IEC標(biāo)準(zhǔn)刊物120第二版《絕緣子串元件的球窩連接尺寸》附錄A介紹球頭掛環(huán)腳球在帽窩中的傾斜角β應(yīng)不大于9.5°。很明顯，若β>9.5°，腳頸則受蹩于A點(diǎn)，這也是XX線55號(hào)塔球頭掛環(huán)從球徑根部受蹩斷裂的原因(參見(jiàn)下圖)。
圖 球頭掛環(huán)在球窩內(nèi)傾斜位置
QP-10抗拉強(qiáng)度568.4N/mm2，球頭掛環(huán)頸部直徑17mm，腳徑受蹩距離長(zhǎng)度9.5mm。
球徑能承受的荷載
P≤σ彎·[σ]
其中σ彎=Mmax/W，[σ]材料許用應(yīng)力。
P≤0.1×17×17×17×0.4×568.4/9.5=11.8kN
實(shí)際上，懸垂絕緣子在風(fēng)力作用下，整串?dāng)[動(dòng)并非理想狀態(tài)，受連接環(huán)節(jié)約束，球頭受蹩時(shí)常發(fā)生。發(fā)生掉串的55號(hào)塔，在風(fēng)力大于40 m/s時(shí)，橫向風(fēng)荷載達(dá)到21.5kN，遠(yuǎn)大于球徑承受的荷載。
3.2.3.4 分析結(jié)果
該球頭掛環(huán)斷口外觀看為明顯的疲勞斷裂，斷口為3個(gè)區(qū)域，第一個(gè)為紋裂源區(qū);第二個(gè)為疲勞擴(kuò)展區(qū)，顏色較深，表面較平滑，有明顯的貝殼紋，此處裂紋擴(kuò)展速度明顯加快;第三區(qū)域?yàn)樗矔r(shí)斷裂區(qū)，顏色較新，表面粗糙，有明顯的金屬顆粒，為疲勞裂紋的失穩(wěn)擴(kuò)展區(qū)。斷口裂紋源附近外觀幾何形狀不平穩(wěn)，有幾何凸起，容易形成較大的應(yīng)力集中(見(jiàn)下圖)。
圖 球頭掛環(huán)斷裂面
圖 球頭掛環(huán)受持續(xù)一個(gè)方面風(fēng)力作用
球頭掛環(huán)長(zhǎng)時(shí)間承受不規(guī)則的交變荷載作用，盡管交變應(yīng)力低于材料本身的極限強(qiáng)度，但它長(zhǎng)時(shí)間作用造成疲勞損傷，再加上該地區(qū)條件惡劣，破壞速度加快，使用壽命縮短。當(dāng)相當(dāng)大的交變應(yīng)力多次反復(fù)作用，球頭腳頸開(kāi)始有極細(xì)微的裂紋產(chǎn)生，發(fā)展成裂縫，裂縫不斷發(fā)展，向構(gòu)件內(nèi)部延伸，最后在一個(gè)較大的不均勻風(fēng)荷載作用下，導(dǎo)致斷裂。
結(jié)合荷載試驗(yàn)、氣象分析、受力分析，判斷為球頭掛環(huán)在強(qiáng)風(fēng)下擺動(dòng)，大風(fēng)引起的金具疲勞損傷，導(dǎo)致斷裂。
事后，結(jié)合220kVXX線路大風(fēng)區(qū)段桿塔金具進(jìn)行排查具體排查結(jié)果如下表所示：
表 桿塔QP-10型金具排查結(jié)果
由上表可見(jiàn)QP-10型金具發(fā)生疲勞損傷的桿塔為32#-57#塔，該區(qū)段鐵塔所處位置為均為山谷。對(duì)金具放生疲勞損傷的桿塔，需進(jìn)行治理。
3.3治理方案
3.3.1 治理方案
對(duì)于需要進(jìn)行金具更換的鐵塔，保證線路的供電可靠性，采用帶電作業(yè)的方式將原來(lái)的QP-10型球頭掛環(huán)更換成安全系數(shù)增大的QP-12型。治理方案見(jiàn)下表。
表 金具更換明細(xì)
3.3.2 預(yù)防措施
1)針對(duì)風(fēng)區(qū)線路，在設(shè)計(jì)評(píng)審等前期工作中積極提供運(yùn)行建議，今后大風(fēng)區(qū)段新建線路需考慮采用加強(qiáng)型金具，提高線路抗風(fēng)能力。
2)嚴(yán)把驗(yàn)收質(zhì)量關(guān)。做好新投運(yùn)線路金具檢查校核工作，嚴(yán)格按照設(shè)備施工工藝要求，排查設(shè)備施工質(zhì)量。
3)加強(qiáng)線路特殊巡視和登塔檢修頻次，重點(diǎn)檢查導(dǎo)線金具的磨損及表面裂紋情況，開(kāi)展周期性逐基登塔檢查工作，發(fā)現(xiàn)裂紋金具及時(shí)更換。
3)球頭掛環(huán)斷裂處于絕緣子碗頭內(nèi)，線路巡視和登桿檢查均無(wú)法看到。今后將每過(guò)五年進(jìn)行一次抽樣檢查，檢查金具完好程度，積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，決定更換周期。
3.4治理效果
對(duì)線路大風(fēng)區(qū)段更換的金具進(jìn)行跟蹤檢查，制定了定期登塔檢查計(jì)劃。
(1)金具掛網(wǎng)運(yùn)行1個(gè)月后進(jìn)行了登塔檢查，檢查結(jié)果見(jiàn)下表。
表 金具運(yùn)行1個(gè)月后的登塔檢查結(jié)果
掛網(wǎng)運(yùn)行第1個(gè)月后，登塔檢查未發(fā)現(xiàn)磨損情況，運(yùn)行情況良好。
(2)結(jié)合第一次檢查結(jié)果，將第二次登塔檢查日期調(diào)整為掛網(wǎng)運(yùn)行第3個(gè)月后，檢查結(jié)果見(jiàn)下表。
表 金具運(yùn)行3個(gè)月后的登塔檢查結(jié)果
掛網(wǎng)運(yùn)行第3個(gè)月后，登塔檢查未發(fā)現(xiàn)磨損情況，運(yùn)行情況良好。
(3)結(jié)合第二次檢查結(jié)果，將第三次登塔檢查日期調(diào)整為掛網(wǎng)運(yùn)行第1個(gè)風(fēng)季后，檢查結(jié)果見(jiàn)下表。
表 1個(gè)風(fēng)季后的登塔檢查結(jié)果
掛網(wǎng)運(yùn)行第1個(gè)風(fēng)季后，登塔檢查未發(fā)現(xiàn)磨損情況，運(yùn)行情況良好。
(4)評(píng)估結(jié)果
通過(guò)以上幾次的登塔檢查結(jié)果來(lái)看，更換后的金具運(yùn)行情況良好，未發(fā)現(xiàn)金具磨損情況，更換后的線路金具評(píng)估正常。
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