220 kV 输电线路OPGW 线夹断裂原因分析

欧阳克俭，陈红冬，刘纯

( 国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南 长沙410007)

1 事故概况

2013 年1 月9 日14 时10 分，某220 kV 输电线路#37 铁塔左相 (A 相)OPGW 线夹断开，OPGW 掉落于横担上，OPGW 掉落后弹跳过程中接近左相导线导致放电跳闸，线路重合不成功。线夹材质为铸铝件，型号为TK-7B。

事故当时，天气转暖，气温约2 ℃，OPGW 覆冰开始自然融化并逐渐掉落，北风约3 级。地线覆冰厚度约18 mm，设计覆冰厚度为20 mm。事故耐张段(#36—#39)在2008 年冰灾倒塔后发生过3次线路故障，其中2 次为#38 塔右侧地线(XGJ-80)滑移造成导地线放电事故，另一次为#38—#39两相导线舞动放电事故。

2 现场查勘

故障地点位于高海拔、微地形、微气候地区，其中#37—#38 档和#38—#39 档分别跨越一个山沟风口区。事故耐张段的杆塔参数见表1，#37 铁塔呼撑高度为42 m，海拔618 m，为该耐张段位置最高点。询问现场运维人员，事故发生前在该线路其它耐张段发现过由于地线自然融冰，冰块掉落导致地线大幅上下振动现象(脱冰跳跃)，在国内由于线路覆冰发生导线脱冰跳跃的事故时有发生〔1-3〕。现场勘查排除外破、雷击因素造成的线夹断开故障。

表1 事故耐张段的杆塔参数 m

3 线夹断裂原因分析

3.1 #37 塔线夹

#37 塔线夹断开，线夹喇叭口局部在#37—#38侧断裂掉落，说明线夹出口受到局部的挤压力作用，如图1 所示。OPGW 掉落至左横担上，OPGW整体向大号侧#38 塔偏移，如图2 所示。#37 塔线夹附近的#37—#38 档防振锤在跌落过程中随OPGW掉至#37—#36 侧。#37 塔线夹附近的#37—#36 档防振锤和#37—#38 档防振锤之间OPGW 表面没有摩擦痕迹，但是OPGW 在横担往大号侧方向有较长一段距离表面摩擦明显，受损严重，如图3 所示，同时发现，OPGW 与铁塔横担角钢棱角有明显的摩擦痕迹，说明OPGW 跌落后在横担上往返滑移摩擦，该现象主要由于OPGW 振动脱冰和后期的脱冰跳跃所致。

图1 #37 铁塔OPGW 线夹断开

图2 #37 铁塔OPGW 掉落于横担上

图3 #37 铁塔OPGW 断裂掉落于横担上后往返抽拉

#37 塔断开线夹轴销部位没有摩擦痕迹，如图4 所示。说明线夹断开前具有足够握着力，没有发生不平衡张力过大导致纵向滑脱摩擦现象。另因事故发生在天气转好的自然融冰阶段，且在日平均气温相对较高的14 时左右，OPGW 覆冰自然融化频率加剧，冰块掉落导致OPGW 弹性势能转化为动能与重力势能。OPGW 在脱冰动载荷作用下，上下弹跳，线夹承受极大的脱冰动载荷冲击作用，因此，可判断#37 塔OPGW 线夹断开主要原因为脱冰跳跃造成OPGW 对线夹出线口挤压，并给予线夹纵向轴销方向弯矩载荷作用，最终线夹失效断裂。

图4 #37 塔OPGW 轴销部位无摩擦痕迹

3.2 #38 塔线夹

#38 塔OPGW 线夹在#37 塔OPGW 掉落至横担上后，OPGW 在线夹中滑脱，OPGW 整体向#38—#39侧滑移。#38 塔OPGW 线夹严重受损，线夹本体轴销部位与OPGW 剧烈来回滑移摩擦，损伤严重，如图5 所示。#38 塔OPGW 小号侧(#37 塔)出线口裂开，其主要原因是与#38 塔OPGW 线夹小号侧(#38—#37)防振锤在往返运动中不断撞击挤压所致。由图6 可以看出，由于脱冰振动原因，OPGW从线夹滑出后与线夹之间往返摩擦，线夹本体和OPGW 两侧表面受损。

图5 #38 铁塔OPGW 线夹严重受损

图6 #38 塔OPGW 线夹轴销部位严重磨损

3.3 线夹材质试验分析

分别对2 个线夹进行成分分析，分析表明线夹不同部位Si 含量极不均匀，最小Si 含量为5.54%，最大Si 含量为22.71%，线夹布氏硬度HBS 为44，GB/T1173-1995 规定(ZAlSi12，合金代号ZL102)Si 含量为10.0%～13.0%，布氏硬度HBS 为50。据资料表明〔4〕，AlSi 合金的抗拉性能随Si 含量上升而升高，且结构脆性增强，该现象将导致线夹不同区域组织及力学性能不一致。对2 个线夹断口部位截样进行金相试样，放大倍数为100。试验表明组织内部有疏松，其中较大的#37 塔铸铝线夹疏松约有450 μm。金相见如图7，8 所示。试验分析表明铸铝线夹Si 含量超标，且组织内部存在疏松空洞，这将增加线夹的脆性，降低其冲击韧性。

图7 铸铝线夹开裂部位金相图

4 结语

#37 塔断开线夹轴销部位没有摩擦痕迹，说明线夹断开前具有足够握着力，没有发生不平衡张力过大导致纵向滑脱摩擦现象。#37 铁塔左侧OPGW线夹材质缺陷导致冲击韧性下降，在OPGW 脱冰跳跃中，线夹受到动荷载冲击断裂。

建议将OPGW 单线夹改为双线夹并将TK-7B线夹更换为TK-10B 或更高强度等级线夹;同时运行单位应登塔对中、重冰区OPGW 和地线线夹进行检查，重点检查线夹本体、螺栓紧固力、开口销等部位，发现线夹出现裂纹、开口销脱落、地线受损滑移等缺陷及时处理。

〔1〕欧阳克俭，陈红冬，刘纯，等. 特高压八分裂覆冰导线风场特性研究〔J〕. 湖南电力，2013 (1):1-4.

〔2〕孟晓波，王黎明，侯镭，等. 特高压输电线路导线脱冰跳跃动态特性〔J〕. 清华大学学报，2010 (10):1631-1636.

〔3〕孙晓光. 架空导线脱冰振荡机理及仿真研究〔D〕. 华北电力大学硕士论文，2007.

〔4〕卡默. 铝手册〔S〕. 北京:化学工业出版社，2009.