220kV线路U型挂环断裂故障分析

220kV线路U型挂环断裂故障分析
发布时间：2021-07-26T08:13:36.544Z 来源：《学习与科普》2021年6期作者：庞星伟[导读] 电力通信网络是电网发、输、变、配的基本支撑平台，在保障电网安全稳定运行和现代管理方面发挥着重要作用。

光缆及传输设备是电力通信网络的重要组成部分，任何链路的任何故障都会影响电网的安全稳定运行。

分析了某220kV线路u型吊环断裂的原因。

结果表明，高速铁路穿过时，电流通过地线，U型挂环与线夹钢锚接触不良发热进而发生高温磨损，长期运行后最终导致断裂失效。

庞星伟
杭州中大电器承装有限公司浙江杭州 310000
摘要：电力通信网络是电网发、输、变、配的基本支撑平台，在保障电网安全稳定运行和现代管理方面发挥着重要作用。

光缆及传输设备是电力通信网络的重要组成部分，任何链路的任何故障都会影响电网的安全稳定运行。

分析了某220kV线路u型吊环断裂的原因。

结果表明，高速铁路穿过时，电流通过地线，U型挂环与线夹钢锚接触不良发热进而发生高温磨损，长期运行后最终导致断裂失效。

关键词：220kV线路；U型挂环；断裂；故障
U型挂环和线夹钢锚是电力输电线路上的通用金具。

U型挂环常用于架空电力线路和变电站联结绝缘子或钢绞线与杆塔的固定；线夹钢锚用来将导线（包括避雷线）固定在非直线杆塔的绝缘子串上，也用来固定拉线杆塔的导线。

因此其对高压输电线路的安全稳定运行起着非常重要的作用。

在电力线路中电力金具是关系到线路安全运行的重要部件，金具的失效或损坏将导致线路的破坏和断电，因此，金具必须具有很高的可靠性。

1基本概况
近期电网某供电公司运维的220kV某线路B相故障跳闸，故障巡视发现牵引站终端塔左侧架空地线连接金具发热烧伤，导致架空地线脱落到导线上跳闸，右侧架空地线与铁塔连接处在高铁经过时有发热红点。

终端塔塔型DJC31A－21，前侧档距63m，地线型号XGJ－100，耐张线夹型号NY－100G，U型挂环型号U－10，钢锚和挂环材质均为Q235A，该线路于2020年6月份投运。

2断裂故障分析 2.1宏观检查
故障处U型挂环和钢锚表面均未明显锈蚀，U型挂环在底部已完全断开，断口部位磨损痕迹明显，并有高温变色痕迹。

钢锚与U型挂环接触处内侧磨损减薄严重，整个钢锚钢环均有高温变色。

2.2金相分析
用电火花线切割的方法对U型挂环断裂处和远离断口处取样进行金相组织分析，发现断口附近金相组织异常，为过热魏氏体组织；而对远离断口组织为铁素体和珠光体，属于正常的Q235A锻造组织。

2.3化学成分分析
对U型挂环和线夹钢锚进行化学成分分析，检测结果详见表1。

由表1可知，2种金具的化学成分均符合GB/T700—2006《碳素结构钢》标准要求。

表1 金具化学成分检测结果（质量分数）/%
2.4硬度检测
对U型挂环断口附近异常组织和远离断裂的正常组织进行维氏硬度检测。

测得断口异常组织、远离断口正常组织的平均硬度分别为130.6HV和114.2HV，断口附近异常组织显微硬度较正常组织高。

2.5金具载荷计算
依据故障发生单位提供的地线档距、放线应力等数据，采用有限元软件Midascivil8.65对该地线进行了仿真力学模拟计算。

U型挂环与地线钢锚处的应力最大，轴向拉力为21.2kN。

2.6扫描电镜分析
采用扫描电镜分析U型挂环磨损表面的形貌，磨损表面呈现显著的黏着磨损特征，高倍下发现，磨损表面存在裂纹特征。

表面呈现出球状金属块被擦伤的特征，这是金属快速熔融后快速凝固形成的球状金属，在随后的磨损过程中被擦伤。

3故障原因分析
U型挂环和线夹钢锚成分正常，远离断口处的显微组织为Q235A典型铁素体加珠光体，说明金具本身的质量合格。

U型挂环和线夹钢锚在接触受力处发生失效，断口有高温变色，金相显微组织检测发现断口附近组织异常，与远离断口的显微组织明显不同，且该处的维氏硬度比正常组织的维氏硬度高，说明该部位存在高温，其温度超过了铁碳FeC相图AC1转变温度（727℃）。

同时，故障巡视时发现右侧同部位存在发热红点，确定该处有电流导致的发热，进一步佐证该处存在高温。

另外据牵引站提供数据，无高铁通过时该架空地线接地引下线电流大小约为70A，高铁通过时，地电位抬升，该部位的电流应该会瞬间增大，地线钢锚与铁塔挂环接触处的温度会进一步升高。

同时，U型挂环与地线钢锚属于活动连接，力学分析该处的轴向拉力达到21.2kN，日常运行中U型挂环和钢锚接触点会发生碰磨。

U型挂环和钢锚材料均为Q235A，常温下该材料可以适应磨损工况，但在高温环境下，其材料的强度及硬度均会下降，且温度越高性能恶化越严重，接触部位的磨损也越多。

该线路从2009年投入运行以来已经超过10年，长期运行最终导致接触部位磨损断裂失效。

4隐患排查
4.1排查情况
对该地区高铁、地铁牵引站在相近工况条件下使用U型挂环和线夹钢锚的供电线路共192条进行了排查，其中220kV线路56条。

排查具体情况如下：存在隐患的线路共116条，其中220kV线路38条。

4.2治理建议
针对存在的两类隐患情况：架空地线与站内地网直接短接、终端塔地网与站内地网相连，分别提出治理建议。

4.2.1架空地线与站内地网直接短接
该地区共有114条线路存在架空地线与站内地网直接短接的情况，其中有38条220kV线路。

经查有7条线路存在地线金具烧蚀情况，建议对存在烧蚀情况的地线进行更换，更换时在金具连接部位加装多根预绞丝进行分流，提高金具连接部位导流能力。

该方案通过降低通过金具的电流来降低金具电腐蚀发生的概率。

架空地线与站内地网直接短接有3种类型，分别为绝缘子间隙短接75条、通过接地引下线接地网23条和架空地线未经绝缘子接门架16条。

1）针对绝缘子间隙短接的情况，建议与铁路部门协商，拆除短接装置恢复放电间隙，保证绝缘子的有效绝缘。

2）针对通过接地引下线接地网的情况，建议与铁路部门协商，拆除接地引下线，使地线通过地线绝缘子接地。

3）针对架空地线未经过绝缘子接门架的情况，建议在地线和门架之间加装带间隙地线绝缘子。

4.2.2终端塔地网与站内地网相连
该地区共有19条线路存在终端塔地网与站内地网相连的情况，其中9条220kV线路。

在终端塔地网与站内地网相连的线路中，有17条线路同时存在架空地线与站内地网直接短接的情况。

终端塔地网与站内地网相连时，建议对相关线路接地进行开挖，断开终端塔与牵引站地网的连接。

针对其中同时存在架空地线与站内地网直接短接的情况，还需根据短接方式对牵引站门架与地线连接处采取相应措施，切断地线与站内地网的直接连接。

综上所述，U型挂环和线夹钢锚的材质、金相、硬度等性能指标均合格，其断裂的主要原因是高铁运行经过时地线存在电流通过，U型挂环与线夹钢锚接触不良发热进而发生高温磨损，长期运行后最终导致断裂失效。

因此建议：①对在相近工况条件下使用U型挂环和线夹钢锚的供电线路进行隐患排查，针对性的治理存在隐患的线路。

②对线路终端塔地线其他金具进行排查，并针对性治理。

③在U型挂环与线夹钢锚连接处加装引流线，利于过流，避免因接触不良引起发热而导致高温磨损。

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