0 引言

内蒙古电网输电线路大多经过草原辽阔、地势平坦区域，导线长期处于野外，受区域气候的影响经常发生小振幅、高频率的微风振动，如果导线的自阻尼不佳，易导致线路疲劳断股、金具损坏等严重故障，给电网的安全稳定运行带来极大威胁。

锡林郭勒电业局所辖的汗海—温都尔220 kV架空输电线路全长126.704 km，导线型号为2 × LGJ-240/30。架空地线由OPGW（架空光缆）、12.99km长的导体地线（LGJ-95/55）和113.715 km长的主体地线GJ-50（1×19-9.0）构成，其中原设计GJ-50型主体地线由19股直径为1.8 mm的单线绞制而成，公称抗拉强度1175 N/mm²。该线路自2004年建成投运后，先后发现架空地线断股56处。新建线路发生如此严重的线路断股故障，亟须开展试验分析工作，查找事故原因。

1 试验方法及步骤 1.1 自然条件影响情况

试验前对220 kV汗海—温都尔线路路径的地理环境、气候特征进行了调查，了解自然条件对线路的影响情况。

1.2 力学性能试验

参照YB/T 5004—2001 《镀锌钢绞线》要求^[1]，委托电力工业工程材料部件质量检验测试中心对主体地线GJ-50型镀锌钢绞线共21个试样进行了外观、力学性能等质量检测试验，试验所用仪器设备有：

（1）100 t卧式拉力试验机；

（2）标准测力仪；

（3）JR-19卷绕机；

（4）线材扭转试验机；

（5）WDS-100电子式万能试验机；

（6）外径千分尺；

（7）GB204电子天平等。

1.3 防振锤特性试验

为了解地线用防振锤的功率特性及其谐振频率，委托国家电网公司重点实验室——输电线路导线力学性能实验室，依据GB/T 2336—2000 《防振锤技术条件》 ^[2]对防振锤（性能参数见表 1）进行功率特性试验。试验过程中，防振锤被刚性地固定在D-800-3型电动振动台面上（示意图见图 1），通过施加正弦激振力，在恒速度条件下测定防振锤消耗功率的特性及谐振频率。防振锤线夹速度7.5 cm/s，试验频率范围5~60 Hz，扫频速度0.2 Hz/s，试验数据由频谱分析仪采集处理。

1.4 防振锤防振效果评估试验

在国家电网公司输电线路导线力学性能实验室，参照GB/T 2336—2000对220 kV汗海—温都尔线路的主体地线用防振锤进行了防振效果评估试验，以了解在设计条件下，安装1个防振锤和2个防振锤的防振效果（防振锤布置方式见图 2）。试验所用地线的运行张力及防振锤安装位置等参数均由锡林郭勒电业局提供，经过在实验室内模拟档上进行试验，规定技术条件为地线的耐张线夹出口及防振锤线夹夹固点的动弯应变小于200 με（单峰值）。

2 试验结果分析 2.1 自然条件的影响

导线微风振动的影响因素有很多，如导线的材料和直径、导线距地面的高度、平均运行应力（静态应力）、线路的档距等，但风速、风向以及线路所经地形、地貌特征的影响最明显^[3-6]。通过调查事故现场，发现该地区属于典型的内蒙古草原地形及风力气候特征，在年平均气温为14 ℃、最低气温为－ 38 ℃的环境下，线路长时间受到年平均速度为10 m/s的风力吹动，线路张力较大，如果导地线自身性能不佳、自阻尼特性不良会造成微风振动衰减不佳，极易导致线路疲劳断股。

2.2 力学性能试验结果及分析

表 2为GJ-50型镀锌钢绞线（1×19-9.0-1370-A）的检验结果。从表 2中可得出如下结论。

（1）单线直径、节径比与设计选型不符，镀锌不合格，其中内层节径比标准要求不大于14，而实测为16.2，误差竟达15.7%以上。外层实测节距比为13.3，按内外层实际节距比的差值计算，误差竟达21.8%。

（2）尽管实验室中钢绞线外观质量符合标准要求，但对现场断股地线进行外观检查时，发现外层节距明显大于两侧未断股的线段，说明原线材不仅存在节距比不合格问题，还存在绞制不均匀问题。

（3）大量试验和运行经验表明，抗拉强度较低的线材有较好的柔韧性，对动弯反应力不太敏感，对微风振动衰减有利，抗振性能较好，而高强度钢绞线的情况正好相反。因此，在线路微风振动容易发生的锡林郭勒地区，220 kV汗海-温都尔线路工程导线强度按1175 N/mm²设计较理想，但导线的实际试验强度为1370 N/mm²，虽然安全系数提高了16%，但疲劳极限随着抗拉强度的提高反而下降，地线耐振性能不理想，使得地线夹固点长期处于高应力状态，最终造成疲劳断线断股。

2.3 防振锤特性试验及分析

本试验采用的FG-50型防振锤均为对称的Stockbridge式防振锤，有2个谐振频率，在功率性曲线上的2个峰值所对应的频率即为2个谐振频率。处于振动状态的防振锤通过钢绞线的股间摩擦，会把振动导线的动能转化为热能，其能耗的大小与线夹振动速度有关，速度越大、能耗越多。当防振锤以恒定速度扫频振动时，在谐振频率下消耗的功率最大。谐振频率下的最大耗能与峰谷处最小耗能之比称为最大峰谷比，标准要求防振锤最大峰谷比不大于5。FG-50型防振锤的3个试件谐振频率值及谐振频率下的能耗水平见表 3（防振锤线夹速度7.5 cm/s）。

从表 3中可以算出，FG-50型防振锤3个试件中有2个谐振频率的分散范围分别为1.25 Hz和0.75 Hz，功率特性曲线上最大峰谷比均小于5（标准要求），2个谐振频率下能耗的分散性分别为±14.93%和±8.59%，均符合标准要求。

2.4 振动疲劳试验前、后防振锤功率特性比较

1—3号防振锤疲劳试验前、后的功率特性比较结果见表 4。从表 4中可知，1号、2号和3号防振锤疲劳试验前、后的2次功率特性结果均合格。

2.5 防振锤防振效果评估试验及分析

图 3、图 4分别为安装1个和2个防振锤的试验结果。

图 3中1个防振锤的防振效果评估试验数据表明，设计档距为150 m，档端各安装1个防振锤时，试验频率范围内的风能功率超过了试验功率，不符合标准要求；图 4中2个防振锤的防振效果评估试验数据表明，设计档距为300 m，档端各安装2个防振锤时，试验频率范围内的风能功率也超过了试验功率，同样不符合标准要求。

3 试验结论

综合分析各项试验结果得出以下结论。

（1）地线本身质量不合格，单线直径和节距比与设计选型不符，镀锌不合格，且绞制不均匀。

（2）地线实际强度等级较设计强度等级高，设计强度等级应按1175 N/mm²，而实际强度等级为1370 N/mm²，导致导线的抗振性能降低。

（3）地线用防振锤功率特性各项指标均符合GB/T 2336—2000标准的要求。

（4）防振锤的防振效果评估试验表明，试验频率范围内风能功率超过试验功率，不符合GB/T 2336—2000标准的要求。

综上所述，锡林郭勒电业局220 kV汗海—温都尔架空地线断股故障的主要原因为钢绞线质量不合格，以及GJ-50镀锌钢绞线强度等级不符合设计要求。该地线在运行过程中本身已存在较大张力，当线路发生微风振动时，防振锤不能有效消耗风输入至线路的能量，使得地线最终疲劳断股。通过将该线路更换为合格线材后，线路运行至今再未发现地线断股现象。

4 结语

输电线路架空地线的多起断股案例表明，在考虑线路的防振性能时，仅强调防振器的类型及其配置方式是远远不够的，还应重视地线自身的质量问题。如果线材本身质量不合格，单股线的受力过大，或因捻制不规范而造成自阻尼消失，则无论采取何种防振措施都无法起到作用。因此，建议在线路建设过程中，不仅要结合该地区的特殊地理环境和气候特征采取相应防振措施，尽量减小线路运行张力，还要严格保证线材质量，使导线规格、型号等均符合工程设计和相关标准要求，从根本上达到防止线路损坏的目的。