10 kV架空线路鼠害分析及可地电位安装防鼠刺应用

2022-08-23徐东旭颜钰霆缪进荣何苗壮

电力与能源 2022年3期

徐东旭，陈宇，闫坤，颜钰霆，缪进荣，王冠，王乾，何苗壮

(国网上海市电力公司松江供电公司，上海 201699)

近年来，随着上海市松江地区环境的改善以及森林绿化的持续增加，小松鼠活动呈现越来越频繁的趋势，同时松江地区小电阻接地系统的应用逐渐增多，给电网的安全运行带来了巨大挑战[1-2]。对于采用小电阻接地变电站出线，小松鼠引起的电网故障(以下简称小松鼠故障)主要有两种方式：小松鼠一旦触碰杆塔线路单相带电部分，通过其身体将线路单相带电部分与横担或设备金属部分相接，使绝缘子短路，从而造成线路对地放电，引发电网故障；小松鼠同时触碰线路相邻两相带电部分，通过其身体将线路两相短接，从而造成线路两相短路，引发电网故障。对于采用消弧线圈接地变电站出线，当小松鼠通过其身体将线路单相带电部分与横担或设备金属部分相接时，由于消弧线圈的存在，并不构成电网对地大电流通路，因此不会产生过电流，引发电网故障；而当小松鼠通过其身体将线路两相短接时，由于两相短路通路仍然存在，因此会造成线路两相短路，引发电网故障[3-5]。

现有10 kV架空线路故障研究主要针对鸟害、外破、雷击及极端天气的影响[6-7]。文献[8]分析了架空线路鸟害的形成原因及防治措施。文献[9]通过为鸟类建立人工鸟巢，采用驱引结合的方式缓解鸟害对电网的影响。为防止外力破坏对电网的影响，文献[10]提出了外力破坏预警系统。文献[11]分析了雷击对电网的影响，提出了一种故障智能诊断系统，可实现雷击故障识别与精确定位。文献[12]探讨了台风极端天气对电网指标的影响。对于小松鼠防治的研究，主要为线路绝缘化改造，具体是将裸导线调换为绝缘线，对绝缘子、杆刀、柱上开关、电缆过度支架等线路裸露部分添加相应绝缘罩，从而避免小松鼠与带电部分的直接接触，减少线路跳闸[13-15]。在实际运用中，这些方式却存在着因小松鼠啃咬绝缘罩或绝缘罩长时间暴露在户外发生热胀冷缩、老化而出现绝缘罩脱落的情况，从而导致线路绝缘产生缺失，防小松鼠故障能力下降。本文基于上海市松江地区近三年小松鼠故障数据，分析小松鼠引起10 kV架空线路故障的环境特征、季节特征、设备特征以及并对现有防小松鼠故障措施进行分析，在此基础上，设计一种新型可地电位安装的架空线路防鼠刺，并通过在松江地区的实际运用，验证该防鼠刺在小松鼠故障防治方面的优越性。

1 小松鼠故障数据分析

为充分了解小松鼠对线路故障产生的影响，以上海市松江地区2019—2021年小松鼠故障数据为基础，分别从环境特征、季节特征与设备特征三个方面进行分析，为小松鼠故障治理奠定基础。松江地区近三年小松鼠故障数据见表1。

表1 2019—2021年小松鼠故障数据

由表1可见，近三年松江地区由小松鼠所引起的故障总次数为92起，且呈现逐年增多的趋势。其中2019年为7起；2020年为41起，较2019年增加485.71%；2021年为44起，比2020年稍有增加。由此可见，随着小电阻接地系统应用的增多及自然环境的改善，由小松鼠引起的故障次数不断增加，已严重影响电网的安全运行，小松鼠故障防治刻不容缓。

1.1 小松鼠故障环境特征

从小松鼠活动的环境特征进行分析，近三年小松鼠所引起的故障与其所对应的区域如表2所示，小松鼠故障所属区域占比如图1所示。

由表2可见，近三年佘山天马地区发生的小松鼠故障2019年为3起；2020年为33起，较2019年增加1 000%；2021年为31起，与2020年相当。绿地公园地区2019年为3起；2020年为6起，较2019年增加100%；2021年为11起，较2020年增加83.33%。其他地区三年总计为4起，占比较少。

表2 近三年不同地区小松鼠故障次数

由图1可见，近三年小松鼠引起的线路故障主要集中在佘山天马地区及绿地、公园，都为植被茂盛的地区，其中佘山天马地区占比为72.83%，绿地公园占比为21.74%，其他地区占比仅为5.43%。因此，小松鼠故障治理的重点应为植被茂盛地区，包括现今已发生小松鼠故障的佘山天马地区及绿地公园地区，对于尚未发生故障的植被茂盛地区也应采取相应措施，防患于未然。

1.2 小松鼠故障季节特征

从小松鼠活动的季节特征分析，近三年不同季节小松鼠所造成的线路故障次数如表3所示，不同季节小松鼠故障占比变化如图2所示。

图2 近三年不同季节小松鼠故障占比变化

由表3可见，春季2019年因小松鼠引起的故障为0起，2020年较2019年增加3起，2021年为10起，较2019年增加233.33%；夏季2019年因小松鼠引起的故障为3起，2020年为10起，较2019年增加233.33%，2021年为10起，与2020年持平；秋季2019年因小松鼠引起的故障为2起，2020年为13起，较2019年增加550%，2021年为13起，与2020年持平；冬季2019年因小松鼠引起的故障为2起，2020年为15起，较2019年增加650%，2021年为11起，较2020年减少26.67%。

由图2可见，随着生态环境的改善，小松鼠活动季节逐渐呈均匀分布趋势，2021年春季、夏季、秋季、冬季发生的小松鼠故障占比分别为22.73%、22.73%、25.00%、29.54%。这要求小松鼠故障防治措施不能有季节属性，在实际运行中，应全年不间断防治小松鼠故障。

1.3 小松鼠故障设备特征

为了更有效地防治小松鼠故障，避免资源浪费，需对小松鼠发生故障位置进行统计分析，结果如表4所示。

表4 不同位置小松鼠故障次数

由表4可见，小松鼠所引起的故障位置主要为耐张绝缘子及线路设备处，因此，小松鼠故障防治重点应集中于这些位置。

2 现有防小松鼠故障措施分析

现有防小松鼠措施均为线路绝缘化，通过将裸导线更换为绝缘线以及在线路裸露处增加绝缘罩，将小松鼠与线路带电部分隔离，从而避免小松鼠引起线路故障。为此，已开发了多种线路绝缘保护罩：对于安普线夹，加装安普绝缘罩；对于接地环加装接地环绝缘罩；对于杆刀，更换全绝缘杆刀；对于柱上开关装置，加装柱上开关桩头绝缘罩；对于自落熔丝，加装熔丝绝缘罩；对于电缆过渡装置，加装电缆头绝缘罩，并更换绝缘电缆过渡支架横担；对于耐张绝缘子，更换防雷耐张绝缘子或加装耐张绝缘罩；对于用户穿墙套管，加装绝缘罩。架空线路不同设备绝缘化如图3所示。

图3 架空线路不同设备绝缘化

在实际运行中，线路绝缘化方法存在三方面的不足：一是在对线路进行绝缘化改造时，线路必须停电，对线路停电用户产生影响；二是对于已实行绝缘化改造的线路，存在着因小松鼠啃咬绝缘罩或绝缘罩长时间暴露在户外热发生胀冷缩、老化而出现绝缘罩脱落的情况，从而导致线路绝缘产生缺失，防小松鼠故障能力下降；三是大量绝缘罩的安装，需要大量的人力物力，经济性不高。

3 可地电位安装架空线路防鼠刺设计

本文设计了一种新型的可地电位安装的架空线路防鼠刺。该装置的设计思路为：通过在线路耐张绝缘子及设备的两端增加阻挡小松鼠的隔离设施，使得小松鼠无法靠近线路带电部位，从而避免因小松鼠引起的线路故障。防鼠刺安装位置如图4所示。防鼠刺结构如图5所示。

图4 防鼠刺安装位置

图5 防鼠刺结构

在图5中，尖刺单元起到隔绝小松鼠的作用，当其安装于导线上时，固定轮固定不动，旋转轮绕固定轮轴向延伸部分转动；硅胶垫单元位于装置内部，起到适应不同直径导线的目的；挡板位于固定轮轴向延伸部分末端，起到防止旋转轮旋转过程中脱离固定轮轴向延伸部分的作用。

为了使旋转轮可靠转动，固定轮轴向延伸部分外表面有环形结构，如图 6所示。为了安装方便，在固定轮与旋转轮的一端设置有开关压板，另一端为可开合设计，并且在开关压板上有可供操作工具固定的孔位。固定轮内部含有可使其保持打开状态的撑杆，此撑杆受外力作用可滑落，使固定轮处于关闭状态。当固定轮与旋转轮开关压板处于同一轴向位置时，固定轮与旋转轮可被同时打开；当固定轮与旋转轮开关压板处于其他任何位置时，则固定轮与旋转轮不能被打开。开关压板结构如图7所示。

图6 固定轮轴向延伸部分结构

图7 开关压板结构

相比线路绝缘化方法，防鼠刺具有以下几方面优势。首先，防鼠刺固定轮与旋转轮的组合模式，增大了轴向长度，可有效防止小松鼠通过跳跃的方式靠近线路设备。旋转轮在外力触碰时会发生360°旋转，从而使小松鼠随着旋转轮的旋转而掉落。其次，在安装时仅需将旋转轮开关压板与固定轮开关压板处于同一轴向位置，将固定轮与旋转轮同时打开，用固定轮内部的撑杆支撑其保持打开状态，将绝缘安装工具卡入开关压板的固定孔位；当防鼠刺靠近导线时，导线触碰撑杆，撑杆滑落，从而使固定轮与旋转轮同时闭合，即可完成安装。全过程无需线路停电，且安装速度较快，可实现大批量快速安装。当旋转轮闭合后，其旋转结构将使得旋转轮开关压板与固定轮开关压板处于不同轴向位置，从而使得旋转轮与固定轮无法打开，不易脱落。最后，该装置结构简单，经济性高，可实现大规模量产。

4 可地电位安装防鼠刺应用案例

步泾站与泗陈站由于其线路主要分布在上海市松江地区佘山天马及绿地、公园地区，受小松鼠影响较大，其中以步31强业与陈18讯211线路受小松鼠影响尤为突出，两线路2020年因小松鼠所造成的跳闸故障分别为4起与3起。结合其线路通道特点，在该两线路含有裸露部分的设备两端加装防鼠刺，同时为了阻止小松鼠从电杆靠近线路裸露处，在电杆处安装了防鼠罩。自安装防鼠刺及防鼠罩以来，步31强业与陈18讯211两条线路均未发生因小松鼠所造成的跳闸故障。防鼠刺安装实例如图8所示。