1. 隱患排查

　　(1)根據電網風區分布圖，結合線路設計氣象條件，排查出線路風害嚴重區段。

　　(2)收集線路技術參數(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

　　(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、不同環境運行中的絕緣子，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

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　　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：每一懸垂串的絕緣子片數按下式計算。

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：懸垂串的絕緣子數量按式下式計算。

n′=n[1+0.1(H-1)]

　　式中：

　　H---海拔高度(m);

　　n---般地區的絕緣子數量絕緣子串的安全系數和聯數。

　　1)安全系數：不應小于《表 絕緣子和金具機械強度的最低安全系數》所列數值。瓷質盤形絕緣子尚應滿足正常運行情況、常年荷載狀態下安全系數不小于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。

　　采取雙聯和多聯解決。所需絕緣子的聯數可根據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)。

　　雙聯及以上的多聯絕緣子串應驗算斷一聯后的機械強度。

　　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，懸垂串宜采用獨立掛點的雙聯懸垂絕緣子串結構。

　　在山區線路中，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

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　　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數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

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　　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

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　　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，設計最大風速38m/s。線路42號-66號塔所在區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線現場，經巡線后發現，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。經檢修公司輸電專業進行全線巡視，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 故障現場設備狀態

　　3.2故障分析

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　　220kVXX線55號桿塔地處小草湖風區，根據220kV順園線39號塔(與XX線39號同塔)微氣象在線監測裝置(距離跳閘點6公里)傳回的數據顯示，跳閘前的5月31日白天出現了持續40 m/s左右的極大風速，在14時45分出現了極值44.3m/s。大風引起球頭掛環的荷載加重，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，未發生擴大現象。現場處置完畢后，對同批次掛網運行的QP-10球頭掛環進行了抽取送檢工作，狀態評價中心對事故線路球頭掛環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

　　3.2.2 氣象參數分析

　　分析220kVXX線1年多微氣象監測參數，可以看出在5月20日起該地區既有持續強風，持續時間達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地區又經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測數據

監測時間	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 微氣象監測到的氣象數據

　　從氣象數據分析，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，導致球頭掛環一面磨損，而另一面基本無磨損(見下圖)，導致球頭掛環長期疲勞磨損。

圖 球頭掛環一側磨損嚴重

　　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、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

　　單聯受力

　　T1=0.7T=5694.29N

　　球頭掛環安全系數：

　　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受力分析

　　垂直于導線方向風荷載：

Fd=αKhμscSW0 sin2φ

= 30.74kN

　　作用于單聯球頭掛環水平荷載約為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 球頭掛環球徑荷載

　　球頭掛環的腳球在絕緣子帽窩里的轉動是有限度的，據國際電工委員會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號塔球頭掛環從球徑根部受蹩斷裂的原因(參見下圖)。

圖 球頭掛環在球窩內傾斜位置

　　QP-10抗拉強度568.4N/mm2，球頭掛環頸部直徑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，受連接環節約束，球頭受蹩時常發生。發生掉串的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

　　該球頭掛環斷口外觀看為明顯的疲勞斷裂，斷口為3個區域，第一個為紋裂源區;第二個為疲勞擴展區，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;第三區域為瞬時斷裂區，顏色較新，表面粗糙，有明顯的金屬顆粒，為疲勞裂紋的失穩擴展區。斷口裂紋源附近外觀幾何形狀不平穩，有幾何凸起，容易形成較大的應力集中(見下圖)。

圖 球頭掛環斷裂面

圖 球頭掛環受持續一個方面風力作用

　　球頭掛環長時間承受不規則的交變荷載作用，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，發展成裂縫，裂縫不斷發展，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型金具發生疲勞損傷的桿塔為32#-57#塔，該區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，采用帶電作業的方式將原來的QP-10型球頭掛環更換成安全系數增大的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，發現裂紋金具及時更換。

　　3)球頭掛環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，積累運行經驗，決定更換周期。

　　3.4治理效果

　　對線路大風區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

　　掛網運行第1個月后，登塔檢查未發現磨損情況，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

　　掛網運行第3個月后，登塔檢查未發現磨損情況，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

　　掛網運行第1個風季后，登塔檢查未發現磨損情況，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，未發現金具磨損情況，更換后的線路金具評估正常。