架空輸電線路直線桿塔防鳥護(hù)罩的研究

徐四勤， 邢海宇， 高 艷， 鐘建偉， 彭 標(biāo)

(國網(wǎng)安慶供電公司， 安徽 安慶 246000)

0 引言

隨著電網(wǎng)的飛速發(fā)展，主網(wǎng)線路里程不斷增加，且生態(tài)環(huán)境不斷改善，鳥類遷徙活動(dòng)頻繁，輸電線路防鳥害運(yùn)維壓力越來越大[1-3]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在2018年的線路跳閘中由鳥害引起的跳閘約占跳閘總數(shù)的52.33%，其中鳥糞引起的絕緣子閃絡(luò)跳閘占28.17%，因此提高輸電線路本質(zhì)化防鳥害水平迫在眉睫。

目前輸電線路防鳥害經(jīng)歷了被動(dòng)到主動(dòng)、短效到長效、低級(jí)到高級(jí)的發(fā)展過程，摸索并積累了一些經(jīng)驗(yàn)，取得了一定的效果。其中防鳥刺雖然使用壽命較長，但安裝后影響檢修人員清掃和更換瓷瓶工作，且防鳥效果較差[4]。驅(qū)鳥風(fēng)車雖在開始階段時(shí)間內(nèi)能取到較好的防鳥效果，但當(dāng)鳥類適應(yīng)該環(huán)境后，防鳥效果較差，且易老化、自然損壞嚴(yán)重，在無風(fēng)天氣不能起到防鳥效果。防鳥封堵箱對(duì)防止鳥類筑巢效果較好，但對(duì)防鳥糞類閃絡(luò)效果較差[5]。防鳥封堵檔板雖然對(duì)防鳥糞閃絡(luò)跳閘有一定的效果，但緊固連接處用細(xì)鐵絲連接，易損壞，且纖維板較薄，易被風(fēng)吹翻。

為了提高輸電線路防鳥糞閃絡(luò)水平，兼顧經(jīng)濟(jì)性與運(yùn)維便捷性，本文在研究鳥糞閃絡(luò)原理的基礎(chǔ)上研究了一種安裝于直線桿塔絕緣子上方的防鳥糞護(hù)罩，通過選擇合適的大小和厚度，防止鳥糞閃絡(luò)跳閘的發(fā)生，提高了輸電線路防鳥害工作水平。

1 鳥糞閃絡(luò)機(jī)理

1.1 鳥糞閃絡(luò)故障類型

依據(jù)輸電線路故障分析及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，目前輸電線路鳥糞閃絡(luò)主要有以下幾種形式。

第一類是鳥排便時(shí)，鳥糞沿絕緣子(串)外側(cè)下落，不污染或少量污染絕緣子(串)，直接造成導(dǎo)線側(cè)與橫擔(dān)側(cè)的短路放電，導(dǎo)致線路跳閘。該類型的鳥害跳閘時(shí)鳥糞為連續(xù)或基本連續(xù)，易發(fā)生于I串及V串絕緣子上，為最常見的鳥糞跳閘形式。

第二類是鳥排便時(shí)，鳥糞附著于絕緣子(串)上，嚴(yán)重污染絕緣子(串)，造成導(dǎo)線側(cè)(高壓)與橫擔(dān)側(cè)(地電位)之間的短路放電，導(dǎo)致線路跳閘。要形成這種形式的掉閘需要體型較大鳥或數(shù)量較多的鳥群同時(shí)起作用。

第三類是鳥排便時(shí)，鳥糞附著于絕緣子(串)上，污染絕緣子(串)，但未立即造成閃絡(luò)。在潮濕氣候條件下，鳥糞與絕緣子表面積累的其他污穢共同作用形成沿面閃絡(luò)。

1.2 鳥害閃絡(luò)發(fā)生條件

針對(duì)上述的第一類鳥害故障，通過已有的110 kV復(fù)合絕緣子進(jìn)行的鳥害閃絡(luò)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，鳥糞閃絡(luò)的方式主要是鳥糞在沿絕緣子邊緣均勻下落時(shí)導(dǎo)致的突然閃絡(luò)，閃絡(luò)的機(jī)理可以認(rèn)為是鳥糞下落的瞬間短接了絕緣子，造成絕緣子的電氣距離不夠，使鳥糞通道與絕緣子高壓均壓環(huán)或金具之間發(fā)生了空氣間隙擊穿而導(dǎo)致的閃絡(luò)，且閃絡(luò)機(jī)理對(duì)瓷、玻璃及合成絕緣子是一致的[6]。

2 防鳥裝置設(shè)計(jì)

2.1 防鳥裝置構(gòu)成

由鳥糞閃絡(luò)發(fā)展過程和機(jī)理分析可知，下落鳥糞端部與高壓端部之間的空氣間隙是引起閃絡(luò)發(fā)生的薄弱環(huán)節(jié)。因此，考慮通過在低壓端安裝一種防鳥的裝置。防止鳥糞均勻下落過程形成放電通道，達(dá)到防止鳥糞閃絡(luò)的目的。

對(duì)導(dǎo)線加裝防鳥裝置后，試驗(yàn)示意圖如圖1所示。

圖1 絕緣子加裝防鳥裝置示意圖

可以明顯看出，防鳥裝置阻隔了鳥糞端部形成放電通道，這種情況下，相當(dāng)于承受運(yùn)行電壓的空氣間隙增大，起到防止鳥糞閃絡(luò)的效果。

2.2 防鳥裝置材料的采用

為了不影響絕緣子的絕緣性能，考慮使用絕緣材料，優(yōu)先考慮與絕緣子材質(zhì)一致的瓷質(zhì)、玻璃、硅橡膠等材料。但由于瓷質(zhì)和玻璃材料的重量、加工難度等影響，綜合考慮，最終采取SL20型氟硅橡膠，該種材料是以高分子氟硅共聚彈性體為基料，賦予功能性填充劑及試劑、助劑，預(yù)制成型而得到的一種高分子合成絕緣材料，在工廠預(yù)成型后使得現(xiàn)場(chǎng)安裝十分方便，并可根據(jù)不同的芯棒加工不同的尺寸滿足實(shí)際需要。

3 試驗(yàn)論證及選型

3.1 試驗(yàn)論證

鳥糞閃絡(luò)屬于導(dǎo)電性流體突然下落的瞬間，嚴(yán)重畸變下落通道周圍的電場(chǎng)分布，從而引起下落通道剩余空氣間隙在運(yùn)行電壓下?lián)舸┑那闆r。本試驗(yàn)研究將對(duì)110 kV絕緣子串進(jìn)行模擬鳥糞閃絡(luò)，并對(duì)110 kV輸電線路絕緣子高壓側(cè)導(dǎo)線加裝防鳥護(hù)罩后進(jìn)行模擬鳥糞試驗(yàn)，進(jìn)而驗(yàn)證防鳥護(hù)罩對(duì)防止鳥糞閃絡(luò)的可行有效性。

3.1.1 試驗(yàn)

110 kV絕緣子串需要承受大約73 kV相電壓，試驗(yàn)電壓選取73 kV。本試驗(yàn)使用了污穢試驗(yàn)的變壓器，額定電壓250 kV，容量2500 kVA。

為了和實(shí)際情況相符，110 kV鳥糞閃絡(luò)試驗(yàn)使用了7片瓷絕緣子組成絕緣子串，導(dǎo)線使用了直徑為2 cm空心鋁管模擬。

采用粘度和電導(dǎo)率兩種單位來控制鳥糞模擬液質(zhì)量，分別用粘度計(jì)和電導(dǎo)率儀測(cè)試，試驗(yàn)中所選取的鳥糞模擬液粘度一般為25 s～30 s之間，而模擬鳥糞的電導(dǎo)率為4000～8000 μS/cm之間，確保鳥糞模擬液能夠基本模擬鳥糞的實(shí)際狀況。

鳥糞推進(jìn)裝置是選用直徑8 mm的可移動(dòng)的噴頭，在地面操作臺(tái)可控制噴頭上下左右移動(dòng)，調(diào)節(jié)噴頭位置，圖2給出了鳥糞擠出部分的照片。鳥糞控制裝置是由控制臺(tái)通過泵將鳥糞模擬液送入連接噴頭的管路，采用電磁閥控制鳥糞的擠出，采用帶氣囊的擠出形式模擬鳥糞排出，每次擠出鳥糞量為40 mL，圖3給出了鳥糞擠出控制裝置照片。

圖2 鳥糞擠出噴頭照片

圖3 鳥糞擠出控制裝置照片

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

3.2.1 未安裝防鳥護(hù)罩

不安裝防鳥絕緣護(hù)罩，進(jìn)行鳥糞降落模擬試驗(yàn)，經(jīng)過重復(fù)試驗(yàn)，均發(fā)生閃絡(luò)，閃絡(luò)概率為100%。如圖4所示。

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，由于下落鳥糞將大部分空氣間隙短路，形成放電通道，導(dǎo)致了閃絡(luò)的發(fā)生。

3.2.2 安裝不同直徑防鳥護(hù)罩

為確保鳥糞下落過程中遠(yuǎn)離絕緣子，需要使防鳥護(hù)罩有足夠的半徑。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，在防鳥護(hù)罩的半徑達(dá)到20 cm的情況下，能夠達(dá)到較好的絕緣效果，滿足防止鳥糞閃絡(luò)的要求。

3.2.3 安裝不同厚度防鳥護(hù)罩

首先選取2 mm厚度的防鳥護(hù)罩進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)中，依然發(fā)生了閃絡(luò)，因此，2 mm厚度的普通防鳥護(hù)罩管并不足以提供有效的防護(hù)效果來防止鳥糞閃絡(luò)現(xiàn)象的發(fā)生。

而后，又使用了厚度為6 mm的硅橡膠防鳥護(hù)罩進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)中并沒有發(fā)生閃絡(luò)情況，因此可以認(rèn)為6 mm厚的護(hù)罩可以提供足夠的防護(hù)強(qiáng)度，同時(shí)可對(duì)鳥糞下落的速度起到緩沖作用，阻止閃絡(luò)的發(fā)生。

圖4 未加防鳥護(hù)罩絕緣子閃絡(luò)

圖5 防鳥護(hù)罩安裝圖

4 應(yīng)用驗(yàn)證

為了驗(yàn)證該防鳥護(hù)罩的有效性，將其在實(shí)際輸電線路中進(jìn)行應(yīng)用，安裝在10條110 kV輸電線路絕緣子上方，共安裝136基，所安裝絕緣子包括合成、玻璃及復(fù)合絕緣子。其安裝情況如圖5所示。在一年的運(yùn)行中經(jīng)過夜間巡視觀察發(fā)現(xiàn)，安裝護(hù)罩的導(dǎo)線、線夾無電暈現(xiàn)象，不影響導(dǎo)線側(cè)電場(chǎng)分布。使用期間安裝防鳥護(hù)罩的桿塔未出現(xiàn)由鳥害引起的閃絡(luò)跳閘故障。且目前各防鳥護(hù)罩牢固可靠，無丟失、老化及破損等現(xiàn)象。

5 總結(jié)

本文在分析鳥糞閃絡(luò)的基礎(chǔ)上，研究了一種基于氟硅橡膠為材質(zhì)的防鳥護(hù)罩，通過試驗(yàn)確定了該護(hù)罩的規(guī)格，并在輸電線路運(yùn)行中進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，該防鳥護(hù)罩成本低、使用安裝方便，受自然環(huán)境影響較小，不影響導(dǎo)線側(cè)電場(chǎng)的分布，能夠有效防范鳥糞閃絡(luò)的發(fā)生，節(jié)約了大量的人力資源和成本，同時(shí)也為輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠的保障。