1. 隱患排查
(1)根據(jù)電網(wǎng)風區(qū)分布圖，結合線路設計氣象條件，排查出線路風害嚴重區(qū)段。
(2)收集線路技術參數(shù)(如下表)，對絕緣子和金具強度進行核算。排查校核結果不滿足要求的絕緣子和金具。
表 絕緣子機械電氣特性
表 絕緣子和金具機械強度的最低安全系數(shù)
(3)排查絕緣子串型等是否滿足風偏設計要求;金具種類的選用應考慮整串受力合理。
(4)結合線路運行經(jīng)驗，重點對以下情況進行排查：
1)加強大風惡劣天氣后的輸電線路絕緣子和金具的檢查;加強巡視檢查，定期抽查不同地區(qū)、不同環(huán)境運行中的絕緣子，對其進行拉力、電氣性能和絕緣老化試驗。
2)風振嚴重區(qū)域的導地線線夾、防振錘和間隔棒是否選用加強型金具或預絞式金具。
3)排查按照承受靜態(tài)拉伸載荷設計的絕緣子和金具，應避免在實際運行中承受彎曲、扭轉載荷、壓縮載荷和交變機械載荷而導致斷裂故障。
4)加強對導、地線懸垂線夾承重軸磨損情況的檢查，導地線振動嚴重區(qū)段應按2年周期打開檢查，磨損嚴重的應予更換。
5)應認真檢查鎖緊銷的運行狀況，特別應加強V串復合絕緣子鎖緊銷的檢查。
6)加強復合絕緣子護套和端部金具連接部位的檢查，端部密封破損及護套嚴重損壞的復合絕緣子應及時更換。
7)檢查強風區(qū)復合絕緣子的選型是否合理。
2. 強度校核
2.1懸垂串的強度校核
懸垂串在線路正常運行時，主要承受垂直線路方向荷載;在斷線時，還要承受斷線拉力。
一般地區(qū)：每一懸垂串的絕緣子片數(shù)按下式計算。
n≥αUe/h
式中：
Ue---額定電壓(kV);
h---單個絕緣子的爬電距離(cm);
α---爬電比距，cm/kV。按高壓架空線路污穢分級標準選取。
海拔高度1000m～3500m的地區(qū)：懸垂串的絕緣子數(shù)量按式下式計算。
n′=n[1+0.1(H-1)]
式中：
H---海拔高度(m);
n---般地區(qū)的絕緣子數(shù)量絕緣子串的安全系數(shù)和聯(lián)數(shù)。
1)安全系數(shù)：不應小于《表 絕緣子和金具機械強度的最低安全系數(shù)》所列數(shù)值。瓷質盤形絕緣子尚應滿足正常運行情況、常年荷載狀態(tài)下安全系數(shù)不小于4.5常年荷載是指年平均氣溫下絕緣子所受的荷載。
2)允許荷載：在常年、斷線、斷聯(lián)情況下，絕緣子的相應最大允許使用荷載[TJ]，可按下式計算：
[TJ]=TJ/K
式中：
TJ-絕緣子的額定機電破壞負荷(kN);
K-絕緣子的機械強度安全系數(shù)。
采取雙聯(lián)和多聯(lián)解決。所需絕緣子的聯(lián)數(shù)可根據(jù)其所受最大荷載確定，即：
N≥G/[TJ]
式中：
G-絕緣子承受的最大荷載(kN)。
雙聯(lián)及以上的多聯(lián)絕緣子串應驗算斷一聯(lián)后的機械強度。
在重要跨越處：如鐵路、高等級公路和高速公路、通航河流以及人口密集地區(qū)，懸垂串宜采用獨立掛點的雙聯(lián)懸垂絕緣子串結構。
在山區(qū)線路中，由于地勢起伏高差大，垂直檔距往往大于水平檔距較多，會出現(xiàn)垂直荷載超過絕緣子串允許荷載的情況，必須對絕緣子串所受荷載進行校核。當最大弧垂發(fā)生在最大垂直比載時，懸垂串允許機電荷載相應的垂直檔距為
式中：
Q---金具覆冰后總重量;
A---架空線的截面積;
γ3---架空線的覆冰無風比載;
WJ---絕緣子的允許機電荷載;
GJ---單片絕緣子覆冰后的重量。
只要桿塔垂直檔距不大于上式的計算值，懸垂串的機電強度就能滿足要求。
2.2耐張絕緣子串強度校核
架空線懸掛點的最大張力不應大于耐張絕緣子串的允許荷載，否則需要增加耐張串聯(lián)數(shù)或改用較大噸位的絕緣子，或者放松該耐張段的架空線以降低張力。
圖 耐張串的幾種組裝方式
2.3懸垂線夾的強度校核
懸垂線夾在線路正常運行情況下，主要承受由導線的垂直載荷和水平載荷組成的總載荷。懸垂線夾應在導線最大載荷情況下滿足一定的安全系數(shù)K：
K=Tb/T≥2.5
式中：
T—導線最大荷載(kN);
Tb-懸垂線夾的破壞載荷(kN)。
3. 金具斷裂治理
3.1故障概況
3.1.1 設備概述
220kVXX線于20XX年XX月XX日投運，由220kVXX變至220kVXX變，線路長度25.11公里，全線66基鐵塔，1號至40號與220kVX線同塔架設，41號至66號與XX線同塔架設，線路全線位于XX縣“三十里”風區(qū)，設計最大風速38m/s。線路42號-66號塔所在區(qū)域主導風向為西北風，與線路方向夾角約60度。其中32#-61#塔區(qū)段位置為山谷。
3.1.2 故障信息
2014年6月1日06時15分， 220kVXX變220kVXX線光纖差動保護、距離I段保護動作跳閘，試送不成功。220kVXX變檢查測距18.67公里，故障相別A、C相，試送不成功測距24.3公里，故障相別A、C相;小草湖變側檢查為A、B通道差動動作，距離I段動作，A、C相故障;保護裝置測距6.09公里，故障錄波器測距5.93公里。
3.1.3 故障原因
XX公司接到跳閘通知后，第一時間組織人員開展事故巡視，同時協(xié)調搶修人員、材料做好搶修準備。由于大風高速公路關閉原因，故障巡視人員迂回其他路線于12時13分左右在到達220kVXX線現(xiàn)場，經(jīng)巡線后發(fā)現(xiàn)，220kVXX線55號塔C相導線復合絕緣子橫擔側脫開，C相導線脫落，由于C相導線下方有防風側拉，脫落的導線懸掛于A相橫擔之間，造成AC相相間短路，引起線路跳閘。經(jīng)檢修公司輸電專業(yè)進行全線巡視，確認線路無其他問題。
當日風力減弱后，輸電專業(yè)立即組織對線路故障進行搶修，6月1日19時51分，故障處理完畢，線路恢復送電。
圖 故障現(xiàn)場設備狀態(tài)
3.2故障分析
220kVXX線55號桿塔地處小草湖風區(qū)，根據(jù)220kV順園線39號塔(與XX線39號同塔)微氣象在線監(jiān)測裝置(距離跳閘點6公里)傳回的數(shù)據(jù)顯示，跳閘前的5月31日白天出現(xiàn)了持續(xù)40 m/s左右的極大風速，在14時45分出現(xiàn)了極值44.3m/s。大風引起球頭掛環(huán)的荷載加重，最終導致55號塔C相復合絕緣子橫擔側QP-10型球頭掛環(huán)斷裂，C相導線脫落，脫落的導線被防風側拉串懸吊于A相橫擔，造成A、C相短路，引起線路跳閘，當時極大風速為26 m/s。事件控制得當，未發(fā)生擴大現(xiàn)象。現(xiàn)場處置完畢后，對同批次掛網(wǎng)運行的QP-10球頭掛環(huán)進行了抽取送檢工作，狀態(tài)評價中心對事故線路球頭掛環(huán)斷裂原因進行了分析，具體分析如下。
3.2.1 荷載試驗分析
對球頭掛環(huán)進行了額定荷載、破壞荷載2種試驗。額定荷載試驗100kN，1min，通過;破壞荷載要求大于120kN，試驗荷載加到140.8kN，金具損壞，從球頭根部斷裂，見下圖。從荷載試驗看，產品質量不存在問題。
圖 破壞荷載試驗(破壞值140.8kN)
圖 破壞荷載試驗后球頭掛環(huán)
3.2.2 氣象參數(shù)分析
分析220kVXX線1年多微氣象監(jiān)測參數(shù)，可以看出在5月20日起該地區(qū)既有持續(xù)強風，持續(xù)時間達4-5天，最大風速32.70 m/s，極大風速達到44.30 m/s(見下圖)。從5月31日起XX地區(qū)又經(jīng)歷了一場大風沙塵天氣的襲擊，在2014年5月31日14時45分左右，風力達到最大值(見下表)。
表 5月31日微氣象裝置的大風監(jiān)測數(shù)據(jù)
|
監(jiān)測時間 |
十分鐘平均風向（°） |
氣溫（℃） |
標準風速（m/s） |
最大風速（m/s） |
極大風速（m/s） |
十分鐘平均風速（m/s） |
|
2014-05-31 14:45 |
45 |
19.2 |
32.7 |
32.7 |
44.3 |
31.6 |
圖 微氣象監(jiān)測到的氣象數(shù)據(jù)
從氣象數(shù)據(jù)分析，該線路常年承受一定頻率的風速較大的風力作用，且風力方向較為一致，導致球頭掛環(huán)一面磨損，而另一面基本無磨損(見下圖)，導致球頭掛環(huán)長期疲勞磨損。
圖 球頭掛環(huán)一側磨損嚴重
3.2.3 受力分析
外部信息主要包括政府相關合作部門提供的隱患信息，以及企業(yè)、群眾舉報、95598熱線等社會來源信息。
線路運檢單位針對以上兩種外力破壞隱患信息，及時組織人員開展現(xiàn)場勘察核實，迅速處置、上報、反饋和記錄;對可能危及輸電線路安全運行的外力破壞隱患，建立檔案并定期持續(xù)觀察。
3.2.3.1 垂直荷載
T=(M1+M2 )×g
=(1058×0.38×2+2×13.2)×9.8
=8134.7N
單聯(lián)受力
T1=0.7T=5694.29N
球頭掛環(huán)安全系數(shù)：
K=[T3/T1 =17.6
3.2.3.2 大風條件下球頭受力分析
大風情況下受力分析圖見下圖。
圖 大風條件下球頭掛環(huán)受力分析
垂直于導線方向風荷載：
Fd=αKhμscSW0 sin2φ
= 30.74kN
作用于單聯(lián)球頭掛環(huán)水平荷載約為0.7·Fd=21.5kN
絕緣子風荷載：
Fj=9.80665A2/ 16=764.4N
絕緣子風荷載較小可忽略。
風荷載受力滿足要求。
3.2.3.3 球頭掛環(huán)球徑荷載
球頭掛環(huán)的腳球在絕緣子帽窩里的轉動是有限度的，據(jù)國際電工委員會IEC標準刊物120第二版《絕緣子串元件的球窩連接尺寸》附錄A介紹球頭掛環(huán)腳球在帽窩中的傾斜角β應不大于9.5°。很明顯，若β>9.5°，腳頸則受蹩于A點，這也是XX線55號塔球頭掛環(huán)從球徑根部受蹩斷裂的原因(參見下圖)。
圖 球頭掛環(huán)在球窩內傾斜位置
QP-10抗拉強度568.4N/mm2，球頭掛環(huán)頸部直徑17mm，腳徑受蹩距離長度9.5mm。
球徑能承受的荷載
P≤σ彎·[σ]
其中σ彎=Mmax/W，[σ]材料許用應力。
P≤0.1×17×17×17×0.4×568.4/9.5=11.8kN
實際上，懸垂絕緣子在風力作用下，整串擺動并非理想狀態(tài)，受連接環(huán)節(jié)約束，球頭受蹩時常發(fā)生。發(fā)生掉串的55號塔，在風力大于40 m/s時，橫向風荷載達到21.5kN，遠大于球徑承受的荷載。
3.2.3.4 分析結果
該球頭掛環(huán)斷口外觀看為明顯的疲勞斷裂，斷口為3個區(qū)域，第一個為紋裂源區(qū);第二個為疲勞擴展區(qū)，顏色較深，表面較平滑，有明顯的貝殼紋，此處裂紋擴展速度明顯加快;第三區(qū)域為瞬時斷裂區(qū)，顏色較新，表面粗糙，有明顯的金屬顆粒，為疲勞裂紋的失穩(wěn)擴展區(qū)。斷口裂紋源附近外觀幾何形狀不平穩(wěn)，有幾何凸起，容易形成較大的應力集中(見下圖)。
圖 球頭掛環(huán)斷裂面
圖 球頭掛環(huán)受持續(xù)一個方面風力作用
球頭掛環(huán)長時間承受不規(guī)則的交變荷載作用，盡管交變應力低于材料本身的極限強度，但它長時間作用造成疲勞損傷，再加上該地區(qū)條件惡劣，破壞速度加快，使用壽命縮短。當相當大的交變應力多次反復作用，球頭腳頸開始有極細微的裂紋產生，發(fā)展成裂縫，裂縫不斷發(fā)展，向構件內部延伸，最后在一個較大的不均勻風荷載作用下，導致斷裂。
結合荷載試驗、氣象分析、受力分析，判斷為球頭掛環(huán)在強風下擺動，大風引起的金具疲勞損傷，導致斷裂。
事后，結合220kVXX線路大風區(qū)段桿塔金具進行排查具體排查結果如下表所示：
表 桿塔QP-10型金具排查結果
由上表可見QP-10型金具發(fā)生疲勞損傷的桿塔為32#-57#塔，該區(qū)段鐵塔所處位置為均為山谷。對金具放生疲勞損傷的桿塔，需進行治理。
3.3治理方案
3.3.1 治理方案
對于需要進行金具更換的鐵塔，保證線路的供電可靠性，采用帶電作業(yè)的方式將原來的QP-10型球頭掛環(huán)更換成安全系數(shù)增大的QP-12型。治理方案見下表。
表 金具更換明細
3.3.2 預防措施
1)針對風區(qū)線路，在設計評審等前期工作中積極提供運行建議，今后大風區(qū)段新建線路需考慮采用加強型金具，提高線路抗風能力。
2)嚴把驗收質量關。做好新投運線路金具檢查校核工作，嚴格按照設備施工工藝要求，排查設備施工質量。
3)加強線路特殊巡視和登塔檢修頻次，重點檢查導線金具的磨損及表面裂紋情況，開展周期性逐基登塔檢查工作，發(fā)現(xiàn)裂紋金具及時更換。
3)球頭掛環(huán)斷裂處于絕緣子碗頭內，線路巡視和登桿檢查均無法看到。今后將每過五年進行一次抽樣檢查，檢查金具完好程度，積累運行經(jīng)驗，決定更換周期。
3.4治理效果
對線路大風區(qū)段更換的金具進行跟蹤檢查，制定了定期登塔檢查計劃。
(1)金具掛網(wǎng)運行1個月后進行了登塔檢查，檢查結果見下表。
表 金具運行1個月后的登塔檢查結果
掛網(wǎng)運行第1個月后，登塔檢查未發(fā)現(xiàn)磨損情況，運行情況良好。
(2)結合第一次檢查結果，將第二次登塔檢查日期調整為掛網(wǎng)運行第3個月后，檢查結果見下表。
表 金具運行3個月后的登塔檢查結果
掛網(wǎng)運行第3個月后，登塔檢查未發(fā)現(xiàn)磨損情況，運行情況良好。
(3)結合第二次檢查結果，將第三次登塔檢查日期調整為掛網(wǎng)運行第1個風季后，檢查結果見下表。
表 1個風季后的登塔檢查結果
掛網(wǎng)運行第1個風季后，登塔檢查未發(fā)現(xiàn)磨損情況，運行情況良好。
(4)評估結果
通過以上幾次的登塔檢查結果來看，更換后的金具運行情況良好，未發(fā)現(xiàn)金具磨損情況，更換后的線路金具評估正常。
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