沿海10_kV架空导线腐蚀和断线分析及预防措施_于兴林.pdf

沿海 架空导线腐蚀和断线分析及预防措施于兴林，李慧敏（广东电网有限责任公司汕尾供电局，广东 汕尾 ）摘要：针对沿海地区海雾腐蚀性强，架空线易腐蚀、易断线的现象，依据雷击断线机理、导线腐蚀机理、电晕破坏和电痕破坏机理，得出雷击、电晕破坏、电痕破坏、扎线施工工艺不良等都可能导致导线绝缘层损坏，使导线与海雾接触而腐蚀，最终造成导线断线，对此提出项降低导线绝缘层破坏程度和延缓腐蚀的措施。关键词：雷击断线机理；导线腐蚀；电晕破坏；电痕破坏中图分类号：，（，）：，：；收稿日期：作者简介：于兴林（），工学硕士，从事电力系统继电保护及自动化调试及维护工作；李慧敏（），工学硕士，从事电力系统稳定与控制工作。引言汕尾地区位于我国东南沿海，属于南亚热带季风气候区，海洋气候明显，易受海雾影响，架空导线腐蚀严重，设备寿命大幅度缩短，甚至投运年后就出现腐蚀现象。尤其在设备搭接处、绝缘导线破损处和绝缘子支撑处，腐蚀现象更加严重。同时在每年的月，汕尾地区雷暴频发，易发生线路断线故障，其中绝缘导线更容易发生断线。文献 通过定性研究指出了雷击断线的机理，即导线的材料、电弧电流的大小和导线的自重是决定绝缘导线断线的主要因素。文献 研究表明雷击导致绝缘导线断股、绝缘皮受损后导线的机械性能会下降，同时绝缘层受损会使导线的腐蚀加速，继而引起导线的机械性能进一步下降，导线最后会因无法承受相应的拉应力和剪应力而断线。但实际运行中，仍存在部分线路断线与以上情况不同，如变压器引下线在无雷击、无风的情况下断线，因此找出线路断线的原因，才能针对性地采取预防措施。雷击断线机理分析当雷击导线或导线旁的物体时，首先在绝缘薄弱的绝缘子处发生闪络，形成工频对地电弧，如图（）所示。在电动力的作用下，电弧沿着电源侧至负荷侧的方向移动，随着电弧长度的增加，出现相间短路，相间电弧电流变大，图（）所示。电弧可以沿着裸导线移动，因此电弧对裸导线的伤害不大，而绝缘导线的绝缘层会阻止电弧移动，导致电弧的弧根固定在绝缘导线上一点，最终电弧的持续燃烧导致导线断股或断线，因此在线路运行中，支撑绝缘子附近的导线是最易发生断线的位置。（）相地电弧（）相间电弧图雷击线路时工频电弧发展示意图实际运行中，在裸导线的表面会形成一层致密的氧化铝（）薄膜。铝的熔点约为 ，氧化铝的熔点约为 ，氧化铝隔绝了高温弧根对导线的灼烧，降低了导线断线概率。而绝缘导线存在一层绝缘层，导线表面电工技术系统解决方案与空气隔绝，不易形成氧化铝薄膜。当绝缘导线发生雷击闪络后，工频电弧的弧根直接灼烧导线，而且绝缘层对电弧的阻碍，导致弧根对同一点持续灼烧，因此绝缘导线更易发生断线。另一方面，处于污秽区的裸导线长期运行后，导线表面存在污垢，这些污垢同样可以阻止电弧的移动，导致弧根持续对同一点灼烧，增加断线概率。导线腐蚀机理文献 研究表明，钢芯铝绞线在盐雾环境下的腐蚀机理是复杂的。铝股线在空气中氧化形成致密不活跃的氧化铝薄膜，该薄膜可以阻止铝股线的进一步腐蚀，在内陆地区该薄膜可以长期稳定存在，但在海边盐雾的影响下，氧化 铝 与 大 气 中 的 水 分 子 和 发 生 化 学 反 应 生 成（）型碱式氯化物盐，会导致氧化铝薄膜变薄，出现裂缝，在金属离子、水分子、穿透孔隙与铝反应的协同作用下，铝表面氧化膜出现溶解。同时股线之间的间隙导致不同股线表面的氧浓度不同，形成氧浓差电池，加速腐蚀，使导线的间隙变大，甚至出现缺口。再者，钢芯铝绞线的截面示意图如图所示，铝股线和镀锌钢芯在盐雾环境中形成原电池，加速导线的腐蚀。因为绝缘导线绝缘层将铝股线与空气隔绝，在铝股线表面不易生成氧化铝薄膜，所以当绝缘导线端部密封不好或绝缘层破损时，盐雾会渗入绝缘导线内，导致铝股线与水分子、发生化学反 应，生 成（）型 碱 式 氯 化 物 盐 和 氯 化 铝（），同时股线间、股线和镀锌钢芯间也会发生电化学反应，加速导线的腐蚀。图钢芯铝绞线截面示意图 电晕破坏与电痕破坏的机理因线路腐蚀，导线表面光滑度恶化，进而导致电场畸变，线路周围发生电晕放电，电晕放电将周围的空气电离，带电离子撞击导线绝缘层，同时电晕放电会产生高温，导线绝缘层在以上因素的影响下老化加速，绝缘材料脆化，表面出现麻点甚至凹坑，电场更加集中到麻点或凹坑处，使电晕放电更加频繁，最终导致绝缘层被击穿。这种因 为 电 晕 放 电 导 致 绝 缘 层 被 破 坏 的 现 象 即 为 电 晕破坏。复合绝缘子长时间运行，会在其表面积累污秽，在雨、雾等湿润的环境下，复合绝缘子表面的泄漏电流增大，在电流的焦耳热作用下，湿润污秽的水分蒸发，形成干燥带，在干燥带形成的瞬间达到放电条件时出现放电。反复放电会使复合绝缘子发生碳化或释放气体，导致复合绝缘子破坏。这种由泄漏电流引发复合材料碳化，并最终导致复合绝缘子被破坏的现象即为电痕破坏。绝缘导线在绑扎线处断裂分析运行中发现，绝缘导线与支撑绝缘子绑扎处容易发生腐蚀，此处的绝缘导线的绝缘层较线路其他部分容易发生破损和断线。支撑绝缘子与绝缘导线间的绑扎线如图所示，绝缘导线绑扎线处的等效模型如图所示。由电磁感应定律知：（）（）（）（）式中，为绝缘导线中的电流；为绑扎线两端感应的电动势；为绑扎线的等效阻抗；为绑扎线中感应的感应电流；为磁感应强度；为磁导率；为磁场强度；为时间。图绝缘导线扎线示意图图绝缘导线扎线处的等效模型式（）（）表明绝缘导线流过的交流电流会在绑扎线中产生感应电流，该感应电流与绝缘导线流过的电流成正相关。长期的焦耳热效应会加速绑扎线处的绝缘层老化，甚至破坏绑扎线处的绝缘层。支撑绝缘子处是线路对地距离最小的位置，此处的绝缘薄弱，雷击时更容易发生闪络，同时支撑绝缘子绑扎线处也更容易积累污垢，更容易发生电晕破坏和电痕破坏。线路因风的扰动发生摆动时，在绝缘子支撑处也容易发生机械磨损。导线腐蚀断线的实例及防治措施运行线路腐蚀情况照片如图所示。每年月，在沿海地区均会出现断线现象，断线经常发生在支撑绝缘子的附近。断线处绝缘层破损，会出现白色腐蚀产物，甚至在绝缘导线绝缘完好处也会出现，同时铝股线变脆，可以轻易折断，时而会出现镀锌钢芯被腐蚀的现象。雷击、电晕破坏、电痕破坏、海雾腐蚀、扎线感应电（下转第 页）系统解决方案电工技术 改进方案如图所示，将时间继电器 接点与就地分闸接点并联处断开，在 接点串联一个新增的三相不一致出口继电器，使就地分闸与三相不一致均单独具备出口继电器。将 三副常开接点串入分闸回路，并在其前串断路器三相常闭接点，对新增三相不一致出口继电器起防误动的作用。该改进方案可将就地分闸回路与三相不一致回路分开，使其相互独立。图共用出口继电器改进方案结语本文结合各类型断路器回路及实际改造工作，主要分析了断路器三相不一致与就地分闸共用出口继电器时的改进方案，直接在跳闸回路串联断路器常闭辅助接点虽然简单，但会影响就地分闸操作；在时间继电器接点回路串联断路器辅助接点虽然改进简单，但并未解决出口继电器误动及两个回路独立问题；实际改造过程推荐增加三相不一致出口继电器的方案，完善回路的同时也能可靠防止三相不一致出口继电器误动。参考文献 钱敏 高压断路器三相不一致保护改进及应用研究 广州：华南理工大学，秦川高压断路器非全相保护浅析四川电力技术，（）：包雪铭，吴刚，许洁一起断路器三相不一致保护误动事件的分析及改进 华东电力，（）：李显鹏，吴建伟，姜涛，等 一起三相不一致保护误动分析及其回路改进浙江电力，（）：叶炎锋一例 断路器三相不一致保护误动作问题分析机电信息，（）：赵倩雯一起三相不一致保护误动分析及其回路改进标准绿色环保建材，（）：（上接第 页）图现场运行线路的腐蚀和断线情况流热效应等都可以导致绝缘层破坏、导线腐蚀甚至断线。针对以上情况，在常规加强线路防雷措施的基础上，需要从以下几个方面进行预防：选择磁式绝缘子或易气化绝缘子，以降低电痕破坏概率；注意绑扎线工艺，尤其是绑扎线平行导线的圈数应为偶数或采用绝缘绑扎线，以降低绑扎线中的感应电流；在绝缘导线的端口处采取良好的密封措施，避免水汽等渗入绝缘导线；日常运维应重点检查支撑绝缘子附近的导线，查看导线是否变形、绝缘层是否破损、有无放电点等，并及时采取修补措施。结语 架空导线断线不仅会导致供电可靠性降低，同时因为目前的保护技术还无法可靠检测出断线故障，所以还存在较大的人身触电风险。通过分析沿海地区线路腐蚀机理和断线机理，总结出线路腐蚀、断线的原因，并从绝缘子材料选取、绑扎线施工工艺、绝缘导线的密封和日常运维等方面提出预防架空导线腐蚀、断线的措施，以供相关人员参考。参考文献 王茂成，吕永丽，邹洪英，等 绝缘导线雷击断线机理分析和防治措施高电压技术，（）：周刚，林德源，韩纪层，等 沿海及强台风环境下 配网架空绝缘导线的失效机理分析 腐蚀科学与防护技术，（）：张建堃，陈国宏，王家庆，等干湿 盐雾条件下钢芯铝绞（）导线腐蚀层结构及腐蚀机理 腐蚀与 防护，（）：田付强，彭潇耐电晕耐电痕化绝缘材料研究进展电工技术学报，（）：电工技术系统解决方案