架空输电线路直线杆塔防鸟护罩的研究

徐四勤， 邢海宇， 高 艳， 钟建伟， 彭 标

(国网安庆供电公司， 安徽 安庆 246000)

0 引言

随着电网的飞速发展，主网线路里程不断增加，且生态环境不断改善，鸟类迁徙活动频繁，输电线路防鸟害运维压力越来越大[1-3]。据统计，在2018年的线路跳闸中由鸟害引起的跳闸约占跳闸总数的52.33%，其中鸟粪引起的绝缘子闪络跳闸占28.17%，因此提高输电线路本质化防鸟害水平迫在眉睫。

目前输电线路防鸟害经历了被动到主动、短效到长效、低级到高级的发展过程，摸索并积累了一些经验，取得了一定的效果。其中防鸟刺虽然使用寿命较长，但安装后影响检修人员清扫和更换瓷瓶工作，且防鸟效果较差[4]。驱鸟风车虽在开始阶段时间内能取到较好的防鸟效果，但当鸟类适应该环境后，防鸟效果较差，且易老化、自然损坏严重，在无风天气不能起到防鸟效果。防鸟封堵箱对防止鸟类筑巢效果较好，但对防鸟粪类闪络效果较差[5]。防鸟封堵档板虽然对防鸟粪闪络跳闸有一定的效果，但紧固连接处用细铁丝连接，易损坏，且纤维板较薄，易被风吹翻。

为了提高输电线路防鸟粪闪络水平，兼顾经济性与运维便捷性，本文在研究鸟粪闪络原理的基础上研究了一种安装于直线杆塔绝缘子上方的防鸟粪护罩，通过选择合适的大小和厚度，防止鸟粪闪络跳闸的发生，提高了输电线路防鸟害工作水平。

1 鸟粪闪络机理

1.1 鸟粪闪络故障类型

依据输电线路故障分析及现场调研，目前输电线路鸟粪闪络主要有以下几种形式。

第一类是鸟排便时，鸟粪沿绝缘子(串)外侧下落，不污染或少量污染绝缘子(串)，直接造成导线侧与横担侧的短路放电，导致线路跳闸。该类型的鸟害跳闸时鸟粪为连续或基本连续，易发生于I串及V串绝缘子上，为最常见的鸟粪跳闸形式。

第二类是鸟排便时，鸟粪附着于绝缘子(串)上，严重污染绝缘子(串)，造成导线侧(高压)与横担侧(地电位)之间的短路放电，导致线路跳闸。要形成这种形式的掉闸需要体型较大鸟或数量较多的鸟群同时起作用。

第三类是鸟排便时，鸟粪附着于绝缘子(串)上，污染绝缘子(串)，但未立即造成闪络。在潮湿气候条件下，鸟粪与绝缘子表面积累的其他污秽共同作用形成沿面闪络。

1.2 鸟害闪络发生条件

针对上述的第一类鸟害故障，通过已有的110 kV复合绝缘子进行的鸟害闪络试验研究发现，鸟粪闪络的方式主要是鸟粪在沿绝缘子边缘均匀下落时导致的突然闪络，闪络的机理可以认为是鸟粪下落的瞬间短接了绝缘子，造成绝缘子的电气距离不够，使鸟粪通道与绝缘子高压均压环或金具之间发生了空气间隙击穿而导致的闪络，且闪络机理对瓷、玻璃及合成绝缘子是一致的[6]。

2 防鸟装置设计

2.1 防鸟装置构成

由鸟粪闪络发展过程和机理分析可知，下落鸟粪端部与高压端部之间的空气间隙是引起闪络发生的薄弱环节。因此，考虑通过在低压端安装一种防鸟的装置。防止鸟粪均匀下落过程形成放电通道，达到防止鸟粪闪络的目的。

对导线加装防鸟装置后，试验示意图如图1所示。

图1 绝缘子加装防鸟装置示意图

可以明显看出，防鸟装置阻隔了鸟粪端部形成放电通道，这种情况下，相当于承受运行电压的空气间隙增大，起到防止鸟粪闪络的效果。

2.2 防鸟装置材料的采用

为了不影响绝缘子的绝缘性能，考虑使用绝缘材料，优先考虑与绝缘子材质一致的瓷质、玻璃、硅橡胶等材料。但由于瓷质和玻璃材料的重量、加工难度等影响，综合考虑，最终采取SL20型氟硅橡胶，该种材料是以高分子氟硅共聚弹性体为基料，赋予功能性填充剂及试剂、助剂，预制成型而得到的一种高分子合成绝缘材料，在工厂预成型后使得现场安装十分方便，并可根据不同的芯棒加工不同的尺寸满足实际需要。

3 试验论证及选型

3.1 试验论证

鸟粪闪络属于导电性流体突然下落的瞬间，严重畸变下落通道周围的电场分布，从而引起下落通道剩余空气间隙在运行电压下击穿的情况。本试验研究将对110 kV绝缘子串进行模拟鸟粪闪络，并对110 kV输电线路绝缘子高压侧导线加装防鸟护罩后进行模拟鸟粪试验，进而验证防鸟护罩对防止鸟粪闪络的可行有效性。

3.1.1 试验

110 kV绝缘子串需要承受大约73 kV相电压，试验电压选取73 kV。本试验使用了污秽试验的变压器，额定电压250 kV，容量2500 kVA。

为了和实际情况相符，110 kV鸟粪闪络试验使用了7片瓷绝缘子组成绝缘子串，导线使用了直径为2 cm空心铝管模拟。

采用粘度和电导率两种单位来控制鸟粪模拟液质量，分别用粘度计和电导率仪测试，试验中所选取的鸟粪模拟液粘度一般为25 s～30 s之间，而模拟鸟粪的电导率为4000～8000 μS/cm之间，确保鸟粪模拟液能够基本模拟鸟粪的实际状况。

鸟粪推进装置是选用直径8 mm的可移动的喷头，在地面操作台可控制喷头上下左右移动，调节喷头位置，图2给出了鸟粪挤出部分的照片。鸟粪控制装置是由控制台通过泵将鸟粪模拟液送入连接喷头的管路，采用电磁阀控制鸟粪的挤出，采用带气囊的挤出形式模拟鸟粪排出，每次挤出鸟粪量为40 mL，图3给出了鸟粪挤出控制装置照片。

图2 鸟粪挤出喷头照片

图3 鸟粪挤出控制装置照片

3.2 试验结果

3.2.1 未安装防鸟护罩

不安装防鸟绝缘护罩，进行鸟粪降落模拟试验，经过重复试验，均发生闪络，闪络概率为100%。如图4所示。

从试验结果可以看出，由于下落鸟粪将大部分空气间隙短路，形成放电通道，导致了闪络的发生。

3.2.2 安装不同直径防鸟护罩

为确保鸟粪下落过程中远离绝缘子，需要使防鸟护罩有足够的半径。根据试验结果，在防鸟护罩的半径达到20 cm的情况下，能够达到较好的绝缘效果，满足防止鸟粪闪络的要求。

3.2.3 安装不同厚度防鸟护罩

首先选取2 mm厚度的防鸟护罩进行试验，试验中，依然发生了闪络，因此，2 mm厚度的普通防鸟护罩管并不足以提供有效的防护效果来防止鸟粪闪络现象的发生。

而后，又使用了厚度为6 mm的硅橡胶防鸟护罩进行试验，试验中并没有发生闪络情况，因此可以认为6 mm厚的护罩可以提供足够的防护强度，同时可对鸟粪下落的速度起到缓冲作用，阻止闪络的发生。

图4 未加防鸟护罩绝缘子闪络

图5 防鸟护罩安装图

4 应用验证

为了验证该防鸟护罩的有效性，将其在实际输电线路中进行应用，安装在10条110 kV输电线路绝缘子上方，共安装136基，所安装绝缘子包括合成、玻璃及复合绝缘子。其安装情况如图5所示。在一年的运行中经过夜间巡视观察发现，安装护罩的导线、线夹无电晕现象，不影响导线侧电场分布。使用期间安装防鸟护罩的杆塔未出现由鸟害引起的闪络跳闸故障。且目前各防鸟护罩牢固可靠，无丢失、老化及破损等现象。

5 总结

本文在分析鸟粪闪络的基础上，研究了一种基于氟硅橡胶为材质的防鸟护罩，通过试验确定了该护罩的规格，并在输电线路运行中进行测试。测试结果表明，该防鸟护罩成本低、使用安装方便，受自然环境影响较小，不影响导线侧电场的分布，能够有效防范鸟粪闪络的发生，节约了大量的人力资源和成本，同时也为输电线路的安全稳定运行提供了可靠的保障。