高压架空输电线路锈蚀地线力学性能分析_卢银炜.pdf
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1、第 卷第 期红水河 年 月 高压架空输电线路锈蚀地线力学性能分析卢银炜,赵 港,韦佩才,曾伟超,李明骏,黄金领(中国南方电网有限责任公司超高压输电公司南宁局,广西 南宁)摘 要:为探析高压架空输电线路锈蚀地线在运行中及张力更换时发生断线的主要力学因素,笔者采用钢绞线拉伸试验、钢绞线拆股钢丝三点弯曲试验、拆股钢绞线预张扭转试验、钢绞线金相观察等对锈蚀架空地线进行力学分析。试验结果表明:长期投运的架空地线会发生蠕变和锈蚀,蠕变和锈蚀对钢绞线的抗拉强度影响不明显,但对钢绞线的塑性性能影响显著;钢绞线产生的锈蚀和蠕变显著影响其塑性力学性能,这是地线在运行中及张力更换时发生断裂掉线的最主要原因。该研究成
2、果可为高压架空输电线路锈蚀地线的运维策略制定以及更换方法选择提供理论指导。关键词:高压架空输电线路;锈蚀;架空地线;力学性能中图分类号:文献标志码:文章编号:():开放科学(资源服务)标识码():,(,):,:;引言架空地线是指在高压和超高压线路上直接与大地连通的导线,架空地线又称避雷线。由于架空地线对导线的屏蔽,以及导线、架空地线间的耦合作用,从而减少了雷电直击导线的机会。当雷直击杆塔时,雷电流可以通过架空地线进行分流,提高耐雷水平,因此,架空地线具有显著的防雷作用。高压架空地线是裸露的导线,长期暴露在空气中,受到大气中的水分、腐蚀气体、盐类物质的作用,其表面逐渐发生腐蚀,并且随着投运时间的
3、增加,腐蚀越来越严重,造成架空地线的力学性 收稿日期:;修回日期:作者简介:卢银炜(),男(壮族),广西南宁人,助理工程师,学士,主要从事输电线路的维护和检修工作。:。通信作者:黄金领(),男(壮族),广西河池人,高级工程师,学士,主要从事输电线路的维护和检修工作。:。红水河 年第 期能发生变化,在运行中可能发生断裂掉线或在更换过程中受到外力作用发生断线。年,中国南方电网超高压输电公司在开展某 直流线 号 号放线段左架空地线更换过程中,旧地线在牵引机轮盘内突然发生断裂,回抽坠落割断 号 号封网绳后,掉落至下方 的带电线路上,造成该线路停运并引发山火。此事故虽未造成人员伤亡,但带来了巨大的经济损
4、失,造成了一定的社会影响。中国南方电网公司对此事故调查后发现造成事故的主要原因是旧地线长期受到腐蚀,其力学性能发生显著的变化,在牵引机的作用下产生扭力,使得锈蚀地线发生脆断。国内不少学者对地线断裂进行了一系列的相关研究:黄金领等通过对旧地线的机械性能试验数据、断口特征、扭矩计算、档中扭转录像、过滑车扭转录像以及牵引轮盘内扭转的综合分析,发现旧地线张力更换断裂的主要原因是因抗扭、抗弯折等塑性性能严重下降,但该研究是通过综合分析来判断旧地线张力更换断裂的主要原因,变量较多,没有针对性地单独对力学性能方面进行深入的研究;张明等通过对架空地线腐蚀断裂试样进行形貌观察、射线衍射分析和扫描电镜分析,结果显
5、示空气中的 是关键因素,与钢绞线产生的化学反应造成镀锌地线的腐蚀加速至断裂,该研究是针对空气中的气体影响因素,也没有对内在的力学性能变化进行相应的研究。针对目前锈蚀地线在运行和张力更换中遇到的状况,本文通过钢绞线拉伸试验、钢绞线拆股钢丝三点弯曲试验、拆股钢绞线预张扭转试验、钢绞线金相观察,得出锈蚀地线的最大荷载、最大弯曲度、扭转圈数等,从而对锈蚀架空地线进行力学分析,研究其受影响最大的力学性能,为高压架空输电线路锈蚀地线的运维策略制定以及更换方法选择提供理论指导,防止架空地线发生断裂掉线现象。钢绞线拉伸试验为使试验数据准确、真实,该试验采用旧、新地线进行对比分析,旧地线选自断线事故现场投运了
6、的 锈蚀架空地线,新地线选取全新的 钢绞线。)整股钢绞线拉伸试验。新、旧地线样品均分为 组,在试验机的拉力作用下,新、旧地线分别得到了 组试验数据。测试数据表明,旧钢绞线的平均破断拉力为 ,新钢绞线的平均破断拉力为。旧、新钢绞线的破断拉力相差。)拆股钢丝拉伸试验。旧钢绞线外层钢丝选取 件样品,钢芯选取 件样品,经过试验得到 组数据(见表)。经过对表 的数据进行分析,结果显示,旧钢绞线拆股外围钢丝的平均抗拉强度为 ,芯线的平均抗拉强度为 ,两者相差,表明外侧钢绞线的抗拉强度有所降低。由于新钢绞线表面有较厚的镀锌层,影响钢丝的夹紧,无法测试其拆股钢丝的抗拉强度,因此,根据中华人民共和国工业和信息化
7、部发布的 镀锌钢绞线的规定,拆股钢丝的抗拉强度为 ,钢绞线破断拉力为。经对比,旧钢绞线外层钢丝的抗拉强度降低了,芯线的抗拉强度没有降低,旧钢绞线的破断拉力仍然满足使用要求。分析钢绞线拉伸试验得到的数据表明,钢绞线在投运 后,虽然其抗拉强度有所下降,但是下降较为细微,变量可忽略不计。由此可见,长时间服役的钢绞线产生的腐蚀和蠕变没有显著影响到钢绞线的抗拉强度。拆股钢绞线三点弯曲试验该试验将新、旧地线拆股成单根钢丝,选取新地线 件样品,旧地线 件样品,在 三点弯曲强度试验机的作用下得到 组数据(见表),三表 旧钢绞线拆股钢丝拉伸试验数据表试样编号直径 原始标距 面积 最大力 抗拉强度 备注 号 外层
8、钢绞线 号 外层钢绞线 号 外层钢绞线 号 外层钢绞线 号 外层钢绞线 号 外层钢绞线 号 外层钢绞线芯 号 钢芯芯 号 钢芯芯 号 钢芯卢银炜,赵 港,韦佩才,等:高压架空输电线路锈蚀地线力学性能分析点弯曲试验曲线见图、图。材料弯曲试验是测定材料承受弯曲载荷时的力学特性试验,主要用于测定脆性和低塑性材料的抗弯强度,并能反映塑性指标的挠度以及检查材料的表面质量。送检的钢绞线已经服役了 ,钢绞线受到重力和风载作用会发生缓慢的蠕变,材料的塑性将持续劣化,通过弯曲试验可以检验其延展性、均匀性展性和均匀性,测定材料的塑性形变。依据 金属材料 弯曲试验方法,采用三点弯曲试验方法测定钢绞线的抗弯能力。测试
9、结果表明,旧钢绞线钢丝的平均弯曲角度仅为,新钢绞线在弯曲过程中均未发生断裂。由此说明,旧钢绞线经过 的使用,由于材料的蠕变和表面腐蚀显著影响到材料的塑性变形能力。表 三点弯曲试验数据表试样编号最大荷载值 直径 跨距 最大位移 最大弯曲角度()断裂与否旧钢绞线 断裂 断裂 断裂 断裂 断裂新钢绞线 未断裂 未断裂 未断裂图 旧钢绞线三点弯曲试验曲线图 新钢绞线三点弯曲试验曲线 拆股钢绞线预张扭转试验该试验选取的试样:旧钢绞线内层单股试样,旧钢绞线外层单股试样、试样、试样,新钢绞线外层单股试样。在线材卷绕扭转试验机的作用下得到 组试验数据(见表)。扭转试验是测定材料抵抗扭矩作用的一种表 拆股钢绞线
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