影响输电线路设备运行寿命的主要因素分析

影响输电线路设备运行寿命的主要因素分析
摘要：输电线路设备在室外长时间运行，遭受各类恶劣环境与人们生产生活等
活动影响，导致输电线路设备各部件有所损伤或是遭到破坏，使其运行寿命有所
减少，从而对电网运行安全造成影响。

以我国某地输电线路设备作统计对象，对
影响输电线路设备运行寿命的主要因素进行分析。

关键词：输电线路；输电设备；运行寿命
1前言
输电线路处于室外长时间的运行，受到各类恶劣环境的影响，极易导致部分
输电线路设备出现老化以及结构性损伤或缺陷，使机械和电气的性能下降。

特别
是部分老旧的线路，其运行寿命在输电线路设备管理中属于重要的一个问题。

电
力工业重要的基础设施就是输电线路设备，其运行情况将会对输电网稳定运行造
成直接影响。

2我国某地输电线路设备简介
我国某地电网发展的比较早、规模比较大，2012年之前输电线路规模呈现极
速增长态势，而在2012年之后增长速度有所减缓。

2012 年至2015年此地输电线路的规模如图 1所示。

伴随最近几年此地区不断改造与建设输电线路设备，现阶
段此地区输电线路设备出现新老并存情况。

部分线路经技改之后新、老设备都有，其情况较为繁杂。

由图1 能看出此地区电网内总里程较长的220 kV输电线路，比500 kV线路的长度多2倍多，所以最具有代表性。

在500 kV线路当中建成并投运时间最早的是在1985年，到现在已运行超过了30年。

在2000年之前前大约投
产了88条500 kV线路，这部分线路运行的时间在15-30年间，其寿命已逐步呈
现出不同的情况。

通常输电线路设计的为30 年，这样此地电网部分220kV线路
到了寿命晚期且伴随时间蔓延会有更多线路到达寿命晚期，所以有必要对输电线
路设备运行状况与运行寿命的影响因素加以分析。

图1 2012-2015年我国某地输电线路的规模
3影响输电线路设备运行寿命的主要因素
影响输电线路设备运行寿命的因素有多种，根据对我国某地输电线路设备运
行情况分析，主要包括环境腐蚀与风致振动及绝缘子等影响因素。

3.1腐蚀对输电线路设备运行寿命的影响
腐蚀的破坏属于长期、缓慢并且无法逆转的一个过程，在输电线路当中较为
常见。

3.1.1腐蚀对架空导线的影响
针对导线来讲，钢芯最容易出现腐蚀情况。

导线腐蚀的形态包括电化学与化
学腐蚀，其中是以电化学的腐蚀为主，并且外层腐蚀是最主要的（如图2所示）。

铝股在腐蚀之后，在其表面会出现白色的粉末且布满麻点，钢芯和铝股的接触层
亦会有白色的粉末状物出现，导线的抗拉强度会下降，明显变脆，严重的会出现
断线、断股情况，在极大程度上导致的运行寿命减少。

特别是在耐张钢帽与弧垂
最低点的位置容易出现锈蚀。

我国大部分地线是用的镀锌钢绞线，镀锌钢绞线的
耐腐蚀性比较弱，长期处于恶劣的环境下会出现严重的锈蚀情况，通常每隔15-
20年更换一次，每年平均需调换100 km左右的锈蚀架空地线。

从20世纪末起，此地区架空地线用OPGW光缆或是铝包钢绞线代替了镀锌钢绞线。

因光缆与铝包
钢产品的耐腐蚀性较好，这在很大程度上较少了检修的工作量并提升了运行的稳定、可靠性。

图2 导线外层腐蚀
3.1.2腐蚀对线路杆塔运行寿命的影响
输电线路的杆塔通常是钢管杆与铁塔，按照防腐的相关要求会做热浸镀锌。

然而在长期使用之后，通常会因锌层遭受破坏而出现锈蚀的情况，这导致钢结构
构件承载性能在极大程度上有所减弱，其运行寿命通常与腐蚀的程度有直接关系。

因杆塔柔性大，结构高，其承载力较大，杆塔部分构件会出现疲劳破坏或损伤的
情况，对其使用寿命造成影响。

杆塔部分钢结构锈蚀情况包括3种：（1）部分构件的表面镀锌层被完全腐蚀，大部分的基体钢材出现严重锈蚀。

（2）构件的表面出现黄色的锈层，主要是泛锈，其粉化较为严重，将表面锈层清除仍存在镀锌层。

（3）有一小部分构件表
面还有完好的镀锌层，但有较严重的粉化。

除了铁塔的塔身有锈蚀以外，通常铁
塔的塔脚也存在较严重的锈蚀。

铁塔出现锈蚀通常因以下几个原因：自身冶金、
环境（土壤、大气与混凝土），塔脚构造，镀锌层抗蚀性能与工艺，其他人为损
坏的原因等。

3.2绝缘子因素
导线重量与张力以及在导线上作用的冰载、风载等是绝缘子所承受的负荷。

输电线路主要应用瓷质、玻璃与合成的绝缘子3类。

盘形悬式的瓷质绝缘子达到几百mm的外闪络距离，但头部的瓷壁仅有十几mm，外绝缘的距离远比内绝缘的距离大，然而机械应力与电应力集中点均处于
瓷绝缘子的头部，在经过一段时间的运行之后，部分绝缘子的机电性能降低，绝
缘子出现零值的情况。

零值的绝缘子不但增加了其它绝缘子对电压的负载，并且
发生污闪情况时，强大的电弧可能会从零值绝缘子头部穿过而炸裂钢帽，出现掉
线问题，对输电线路运行寿命造成影响。

由于其特点，在此地应用的已很少。

玻璃绝缘子的机电性能比较好，有着零值自爆优势，能极大的降低运行维护
的花销。

目前本地区大部分应用的是玻璃绝缘子，至2014年，本地区输电线路
所应用的玻璃绝缘子其自爆率是0.17‰，在标准允许的范围内。

合成的绝缘子有
着重量轻、体积小、运输安装便利、机械强度高、抗污闪性能强、可靠性较高、
无零值及抗破坏性能较强等优势。

最近几年，在此地区的输电线路当中已广泛应
用了合成绝缘子，大部分输电线路直线悬垂串都选择了合成绝缘子。

3.3振荡疲劳对输电线路寿命的影响
由于风的作用，输电线路长时间处在振动的状态下，这可能会使导线出现疲
劳损伤或断股的情况，按照振动频率与幅度大小，包括以下三种：
（1）振动的频率低、幅度大使导线出现舞动情况。

此情况是指风对非圆截面导线振动频率低（约是0.1-3Hz）、振动幅度大（约是导线直径的5-500 倍）一种
自激励的振动。

（2）中振动频率、中振动幅度次挡距的振动。

现阶段，在我国
输电线路当中已广泛使用分裂式的导线来达到日渐提高的大容量、远距离对电力
传输的需求。

次档距振动的频率与幅度大约是1-2Hz和100-500mm，是介于微风
振动和导线舞动间的中振动频率、幅度。

次档距振动极易导致各同相的分裂导线
互相碰撞而出现损伤，还可能会对间隔棒产生一定损伤。

（3）导线微风振动，
其振动频率高、振动幅度低。

微风振动指的是当输电导线遭受均匀微风（一般是
1-3级风）吹向圆柱形导线或地线的时候，导致导线或地线出现周期性振动。

出
现此振动主要的原因是该微风处于相应地线或导线背风面而造成一种气流旋涡，
此旋涡上下不停交替改变，相应导线或地线也会遭受除水平力以外，另一个类似
正弦拍频波上下交替改变竖向脉冲力作用。

若风速处于适当的时候，会于导线迎风面的背面产生旋涡（如图6a所示），然而因为分裂线的遮蔽效果，会对子导线气流造成影响，从而使旋涡出现差异
（如图6b、6c所示）。

微风振动与舞动问题最为主要的原因就是旋涡脱落所造
成的振动。

图6 输电导线向上受力情况
4结束语
我国大部分输电线路设备经过长期运行，其寿命问题已开始逐渐显现出来，
这需相关的技术领域引起高度关注。

导线与杆塔是影响输电线路运行主要的因素，特别是导线遭受腐蚀与疲劳的影响比较大，是输电线路运行寿命主要的问题。

参考文献：
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