柴拉直流輸電線路防鳥害措施研究

， ， ， ， (.中國電力工程顧問集團西南電力設計院有限公司，四川 成都 600;.中國電力科學研究院，北京 009)

柴拉直流輸電線路防鳥害措施研究

唐巍1，劉琦1，周軍2，梁明1，胡全1
(1.中國電力工程顧問集團西南電力設計院有限公司，四川 成都 610021;2.中國電力科學研究院，北京 100192)

柴拉直流輸電線路自投運以來，多次發生鳥害引起的絕緣閃絡故障，已嚴重影響線路的安全穩定運行。通過對柴拉直流鳥害故障數據的綜合分析，以及現有防鳥害措施在柴拉直流線路上的實施效果；并結合鳥糞閃絡特性模擬試驗研究成果，對柴拉直流輸電線路絕緣間隙進行優化研究。同時提出了柴拉直流防治鳥害措施的建議。

直流線路；鳥害；鳥糞；間隙擊穿

0 引 言

柴拉直流輸電線路自2011年11月11日投運以來，多次發生因鳥害引起的絕緣閃絡故障,占總閃絡故障的90%以上，鳥害已嚴重影響柴拉直流輸電線路的安全穩定運行。對柴拉直流輸電線路發生的鳥害事故及防鳥害整治措施效果進行綜合分析，并結合目前輸電線路防治鳥害領域取得的最新科研成果，對柴拉直流輸電線路防治鳥害措施進行研究是非常有必要的。

1 鳥害的分類

鳥害的分類一般分為鳥糞類、鳥巢類、鳥體短接類及鳥啄類等4大類[1]。鳥糞類又可以分為2種：一種是鳥糞附著在絕緣子表面引起絕緣子的污閃[2]；一種是鳥糞在絕緣子附近墜落，鳥糞墜落通道與絕緣子串帶電端金具的間隙電場瞬時嚴重畸變，使得空氣間隙被擊穿[3]。鳥巢類是筑巢用的樹枝、雜草、鐵絲等物體下落或被吹落，造成橫擔和導線之間間隙不足引起的閃絡[4]。鳥體短接類是指大型鳥類在飛行或扇動翅膀時造成線路相間或單相接地故障。鳥啄類主要形式為鳥啄食復合絕緣子，主要發生在停電檢修或等待投運期間。根據柴拉直流線路運行及故障分析數據，絕大部分鳥害故障均為鳥糞墜落引起帶電端金具空氣電場畸變所引發間隙擊穿造成的閃絡事故。

2 已采用的防鳥害措施及實施效果

2.1 防鳥刺

防鳥刺作為一種基本的防鳥措施，可防止鳥類在塔頭長期、大范圍停留。柴拉直流線路在基建及運行階段針對鳥害故障情況安裝了防鳥刺。通過運行經驗表明防鳥刺是一種有效的、簡單的防鳥害措施，可一定程度降低鳥害閃絡故障，但效果不是非常明顯。究其原因，防鳥刺的安裝工藝尚需改進，雖然目前線路上的防鳥刺或防鳥針板基本上覆蓋了3.6 m的范圍，但部分防鳥刺安裝稀疏不夠緊密，散開不夠；另外由于防鳥刺過長，在長期大風作用下，部分防鳥刺出現了傾斜，導致相鄰防鳥刺的間隙過大；同時鳥類具有很強的飛翔控制能力，仍然能夠停留在鳥刺間隙，帶來安全隱患。

2.2 防鳥針板

防鳥針板利用其防鳥針的鋒利以及覆蓋面積，迫使鳥類在桿塔危險位置無法停留達到驅鳥的目的。柴拉直流線路在運行階段針對鳥害故障情況安裝了防鳥針板，由于防鳥針板安裝尺寸與橫擔上下平面塔材一致，避免了防鳥設施安裝過程中重要防鳥部位漏裝及缺失，有效降低了鳥類活動導致線路故障的風險，運行效果較好。

2.3 驅鳥器

驅鳥器主要分為智能超聲波驅鳥器和感應引爆空氣驅鳥器兩種，柴拉直流線路在基建及運行階段針對鳥害故障情況安裝了這兩種驅鳥裝置。從實際運行情況分析，由于鳥類對各種超聲波驅鳥器具有階段適應性，加之同一地區鳥類較多，差異化適應性比較明顯，因此，此類驅鳥器防鳥效果在安裝運行之初效果較好，但經過一段時間后驅鳥效果不明顯[5]。

2.4 絕緣護套

絕緣護套作為一種阻斷空氣間隙放電的重要手段，但由于其造價較高，其功能定位于在鳥害集中多發區，采取其他防鳥害措施無法取得明顯成效時，才考慮使用。柴拉直流線路在塔身或上橫擔上加裝絕緣護套，存在加裝面積大、結構復雜難以實現全包覆等缺點，因此僅考慮將導線掛點處的導線和金具實現全包覆，安裝后的效果如下圖1所示。

圖1 ±400 kV柴拉直流線路直線塔安裝絕緣護套后效果圖

從運行情況分析，加裝絕緣護套可在一定程度上降低線路鳥害故障的風險，但不能完全根除；同時由于其成本較高，不適宜大面積推廣應用。

2.5 人工鳥巢

根據“驅引結合，綠色防鳥”的理念[6]，選擇鳥類活動頻繁，特別是先前發生過鳥害故障區域的塔位，在地線支架上方安裝適合鳥類站立、蹲臥、避風的平臺，吸引鳥類尤其是大型鳥類在該平臺上棲息、避風、筑巢，從而降低鳥類在桿塔帶電區域活動的機率，達到疏導鳥類的作用。柴拉直流線路大部分位于高寒草原荒漠地區，無高大樹木供鳥類棲息，在運行階段根據鳥害故障情況安裝人工鳥巢，做為驅鳥措施的輔助，對防治鳥害起到了一定作用。

3 鳥糞閃絡特性研究

3.1 鳥糞閃絡機理

鳥糞由于有一定的粘度和導電性，墜落時會拉長形成一段連續的近似一段導體的鳥糞通道[7]。當鳥糞通道下端靠近帶電導體或金具距離足夠小時，它們之間的空間間隙被擊穿，此時鳥糞通道被抬升為高電位；當鳥糞通道上端與桿塔橫擔的距離不足時，它們之間的空氣間隙亦被擊穿，從而造成輸電線路的閃絡跳閘故障[8]。

3.2 鳥糞閃絡特性模擬試驗研究成果

中國電力科學研究院在西藏羊八井高海拔試驗基地建立的柴拉直流直線塔1/2尺寸模型上，對鳥糞閃絡特性進行了模擬試驗研究。

試驗表明當鳥糞下落位置距離導線和均壓環距離越近，閃絡概率越大。試驗中鳥糞裝置噴口距離導線中心不同距離時的閃絡概率如圖2所示。

圖2 鳥糞閃絡概率與噴口離導線中心距離的關系

由圖2可以看出，當噴口離中心距離在0.67 m的范圍以內，閃絡概率為100%；隨著噴口離中心點的距離越遠，其閃絡概率逐步下降；當噴口離中心點的距離為3.16 m時，閃絡概率為0%。根據試驗結果，考慮現場風速的影響，建議柴拉直流線路鳥刺防護范圍可取為3.6 m。

試驗還結合柴拉直流線路運行情況在±280 kV、±400 kV電壓等級下，對直線塔V型懸垂串帶電端金具距橫擔下平面不同間隙距離下的鳥糞閃絡概率進行了試驗研究，鳥糞閃絡概率與電壓及間隙距離的關系見圖3。

圖3不同電壓和間隙距離下的閃絡概率

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，鳥糞閃絡概率明顯降低。在同一電壓水平下，只有當間隙距離超過某一臨界值后，鳥糞的閃絡概率才隨間隙距離的增大而降低。對于±400 kV情況，當間隙距離超過5.8 m時，鳥糞的閃絡概率開始明顯下降，在6.78 m時的閃絡概率降低為30%，在7.88 m時的閃絡概率降低為0%。

4 絕緣間隙優化研究

4.1 柴拉直流線路絕緣配置情況

柴拉直流線路全線劃分為輕、中、重污區，直線塔懸垂串及跳線串均采用V串型式，絕緣子采用8 m復合絕緣子。懸垂串夾角為90°～110°，跳線串夾角為90°?？諝忾g隙取值見表1。

表1 空氣間隙取值表

注：表中帶電作業間隙已考慮人體活動范圍0.5 m。

按上述絕緣配置原則規劃的柴拉直流線路鐵塔，直線塔V型串對橫擔下平面最小距離約5.25 m，耐張塔跳線串對橫擔下平面最小距離約5.05 m，如圖4所示。

圖4 均壓環對橫擔下平面最小距離示意圖

4.2 絕緣間隙優化技術方案

根據鳥糞閃絡特性試驗研究結論，增加帶電側均壓環至橫擔下平面的距離可有效降低鳥糞閃絡概率。在已建柴拉直流線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型絕緣子及配套連接金具兩個方案。考慮到鳥糞也會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、碗頭掛板、球頭掛環)的方案，通過保證原掛點位置，改變V串夾角度數，增大帶電部分對橫擔下平面距離。“V”串加長改造示意圖如圖5所示。

圖5 “V”串改造方案示意圖

柴拉直流直線塔采用160 kN、210 kN、300 kN單聯及160 kN雙聯V型串。以210 kN單聯V型串為例，按上述方案增加絕緣子片數及配套金具。增加絕緣子片數對均壓環與橫擔下平面及塔身的距離的影響以及V型串等效串長增加值(豎直方向上)見表2。

表2 增加絕緣子片數懸垂串均壓環對塔材距離表

耐張塔2×160 kN的V型跳線串按上述方案增加絕緣子及配套金具后，增加絕緣子片數對均壓環與橫擔下平面及塔身的距離的影響以及跳線V型串等效串長增加值(豎直方向上)見表3。

表3 增加絕緣子片數跳線串均壓環對塔材距離表

考慮跳線增加絕緣子片數后，均壓環對塔身距離小于5.7 m(跳線間隙較懸垂串間隙增大1.1倍)，為保證增加均壓環對橫擔下平面的距離且均壓環對塔身距離不小于5.7 m，對V型跳線串兩側肢增加不同片數，示意圖如圖6所示。增加絕緣子片數對均壓環與橫擔下平面及塔身的距離的影響以及跳線V型串等效串長增加值(豎直方向上)見表4。

圖6 跳線串兩側肢增加不同片數示意圖

表4 兩側肢增加不同絕緣子片數的跳線串均壓環對塔材距離表

4.3 絕緣間隙優化結論

一方面增加盤型絕緣子可以增加均壓環對橫擔下平面的距離，進而降低鳥糞閃絡概率；另一方面對于已建柴拉直流線路增加盤型絕緣子會引起V串夾角減小，等效串長增加，需注意復核大風工況下V型串迎風側肢受壓角度、V型串兩側肢均壓環間距、線路對地距離及交叉跨越距離等是否滿足要求。對全線進行梳理，依據柴拉直流輸電工程設計原則，在滿足±400 kV直流線路非居民區導線最小對地距離12 m、人煙稀少地區導線最小對地距離11 m的前提下，直線塔懸垂串可在原設計基礎上增加1～4片盤型絕緣子，V型串單側肢長增加0.51～1.18 m，均壓環對橫擔下平面距離為6～7.1 m；耐張塔跳線串在原設計基礎上靠近塔身側肢增加6片絕緣子，遠離塔身側肢增加4片絕緣子，均壓環對橫擔下平面距離為6.86 m，對塔身距離為5.85 m。

5 結 論

經過對柴拉直流線路發生的鳥害事故及防鳥害整治措施效果進行綜合分析，并結合鳥糞閃絡特性模擬試驗結果，建議柴拉直流線路防治鳥害治理采取以下措施：

1)在導線正上方3.6 m范圍安裝防鳥針板；其余非導線正上方各3.6 m范圍外區域的防鳥刺、防鳥針板均拆除，留下鳥類活動的區域。耐張串聯接金具安裝異型防鳥針板。

2)根據疏治結合原則，在全線鳥害易發區域，每隔約10 km安裝一處棲鳥架。

3)在原絕緣子串低壓端增加絕緣子及配套連接金具,增加帶電端均壓環與橫擔下平面的距離，從而降低鳥糞閃絡率。推薦直線塔懸垂串可在原設計基礎上增加1～4片盤型絕緣子，V型串單側肢長增加0.51～1.18 m，均壓環對橫擔下平面距離為6～7.1 m；耐張塔跳線串在原設計基礎上靠近塔身側肢增加6片絕緣子，遠離塔身側肢增加4片絕緣子，均壓環對橫擔下平面距離為6.86 m，對塔身距離為5.85 m。

[1] 王少華，葉自強．架空輸電線路鳥害故障及其防治技術措施原因分析及預防措施[J]．高壓電器，2011，47(2)：61-67．

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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),高級工程師,從事輸電線路電氣設計；

劉 琦(1984),工程師,從事輸電線路電氣設計；

周 軍(1973),高級工程師,從事高壓外絕緣方面的研究；

梁 明(1973),教授級高工,從事輸電線路電氣設計；

胡 全(1980),高級工程師,從事輸電線路電氣設計。

2017-06-21)