架空地线断股损伤及防范措施分析

张 鹏，周胜堃，郑 哲

(1.内蒙古电力(集团)有限责任公司包头供电局，内蒙古 包头 014030；2.华北电力大学能源动力与机械工程学院，河北 保定 071003)

0 引言

架空输电线路作为我国电网系统的重要组成部分，大多建设在空旷的野外，极易受到外界因素的影响。内蒙古地区幅员辽阔，地势平坦，受其独特地域环境的影响，架空线路经常发生小幅高频的微风振动，导致线路疲劳断股，对内蒙古电网的安全稳定带来极大的威胁。

自第一条输电线路架设以来，其断股损伤问题一直是研究的重点。国内外学者对导线疲劳断股损伤展开了大量研究，然而关于架空线路的断股研究大多集中在导线问题上。

实际上，输电地线的张力大、弧垂小，其疲劳断股失效相较导线问题更为严重。另外，地线为保护输电线路免受雷击侵害更易发生雷击断股损伤。架空地线发生断股损伤同样会对电网系统产生重大影响，因此开展地线断股损伤及防范措施的研究是十分必要的。

以下从架空地线的断股损伤机理出发，结合实际地线损伤情况，分析断股原因并提出防范措施，从而为预防架空地线的断股损伤提供一定参考。

1 断股损伤机理

1.1 疲劳断股

微风振动又被称为涡激振动，是引起架空地线疲劳断股损伤的主要原因。当较为稳定的微风经过圆截面地线时，在地线背风侧会产生成相对的、上下交替排列的、与旋转方向相反的气流旋涡，即卡门旋涡，又称卡门涡街。卡门漩涡的交替脱落会对架空地线产生周期性的交替作用力，当其频率与架空地线的固有频率接近或相同时，会使架空地线产生强烈的共振现象，发生小幅高频的微风振动。

锁定效应是导致架空地线发生长时间微风振动的主要原因。锁定效应是指当风速在一定范围内变化时，地线的振动频率和卡门漩涡的频率保持锁定，使地线长时间处于稳定的共振状态，加剧其疲劳损伤。因此，采取有效的措施抑制微风振动是减缓架空地线疲劳断股损伤的主要方法。

1.2 熔融断股

架空地线与悬垂线夹的接触部分是线路安全的薄弱环节，特别是雷电流及短路电流极易造成悬垂线夹内地线的熔融断股损伤。架空地线遭受雷击或发生短路时，瞬时大电流会流经架空地线与悬垂线夹的接触部分，使局部产生高温导致地线局部熔蚀或完全熔断，再加上地线受到张力作用极易产生断股损伤。雷电流和短路电流导致地线熔融断股的几率较低，但一旦发生就会造成同杆架设的多回线路同时跳闸停电等安全事故，因此采取有效措施避免地线熔融断股很有必要。

2 断股损伤情况

内蒙古电力公司某架空线路在实际运行中地线发生了断股损伤。现场检查架空地线断开处附近存在明显的开裂现象，说明地线断线前经历了长时间的疲劳损伤累积，多处存在的裂纹严重降低了地线的抗拉性能，导致地线断裂。

悬垂线夹与地线接触部分存在明显的熔融现象，从熔融蚀口可以看出存在明显放电熔融的痕迹。放电时产生的瞬时大电流流经钢绞线与悬垂线夹接触部分产生局部高温，导致钢绞线局部熔融断股。

3 防范措施

检查发现架空地线同时存在疲劳断股和熔融断股现象，为保证电网安全稳定运行，有必要采取以下措施减缓甚至避免地线断股的发生。

(1) 安装防振锤。确定合适的防振锤型号、安装位置以及安装数量，以达到最好的防振效果。该方法可有效抑制导地线微风振动现象，国内外已有数十年的成功应用经验。

(2) 改进防振锤结构。防振锤结构改进从理论到实际应用难度较大、周期较长，某一种结构的适用条件局限性较大，因此改进防振锤结构的技术难度和局限性较大。

(3) 架空地线设计考虑最佳地形。选择输电路线时尽可能避开可能发生微风振动的地形区域，不能避开时尽量保证线路走向与风向一致或接近，以避免微风振动的发生；考虑线路所在的气象条件及地形地貌，结合历史雷击活动情况，选择耐雷水平较高的架空地线；对于雷击活动频繁的地区加装避雷器，以避免雷击电流对地线造成损伤。

(4) 加强架空线路运维巡检。应定期进行线路的巡检，做好地线及悬垂线夹的检查工作。使用巡检无人机拍摄高清地线及悬垂线夹图像，仔细查看是否存在裂纹、局部熔融及断股情况，如有此类情况应及时修补、更换地线和配套悬垂线夹。

4 结论

微风振动引起疲劳断股是架空地线断股损伤的主要原因，雷电流引起的熔融断股虽然几率不高，但一旦发生，危害极大。因此，对地线的断股损伤及防范措施展开研究具有重要意义，相关的防范措施可有效减缓甚至避免地线断股的发生。