0 引言

架空绝缘导线的应用解决了配电网的走廊和安全问题，减少了树木、鸟类、积雪等外部原因引起的架空配电线路故障，有效提高了供电可靠性，被广泛应用在大规模的城乡电网改造升级当中^[1-3]。绝缘导线的可靠性对于配电网的安全稳定具有重要意义。配电网用绝缘导线的失效形式主要以雷击断线为主^[4-6]，在我国南方和北方均发生过多起绝缘导线遭受雷击导致断线的配电网事故。据分析，架空绝缘导线的雷击断线率高达96.8%^[7-11]，而由其他失效形式导致的断线故障却鲜有报道。

内蒙古电力（集团）有限责任公司所辖的一条10 kV架空绝缘配电线路在使用过程中频繁发生断线故障。线路于2015年农网改造工程中更换为绝缘导线，2018年12月至2019年12月期间，该线路T接某线058号杆及143号杆处累计发生7次断线，且全部为L2相导线，给线路的安全运行带来了极大的威胁。从断线现场情况看，历次断线均发生于秋季入冬的冷暖交替季节，有较为明显的降温，天气晴朗，风力3—4级，地形为空旷的戈壁滩。由此可以排除雷击引起断线的可能性。

本文对该10 kV配电线路架空绝缘导线频繁断线原因进行分析，总结出引发绝缘导线断线的另一种失效形式，并提出针对性建议。

1 绝缘导线断线试验分析 1.1 宏观分析

断裂绝缘导线为架空交联聚乙烯铝芯电缆，型号为JKLYJ，导体部分共有19根铝单丝，外部包覆聚乙烯绝缘层。几次断线部位均为线路T接杆塔上夹持金具的边缘部位，如图 1所示。

从绝缘导线的断口形态看，芯部导体部分的19根铝单丝中有9根铝单丝的断口为未见明显塑性变形的脆性断裂，且分别呈正断、45°断和“V”形断三种断口形貌。其他10根铝单丝的断口则呈典型过载造成的塑性拉伸断裂特征，有明显颈缩现象。此外，在部分铝单丝的断口处可观察到明显的电弧灼伤痕迹，在外层绝缘层上也存在明显的电弧灼烧形成的孔洞，如图 2所示。

1.2 断口SEM分析

扫描电子显微镜（SEM）检测结果显示，绝缘导线导体中各铝单丝的断口主要呈两种形态，一种形态为9根呈脆性断裂的铝单丝，其断口上均有部分区域呈典型的疲劳断裂形貌特征，可以观察到明显的疲劳条带；另一种形态为其余10根具有明显颈缩的铝单丝的断口呈典型的韧性断裂特征，断口上可观察到大量的等轴状韧窝，绝缘导线断口各部位SEM形貌如图 3所示。

1.3 化学成分测试

对断裂绝缘导线的导体铝单丝进行化学成分测试。结果显示，导体用铝单丝的化学成分中铝（Al）元素的质量分数为99.6%，符合标准GB/T17048—2017《架空绞线用硬铝线》对硬铝线中铝的质量分数不小于99.5%的要求^[12]。

1.4 DR透视检测

DR测试结果显示，在绝缘导线的铝导体及绝缘层部分均未见明显的结构性缺陷。导线缠绕状态良好，未见断股及毛刺等缺陷；绝缘层较为均匀，未见气孔及开裂等缺陷，绝缘导线的DR透视图如图 4所示。

1.5 显微组织分析

在绝缘导线近断口处的铝芯导体上取样进行金相显微组织检测，如图 5所示。由图 5可以看出，铝芯导体纵向截面的组织为纤维状的单相α相，未见回复及再结晶组织，未见明显的夹杂物缺陷存在；横断面的组织则为等轴状的单相α相，未见明显异常。

1.6 机械性能分析

对断裂的架空绝缘导线截取试样分别进行芯部导体铝单丝的强度和韧性测试及导线整体的强度测试，测试结果如表 1和图 6所示。由测试结果可知，芯部导体铝单丝的抗拉强度低于标准GB/T 17048—2017《架空绞线用硬铝线》的要求^[12]，卷绕试验未见铝单丝断裂或开裂。整根绝缘导线的拉断力也低于标准GB/T 14049—2008《额定电压10 kV架空绝缘电缆》的要求^[13]。

2 断裂原因分析

历次导线断裂均发生于线路T接杆塔上L2相导线的夹持金具边缘。绝缘导线芯部铝导体的19根铝单丝中有9根的断口为疲劳开裂引发的脆性断裂，各疲劳断口的疲劳源均位于铝单丝之间接触的、且存在挤压变形形貌的表面。从裂纹扩展区的疲劳条带形貌看（图 3），各疲劳条带间的间距细小、疲劳条带数量较多，说明形成疲劳损伤振动源的振动幅值小、循环次数多，结合断线均发生于风力3— 4级的晴好天气，且周围地势平坦的特点，绝缘导线的断线符合架空导线微动疲劳断裂的特征^[14-16]。

从现场勘查情况看，L2相导线的弧垂较L1相和L3相小，说明L2相导线的张紧程度较高。导线紧张程度高，会增大铝单丝之间的接触压力（法向载荷P）。研究认为，导线的疲劳寿命随P的增大而下降，在较低的P下微动疲劳寿命几乎不受影响，当P达到一定值后疲劳寿命急剧下降^[17-23]。这也是L2相导线频繁断线的主要原因。

绝缘导线铝单丝强度和整体拉断力的不足，会在一定程度上降低材料的疲劳强度，同时也会加速导线疲劳断裂的进程。绝缘导线绝缘层及铝导体断口部位的电弧灼伤形貌则是在导线断裂过程中形成的断开电弧烧灼所致。

3 结论及防治建议

通过以上分析可知，该10 kV线路架空绝缘导线频繁发生断线的主要原因为：导线在运行过程中受微风振动的作用，在杆塔上的夹持金具边缘发生微动疲劳所引发的部分导体铝单丝疲劳断裂，剩余部分铝导体无法承受导线的拉力而引发的导线整体断裂。导线断裂过程中形成的断开电弧将绝缘层及铝导体的部分断口部位灼伤。

为了防止绝缘导线再次发生由于微风振动引起的断线故障，建议通过在金具夹持部位包裹软铝带的方式增加金具与导线之间的缓冲；同时可在导线靠近金具的适当部位加装防振鞭，以减小导线的微风振动作用，降低微风振动对导线造成的损伤。