， ， ， ， (.中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)西南電力設(shè)計(jì)院有限公司，四川 成都 600;.中國(guó)電力科學(xué)研究院，北京 009)

柴拉直流輸電線(xiàn)路防鳥(niǎo)害措施研究

唐巍1，劉琦1，周軍2，梁明1，胡全1
(1.中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)西南電力設(shè)計(jì)院有限公司，四川 成都 610021;2.中國(guó)電力科學(xué)研究院，北京 100192)

柴拉直流輸電線(xiàn)路自投運(yùn)以來(lái)，多次發(fā)生鳥(niǎo)害引起的絕緣閃絡(luò)故障，已嚴(yán)重影響線(xiàn)路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)對(duì)柴拉直流鳥(niǎo)害故障數(shù)據(jù)的綜合分析，以及現(xiàn)有防鳥(niǎo)害措施在柴拉直流線(xiàn)路上的實(shí)施效果；并結(jié)合鳥(niǎo)糞閃絡(luò)特性模擬試驗(yàn)研究成果，對(duì)柴拉直流輸電線(xiàn)路絕緣間隙進(jìn)行優(yōu)化研究。同時(shí)提出了柴拉直流防治鳥(niǎo)害措施的建議。

直流線(xiàn)路；鳥(niǎo)害；鳥(niǎo)糞；間隙擊穿

0 引 言

柴拉直流輸電線(xiàn)路自2011年11月11日投運(yùn)以來(lái)，多次發(fā)生因鳥(niǎo)害引起的絕緣閃絡(luò)故障,占總閃絡(luò)故障的90%以上，鳥(niǎo)害已嚴(yán)重影響柴拉直流輸電線(xiàn)路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)柴拉直流輸電線(xiàn)路發(fā)生的鳥(niǎo)害事故及防鳥(niǎo)害整治措施效果進(jìn)行綜合分析，并結(jié)合目前輸電線(xiàn)路防治鳥(niǎo)害領(lǐng)域取得的最新科研成果，對(duì)柴拉直流輸電線(xiàn)路防治鳥(niǎo)害措施進(jìn)行研究是非常有必要的。

1 鳥(niǎo)害的分類(lèi)

鳥(niǎo)害的分類(lèi)一般分為鳥(niǎo)糞類(lèi)、鳥(niǎo)巢類(lèi)、鳥(niǎo)體短接類(lèi)及鳥(niǎo)啄類(lèi)等4大類(lèi)[1]。鳥(niǎo)糞類(lèi)又可以分為2種：一種是鳥(niǎo)糞附著在絕緣子表面引起絕緣子的污閃[2]；一種是鳥(niǎo)糞在絕緣子附近墜落，鳥(niǎo)糞墜落通道與絕緣子串帶電端金具的間隙電場(chǎng)瞬時(shí)嚴(yán)重畸變，使得空氣間隙被擊穿[3]。鳥(niǎo)巢類(lèi)是筑巢用的樹(shù)枝、雜草、鐵絲等物體下落或被吹落，造成橫擔(dān)和導(dǎo)線(xiàn)之間間隙不足引起的閃絡(luò)[4]。鳥(niǎo)體短接類(lèi)是指大型鳥(niǎo)類(lèi)在飛行或扇動(dòng)翅膀時(shí)造成線(xiàn)路相間或單相接地故障。鳥(niǎo)啄類(lèi)主要形式為鳥(niǎo)啄食復(fù)合絕緣子，主要發(fā)生在停電檢修或等待投運(yùn)期間。根據(jù)柴拉直流線(xiàn)路運(yùn)行及故障分析數(shù)據(jù)，絕大部分鳥(niǎo)害故障均為鳥(niǎo)糞墜落引起帶電端金具空氣電場(chǎng)畸變所引發(fā)間隙擊穿造成的閃絡(luò)事故。

2 已采用的防鳥(niǎo)害措施及實(shí)施效果

2.1 防鳥(niǎo)刺

防鳥(niǎo)刺作為一種基本的防鳥(niǎo)措施，可防止鳥(niǎo)類(lèi)在塔頭長(zhǎng)期、大范圍停留。柴拉直流線(xiàn)路在基建及運(yùn)行階段針對(duì)鳥(niǎo)害故障情況安裝了防鳥(niǎo)刺。通過(guò)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明防鳥(niǎo)刺是一種有效的、簡(jiǎn)單的防鳥(niǎo)害措施，可一定程度降低鳥(niǎo)害閃絡(luò)故障，但效果不是非常明顯。究其原因，防鳥(niǎo)刺的安裝工藝尚需改進(jìn)，雖然目前線(xiàn)路上的防鳥(niǎo)刺或防鳥(niǎo)針板基本上覆蓋了3.6 m的范圍，但部分防鳥(niǎo)刺安裝稀疏不夠緊密，散開(kāi)不夠；另外由于防鳥(niǎo)刺過(guò)長(zhǎng)，在長(zhǎng)期大風(fēng)作用下，部分防鳥(niǎo)刺出現(xiàn)了傾斜，導(dǎo)致相鄰防鳥(niǎo)刺的間隙過(guò)大；同時(shí)鳥(niǎo)類(lèi)具有很強(qiáng)的飛翔控制能力，仍然能夠停留在鳥(niǎo)刺間隙，帶來(lái)安全隱患。

2.2 防鳥(niǎo)針板

防鳥(niǎo)針板利用其防鳥(niǎo)針的鋒利以及覆蓋面積，迫使鳥(niǎo)類(lèi)在桿塔危險(xiǎn)位置無(wú)法停留達(dá)到驅(qū)鳥(niǎo)的目的。柴拉直流線(xiàn)路在運(yùn)行階段針對(duì)鳥(niǎo)害故障情況安裝了防鳥(niǎo)針板，由于防鳥(niǎo)針板安裝尺寸與橫擔(dān)上下平面塔材一致，避免了防鳥(niǎo)設(shè)施安裝過(guò)程中重要防鳥(niǎo)部位漏裝及缺失，有效降低了鳥(niǎo)類(lèi)活動(dòng)導(dǎo)致線(xiàn)路故障的風(fēng)險(xiǎn)，運(yùn)行效果較好。

2.3 驅(qū)鳥(niǎo)器

驅(qū)鳥(niǎo)器主要分為智能超聲波驅(qū)鳥(niǎo)器和感應(yīng)引爆空氣驅(qū)鳥(niǎo)器兩種，柴拉直流線(xiàn)路在基建及運(yùn)行階段針對(duì)鳥(niǎo)害故障情況安裝了這兩種驅(qū)鳥(niǎo)裝置。從實(shí)際運(yùn)行情況分析，由于鳥(niǎo)類(lèi)對(duì)各種超聲波驅(qū)鳥(niǎo)器具有階段適應(yīng)性，加之同一地區(qū)鳥(niǎo)類(lèi)較多，差異化適應(yīng)性比較明顯，因此，此類(lèi)驅(qū)鳥(niǎo)器防鳥(niǎo)效果在安裝運(yùn)行之初效果較好，但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后驅(qū)鳥(niǎo)效果不明顯[5]。

2.4 絕緣護(hù)套

絕緣護(hù)套作為一種阻斷空氣間隙放電的重要手段，但由于其造價(jià)較高，其功能定位于在鳥(niǎo)害集中多發(fā)區(qū)，采取其他防鳥(niǎo)害措施無(wú)法取得明顯成效時(shí)，才考慮使用。柴拉直流線(xiàn)路在塔身或上橫擔(dān)上加裝絕緣護(hù)套，存在加裝面積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜難以實(shí)現(xiàn)全包覆等缺點(diǎn)，因此僅考慮將導(dǎo)線(xiàn)掛點(diǎn)處的導(dǎo)線(xiàn)和金具實(shí)現(xiàn)全包覆，安裝后的效果如下圖1所示。

圖1 ±400 kV柴拉直流線(xiàn)路直線(xiàn)塔安裝絕緣護(hù)套后效果圖

從運(yùn)行情況分析，加裝絕緣護(hù)套可在一定程度上降低線(xiàn)路鳥(niǎo)害故障的風(fēng)險(xiǎn)，但不能完全根除；同時(shí)由于其成本較高，不適宜大面積推廣應(yīng)用。

2.5 人工鳥(niǎo)巢

根據(jù)“驅(qū)引結(jié)合，綠色防鳥(niǎo)”的理念[6]，選擇鳥(niǎo)類(lèi)活動(dòng)頻繁，特別是先前發(fā)生過(guò)鳥(niǎo)害故障區(qū)域的塔位，在地線(xiàn)支架上方安裝適合鳥(niǎo)類(lèi)站立、蹲臥、避風(fēng)的平臺(tái)，吸引鳥(niǎo)類(lèi)尤其是大型鳥(niǎo)類(lèi)在該平臺(tái)上棲息、避風(fēng)、筑巢，從而降低鳥(niǎo)類(lèi)在桿塔帶電區(qū)域活動(dòng)的機(jī)率，達(dá)到疏導(dǎo)鳥(niǎo)類(lèi)的作用。柴拉直流線(xiàn)路大部分位于高寒草原荒漠地區(qū)，無(wú)高大樹(shù)木供鳥(niǎo)類(lèi)棲息，在運(yùn)行階段根據(jù)鳥(niǎo)害故障情況安裝人工鳥(niǎo)巢，做為驅(qū)鳥(niǎo)措施的輔助，對(duì)防治鳥(niǎo)害起到了一定作用。

3 鳥(niǎo)糞閃絡(luò)特性研究

3.1 鳥(niǎo)糞閃絡(luò)機(jī)理

鳥(niǎo)糞由于有一定的粘度和導(dǎo)電性，墜落時(shí)會(huì)拉長(zhǎng)形成一段連續(xù)的近似一段導(dǎo)體的鳥(niǎo)糞通道[7]。當(dāng)鳥(niǎo)糞通道下端靠近帶電導(dǎo)體或金具距離足夠小時(shí)，它們之間的空間間隙被擊穿，此時(shí)鳥(niǎo)糞通道被抬升為高電位；當(dāng)鳥(niǎo)糞通道上端與桿塔橫擔(dān)的距離不足時(shí)，它們之間的空氣間隙亦被擊穿，從而造成輸電線(xiàn)路的閃絡(luò)跳閘故障[8]。

3.2 鳥(niǎo)糞閃絡(luò)特性模擬試驗(yàn)研究成果

中國(guó)電力科學(xué)研究院在西藏羊八井高海拔試驗(yàn)基地建立的柴拉直流直線(xiàn)塔1/2尺寸模型上，對(duì)鳥(niǎo)糞閃絡(luò)特性進(jìn)行了模擬試驗(yàn)研究。

試驗(yàn)表明當(dāng)鳥(niǎo)糞下落位置距離導(dǎo)線(xiàn)和均壓環(huán)距離越近，閃絡(luò)概率越大。試驗(yàn)中鳥(niǎo)糞裝置噴口距離導(dǎo)線(xiàn)中心不同距離時(shí)的閃絡(luò)概率如圖2所示。

圖2 鳥(niǎo)糞閃絡(luò)概率與噴口離導(dǎo)線(xiàn)中心距離的關(guān)系

由圖2可以看出，當(dāng)噴口離中心距離在0.67 m的范圍以?xún)?nèi)，閃絡(luò)概率為100%；隨著噴口離中心點(diǎn)的距離越遠(yuǎn)，其閃絡(luò)概率逐步下降；當(dāng)噴口離中心點(diǎn)的距離為3.16 m時(shí)，閃絡(luò)概率為0%。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，考慮現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)速的影響，建議柴拉直流線(xiàn)路鳥(niǎo)刺防護(hù)范圍可取為3.6 m。

試驗(yàn)還結(jié)合柴拉直流線(xiàn)路運(yùn)行情況在±280 kV、±400 kV電壓等級(jí)下，對(duì)直線(xiàn)塔V型懸垂串帶電端金具距橫擔(dān)下平面不同間隙距離下的鳥(niǎo)糞閃絡(luò)概率進(jìn)行了試驗(yàn)研究，鳥(niǎo)糞閃絡(luò)概率與電壓及間隙距離的關(guān)系見(jiàn)圖3。

圖3不同電壓和間隙距離下的閃絡(luò)概率

由圖3可以看出，在同一間隙距離下，電壓從400 kV降低到280 kV后，鳥(niǎo)糞閃絡(luò)概率明顯降低。在同一電壓水平下，只有當(dāng)間隙距離超過(guò)某一臨界值后，鳥(niǎo)糞的閃絡(luò)概率才隨間隙距離的增大而降低。對(duì)于±400 kV情況，當(dāng)間隙距離超過(guò)5.8 m時(shí)，鳥(niǎo)糞的閃絡(luò)概率開(kāi)始明顯下降，在6.78 m時(shí)的閃絡(luò)概率降低為30%，在7.88 m時(shí)的閃絡(luò)概率降低為0%。

4 絕緣間隙優(yōu)化研究

4.1 柴拉直流線(xiàn)路絕緣配置情況

柴拉直流線(xiàn)路全線(xiàn)劃分為輕、中、重污區(qū)，直線(xiàn)塔懸垂串及跳線(xiàn)串均采用V串型式，絕緣子采用8 m復(fù)合絕緣子。懸垂串夾角為90°～110°，跳線(xiàn)串夾角為90°?？諝忾g隙取值見(jiàn)表1。

表1 空氣間隙取值表

注：表中帶電作業(yè)間隙已考慮人體活動(dòng)范圍0.5 m。

按上述絕緣配置原則規(guī)劃的柴拉直流線(xiàn)路鐵塔，直線(xiàn)塔V型串對(duì)橫擔(dān)下平面最小距離約5.25 m，耐張塔跳線(xiàn)串對(duì)橫擔(dān)下平面最小距離約5.05 m，如圖4所示。

圖4 均壓環(huán)對(duì)橫擔(dān)下平面最小距離示意圖

4.2 絕緣間隙優(yōu)化技術(shù)方案

根據(jù)鳥(niǎo)糞閃絡(luò)特性試驗(yàn)研究結(jié)論，增加帶電側(cè)均壓環(huán)至橫擔(dān)下平面的距離可有效降低鳥(niǎo)糞閃絡(luò)概率。在已建柴拉直流線(xiàn)路上要增加此距離可采用在低壓端只增加金具零件和增加盤(pán)型絕緣子及配套連接金具兩個(gè)方案?？紤]到鳥(niǎo)糞也會(huì)污染絕緣子使絕緣子污閃電壓降低，因此推薦采用在原絕緣子串低壓端增加絕緣子及配套連接金具(U型掛環(huán)、碗頭掛板、球頭掛環(huán))的方案，通過(guò)保證原掛點(diǎn)位置，改變V串夾角度數(shù)，增大帶電部分對(duì)橫擔(dān)下平面距離?！癡”串加長(zhǎng)改造示意圖如圖5所示。

圖5 “V”串改造方案示意圖

柴拉直流直線(xiàn)塔采用160 kN、210 kN、300 kN單聯(lián)及160 kN雙聯(lián)V型串。以210 kN單聯(lián)V型串為例，按上述方案增加絕緣子片數(shù)及配套金具。增加絕緣子片數(shù)對(duì)均壓環(huán)與橫擔(dān)下平面及塔身的距離的影響以及V型串等效串長(zhǎng)增加值(豎直方向上)見(jiàn)表2。

表2 增加絕緣子片數(shù)懸垂串均壓環(huán)對(duì)塔材距離表

耐張塔2×160 kN的V型跳線(xiàn)串按上述方案增加絕緣子及配套金具后，增加絕緣子片數(shù)對(duì)均壓環(huán)與橫擔(dān)下平面及塔身的距離的影響以及跳線(xiàn)V型串等效串長(zhǎng)增加值(豎直方向上)見(jiàn)表3。

表3 增加絕緣子片數(shù)跳線(xiàn)串均壓環(huán)對(duì)塔材距離表

考慮跳線(xiàn)增加絕緣子片數(shù)后，均壓環(huán)對(duì)塔身距離小于5.7 m(跳線(xiàn)間隙較懸垂串間隙增大1.1倍)，為保證增加均壓環(huán)對(duì)橫擔(dān)下平面的距離且均壓環(huán)對(duì)塔身距離不小于5.7 m，對(duì)V型跳線(xiàn)串兩側(cè)肢增加不同片數(shù)，示意圖如圖6所示。增加絕緣子片數(shù)對(duì)均壓環(huán)與橫擔(dān)下平面及塔身的距離的影響以及跳線(xiàn)V型串等效串長(zhǎng)增加值(豎直方向上)見(jiàn)表4。

圖6 跳線(xiàn)串兩側(cè)肢增加不同片數(shù)示意圖

表4 兩側(cè)肢增加不同絕緣子片數(shù)的跳線(xiàn)串均壓環(huán)對(duì)塔材距離表

4.3 絕緣間隙優(yōu)化結(jié)論

一方面增加盤(pán)型絕緣子可以增加均壓環(huán)對(duì)橫擔(dān)下平面的距離，進(jìn)而降低鳥(niǎo)糞閃絡(luò)概率；另一方面對(duì)于已建柴拉直流線(xiàn)路增加盤(pán)型絕緣子會(huì)引起V串夾角減小，等效串長(zhǎng)增加，需注意復(fù)核大風(fēng)工況下V型串迎風(fēng)側(cè)肢受壓角度、V型串兩側(cè)肢均壓環(huán)間距、線(xiàn)路對(duì)地距離及交叉跨越距離等是否滿(mǎn)足要求。對(duì)全線(xiàn)進(jìn)行梳理，依據(jù)柴拉直流輸電工程設(shè)計(jì)原則，在滿(mǎn)足±400 kV直流線(xiàn)路非居民區(qū)導(dǎo)線(xiàn)最小對(duì)地距離12 m、人煙稀少地區(qū)導(dǎo)線(xiàn)最小對(duì)地距離11 m的前提下，直線(xiàn)塔懸垂串可在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上增加1～4片盤(pán)型絕緣子，V型串單側(cè)肢長(zhǎng)增加0.51～1.18 m，均壓環(huán)對(duì)橫擔(dān)下平面距離為6～7.1 m；耐張塔跳線(xiàn)串在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上靠近塔身側(cè)肢增加6片絕緣子，遠(yuǎn)離塔身側(cè)肢增加4片絕緣子，均壓環(huán)對(duì)橫擔(dān)下平面距離為6.86 m，對(duì)塔身距離為5.85 m。

5 結(jié) 論

經(jīng)過(guò)對(duì)柴拉直流線(xiàn)路發(fā)生的鳥(niǎo)害事故及防鳥(niǎo)害整治措施效果進(jìn)行綜合分析，并結(jié)合鳥(niǎo)糞閃絡(luò)特性模擬試驗(yàn)結(jié)果，建議柴拉直流線(xiàn)路防治鳥(niǎo)害治理采取以下措施：

1)在導(dǎo)線(xiàn)正上方3.6 m范圍安裝防鳥(niǎo)針板；其余非導(dǎo)線(xiàn)正上方各3.6 m范圍外區(qū)域的防鳥(niǎo)刺、防鳥(niǎo)針板均拆除，留下鳥(niǎo)類(lèi)活動(dòng)的區(qū)域。耐張串聯(lián)接金具安裝異型防鳥(niǎo)針板。

2)根據(jù)疏治結(jié)合原則，在全線(xiàn)鳥(niǎo)害易發(fā)區(qū)域，每隔約10 km安裝一處棲鳥(niǎo)架。

3)在原絕緣子串低壓端增加絕緣子及配套連接金具,增加帶電端均壓環(huán)與橫擔(dān)下平面的距離，從而降低鳥(niǎo)糞閃絡(luò)率。推薦直線(xiàn)塔懸垂串可在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上增加1～4片盤(pán)型絕緣子，V型串單側(cè)肢長(zhǎng)增加0.51～1.18 m，均壓環(huán)對(duì)橫擔(dān)下平面距離為6～7.1 m；耐張塔跳線(xiàn)串在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上靠近塔身側(cè)肢增加6片絕緣子，遠(yuǎn)離塔身側(cè)肢增加4片絕緣子，均壓環(huán)對(duì)橫擔(dān)下平面距離為6.86 m，對(duì)塔身距離為5.85 m。

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There are many insulation flashovers caused by bird hazard since DC transmission line from Qaidam to Lhas being put into operation, which has seriously affected the safe and stable operation of the line. Through a comprehensive analysis of the fault data caused by bird hazard and the implementation results of the existing anti-bird measures in DC line from Qaidam to Lhas, and combined with the simulation experiment analysis of flashovers initiated by bird excretion, increasing the conductors in live line end and the plane minimum distance under fittings and the cross arm can effectively reduce the flashover probability initiated by bird excretion. The optimization for insulating clearance of DC transmission line from Qaidam to Lhas is carried out, and the reasonable suggestions for bird hazard control measures are proposed.

DC transmission lines; bird hazard; bird excretion; air gap breakdown

TM726

A

1003-6954(2017)05-0030-04

唐 巍(1979),高級(jí)工程師,從事輸電線(xiàn)路電氣設(shè)計(jì)；

劉 琦(1984),工程師,從事輸電線(xiàn)路電氣設(shè)計(jì)；

周 軍(1973),高級(jí)工程師,從事高壓外絕緣方面的研究；

梁 明(1973),教授級(jí)高工,從事輸電線(xiàn)路電氣設(shè)計(jì)；

胡 全(1980),高級(jí)工程師,從事輸電線(xiàn)路電氣設(shè)計(jì)。

2017-06-21)