直流超特高压输电线路等电位防鸟巢装置研究

李荣超 聂劲锋 徐旺 赵杰 田靖

摘 要：针对直流超特高压输电线路等电位侧鸟类筑巢较多引发电力系统故障，而现有防鸟措施均难以适用于等电位侧的问题，该文提出了一种新型等电位防鸟罩，并利用ansys仿真计算了安装了防鸟罩以后±500 kV直线塔周围电场的分布，选择出对直线塔电场影响最小的SMC材料防鸟罩，能有效减少鸟筑巢形成的线路安全隐患，提高供电可靠性。

关键词：鸟巢故障 防鸟罩 电场仿真 等电位侧

中图分类号：TM721 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）10（a）-0091-02

建设特高压电网对于实现能源资源集约化开发，优化能源资源配置方式，提高能源利用效率，推动电力工业技术升级拓宽对外能源合作领域，促进经济社会可持续发展和全面建设和谐社会具有重大意义[1-2]。但由于超特高压直流线路电场与交流电场不同，对鸟类影响较小，因此鸟类在这类线路的等电位侧筑巢现象明显高于交流线路，尤其在耐张导线挂线点附近、直线塔导线线夹处、导线间隔棒处等位置筑巢现象偏多，容易因筑巢材料中的超长物体引起线路绝缘降低乃至发生跳闸事件[3]。虽然输电线路上已有防鸟刺、超声波驱鸟器、声光驱鸟器等多种常用防鸟、驱鸟装置的应用，但均难以适用于等电位侧，且在安装空间、声光污染、电源供电等问题均存在一些问题[4-6]，现急需研究一种可以防止鸟类在等电位侧筑巢的防鸟装置。

1 等电位防鸟巢装置设计

虽然输电线路上已有防鸟刺、超声波驱鸟器等多种常用防鸟、驱鸟装置的应用，但均难以适用于等电位侧，且在安装空间、声光污染、电源供电等方面均存在问题。文中研究设计出等电位防鸟巢装置，试图解决超特高压直流输电线路等电位侧鸟巢危害问题。

观察统计发现交直流超特高压在耐张导线挂线点附近、直线塔的导线线夹处、导线间隔棒处等是鸟类易筑巢区域，也是本文研究设计针对的重点区域。根据相关区域线路结构特点，考虑鸟窝一般搭建在调整板等有孔洞的金具上，因此可以将孔洞遮盖，设计半圆拱板，让筑巢材料无处安放，半圆的拱板上无法提供鸟类栖息平台。为便于安装及减少对电线路电场的影响，该防鸟巢装置结构采用半圆柱形，两端用1/4球面封口；为满足重量轻、耐腐蚀及使用寿命长等特性，装置的材料采用两种类型，一种为片状模压塑料板材（SMC），另一种为金属材料。

2 电场仿真分析

本文利用ansys建立±500 kV直线塔双联悬垂复合绝缘子串模型并进行仿真计算在未安装防鸟罩时其周围空间电场分布情况，与安装防鸟罩之后其空间电场分布情况作对比，研究防鸟罩对空间电场分布的影响。仿真计算时，防鸟罩的材料分为两种类型，一种为片状模压塑料板材（SMC），另一种为金属材料。对于双联悬垂复合绝缘子串，根据情况对高压极绝缘子串下端联接金具、均压环及导线加载高电位Um=500 kV，对低压极导线加载低电位Um=-500 kV，而最上端的绝缘子联接金具、均压环及杆塔加载0电位，对于复合绝缘子，相对介电常数取3.5。对于防鸟罩，当其为片状模压塑料板材时，相对介电常数取为3；当其为金属材料时，相对介电常数取为1，且需要对金属防鸟罩模型的所有计算节点进行电位耦合。

仿真的结果主要从整体电场，金具及防鸟罩电场方面分析防鸟罩对直线塔周围电场分布的模型。

2.1 整体电场分布

未安装防鸟罩、安装SMC材料防鸟罩及安装金属防鸟罩后，±500 kV直线塔易筑巢区域空间电场仿真结果如图1所示。

由图1可知，在未安装防鸟罩时，±500 kV直线塔等电位侧易筑巢区域周围空间电场最大值为1765 kV/m。安装SMC材料的防鸟罩后，该区域周围空间电场最大值为1766 kV/m，与未安装防鸟罩时相比，空间内电场的分布规律没有变化，大小分布及最大值也基本保持不变。安装金属材料的防鸟罩后，±500 kV直线塔等电位侧易筑巢区域周围空间电场最大值为1745 kV/m，与未安装防鸟罩时相比，空间最大电场值减小了20 kV/m，但其空间电场分布规律基本相同，数值上有较小差异。

2.2 金具及防鸟罩电场分布

（1）均压环及均压屏蔽环，由于安装防鸟罩后，各类均压环及均压屏蔽环的电场分布云图与未安装防鸟罩时的规律基本相同，只是在数值上有略微差异，因此下面直接将各类均压环及均压屏蔽环表面电场最大值列于表1。

由表1可知，由于防鸟罩安装在等电位侧，因此对低压端的小均压环表面电场最大值基本无影响，对于高压端的均压屏蔽环和小均压环表面电场最大值均有一定影响，且金属防鸟罩对高压端均压屏蔽环和小均压环表面电场最大值的影响比SMC材料防鸟罩的影响要大，变化率分别为1.13%和1.75%。

（2）十字联板及防鸟罩，±500 kV直线塔模型中未安装防鸟罩及安装不同材料的防鸟罩时十字联板和防鸟罩的电场分布云图如图2及图3所示。

由图2可知，安装防鸟罩后十字联板表面电场的最大值相较于未安装时均有一定程度的下降，其中安装SMC材料的防鸟罩时，十字联板表面电场分布规律与未安装防鸟罩时基本相同，电场最大值下降了40 kV/m，变化率为2.28%，安装金属防鸟罩时，十字联板表面电场分布规律与未安装防鸟罩时存在较大差异，十字联板上半部分的电场明显减小，主要是由于安装在十字联板上方的金属防鸟罩对其表面电场具有一定屏蔽作用，可见金属防鸟罩对十字联板表面电场分布的影响要大于SMC材料的防鸟罩，其最大电场值下降了43 kV/m，变化率为2.45%。

由图3可知，SMC材料防鸟罩和金属防鸟罩表面的最大电场分别为654.082 kV/m和769.087 kV/m。

2.3 绝缘子电场分布曲线对比

±500 kV直线塔在未安装防鸟罩和分别安装SMC材料防鸟罩和金属防鸟罩时，双联绝缘子串中心线处电场曲线图及局部放大图如图4所示。

由图4可知，安装SMC材料的防鸟罩后的绝缘子串电场分布曲线与未安装防鸟罩时的绝缘子串电场分布曲线基本重合，而安装金属防鸟罩对整串绝缘子周围电场分布趋势影响不大，只是对邻近金属防鸟罩的高压端绝缘子电场产生了一定影响，其电场值相较于未安装防鸟罩时有了一定程度的增大，最大差值约为40.6 kV/m。由此可见，金属防鸟罩对绝缘子电场分布的影响大于SMC材料的防鸟罩。

3 结语

为解决直流超特高压等电位侧鸟巢较多的问题，该文提出了一种新型等电位防鸟罩，并利用ansys仿真计算了安装不同材料防鸟罩后±500 kV直线塔周围电场分布，发现SMC材料防鸟罩相比金属防鸟罩对直线塔电场的影响较小，并且重量轻，耐腐蚀，易安装，对于提高供电可靠性，降低鸟巢对输电线路的影响具有重要意义。

参考文献

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