10 kV架空線路鼠害分析及可地電位安裝防鼠刺應用

徐東旭，陳 宇，閆 坤，顏鈺霆，繆進榮，王 冠，王 乾，何苗壯

(國網上海市電力公司松江供電公司，上海 201699)

近年來，隨著上海市松江地區環境的改善以及森林綠化的持續增加，小松鼠活動呈現越來越頻繁的趨勢，同時松江地區小電阻接地系統的應用逐漸增多，給電網的安全運行帶來了巨大挑戰[1-2]。對于采用小電阻接地變電站出線，小松鼠引起的電網故障(以下簡稱小松鼠故障)主要有兩種方式：小松鼠一旦觸碰桿塔線路單相帶電部分，通過其身體將線路單相帶電部分與橫擔或設備金屬部分相接，使絕緣子短路，從而造成線路對地放電，引發電網故障；小松鼠同時觸碰線路相鄰兩相帶電部分，通過其身體將線路兩相短接，從而造成線路兩相短路，引發電網故障。對于采用消弧線圈接地變電站出線，當小松鼠通過其身體將線路單相帶電部分與橫擔或設備金屬部分相接時，由于消弧線圈的存在，并不構成電網對地大電流通路，因此不會產生過電流，引發電網故障；而當小松鼠通過其身體將線路兩相短接時，由于兩相短路通路仍然存在，因此會造成線路兩相短路，引發電網故障[3-5]。

現有10 kV架空線路故障研究主要針對鳥害、外破、雷擊及極端天氣的影響[6-7]。文獻[8]分析了架空線路鳥害的形成原因及防治措施。文獻[9]通過為鳥類建立人工鳥巢，采用驅引結合的方式緩解鳥害對電網的影響。為防止外力破壞對電網的影響，文獻[10]提出了外力破壞預警系統。文獻[11]分析了雷擊對電網的影響，提出了一種故障智能診斷系統，可實現雷擊故障識別與精確定位。文獻[12]探討了臺風極端天氣對電網指標的影響。對于小松鼠防治的研究，主要為線路絕緣化改造，具體是將裸導線調換為絕緣線，對絕緣子、桿刀、柱上開關、電纜過度支架等線路裸露部分添加相應絕緣罩，從而避免小松鼠與帶電部分的直接接觸，減少線路跳閘[13-15]。在實際運用中，這些方式卻存在著因小松鼠啃咬絕緣罩或絕緣罩長時間暴露在戶外發生熱脹冷縮、老化而出現絕緣罩脫落的情況，從而導致線路絕緣產生缺失，防小松鼠故障能力下降。本文基于上海市松江地區近三年小松鼠故障數據，分析小松鼠引起10 kV架空線路故障的環境特征、季節特征、設備特征以及并對現有防小松鼠故障措施進行分析，在此基礎上，設計一種新型可地電位安裝的架空線路防鼠刺，并通過在松江地區的實際運用，驗證該防鼠刺在小松鼠故障防治方面的優越性。

1 小松鼠故障數據分析

為充分了解小松鼠對線路故障產生的影響，以上海市松江地區2019—2021年小松鼠故障數據為基礎，分別從環境特征、季節特征與設備特征三個方面進行分析，為小松鼠故障治理奠定基礎。松江地區近三年小松鼠故障數據見表1。

表1 2019—2021年小松鼠故障數據

由表1可見，近三年松江地區由小松鼠所引起的故障總次數為92起，且呈現逐年增多的趨勢。其中2019年為7起；2020年為41起，較2019年增加485.71%；2021年為44起，比2020年稍有增加。由此可見，隨著小電阻接地系統應用的增多及自然環境的改善，由小松鼠引起的故障次數不斷增加，已嚴重影響電網的安全運行，小松鼠故障防治刻不容緩。

1.1 小松鼠故障環境特征

從小松鼠活動的環境特征進行分析，近三年小松鼠所引起的故障與其所對應的區域如表2所示，小松鼠故障所屬區域占比如圖1所示。

由表2可見，近三年佘山天馬地區發生的小松鼠故障2019年為3起；2020年為33起，較2019年增加1 000%；2021年為31起，與2020年相當。綠地公園地區2019年為3起；2020年為6起，較2019年增加100%；2021年為11起，較2020年增加83.33%。其他地區三年總計為4起，占比較少。

表2 近三年不同地區小松鼠故障次數

由圖1可見，近三年小松鼠引起的線路故障主要集中在佘山天馬地區及綠地、公園，都為植被茂盛的地區，其中佘山天馬地區占比為72.83%，綠地公園占比為21.74%，其他地區占比僅為5.43%。因此，小松鼠故障治理的重點應為植被茂盛地區，包括現今已發生小松鼠故障的佘山天馬地區及綠地公園地區，對于尚未發生故障的植被茂盛地區也應采取相應措施，防患于未然。

1.2 小松鼠故障季節特征

從小松鼠活動的季節特征分析，近三年不同季節小松鼠所造成的線路故障次數如表3所示，不同季節小松鼠故障占比變化如圖2所示。

圖2 近三年不同季節小松鼠故障占比變化

由表3可見，春季2019年因小松鼠引起的故障為0起，2020年較2019年增加3起，2021年為10起，較2019年增加233.33%；夏季2019年因小松鼠引起的故障為3起，2020年為10起，較2019年增加233.33%，2021年為10起，與2020年持平；秋季2019年因小松鼠引起的故障為2起，2020年為13起，較2019年增加550%，2021年為13起，與2020年持平；冬季2019年因小松鼠引起的故障為2起，2020年為15起，較2019年增加650%，2021年為11起，較2020年減少26.67%。

由圖2可見，隨著生態環境的改善，小松鼠活動季節逐漸呈均勻分布趨勢，2021年春季、夏季、秋季、冬季發生的小松鼠故障占比分別為22.73%、22.73%、25.00%、29.54%。這要求小松鼠故障防治措施不能有季節屬性，在實際運行中，應全年不間斷防治小松鼠故障。

1.3 小松鼠故障設備特征

為了更有效地防治小松鼠故障，避免資源浪費，需對小松鼠發生故障位置進行統計分析，結果如表4所示。

表4 不同位置小松鼠故障次數

由表4可見，小松鼠所引起的故障位置主要為耐張絕緣子及線路設備處，因此，小松鼠故障防治重點應集中于這些位置。

2 現有防小松鼠故障措施分析

現有防小松鼠措施均為線路絕緣化，通過將裸導線更換為絕緣線以及在線路裸露處增加絕緣罩，將小松鼠與線路帶電部分隔離，從而避免小松鼠引起線路故障。為此，已開發了多種線路絕緣保護罩：對于安普線夾，加裝安普絕緣罩；對于接地環加裝接地環絕緣罩；對于桿刀，更換全絕緣桿刀；對于柱上開關裝置，加裝柱上開關樁頭絕緣罩；對于自落熔絲，加裝熔絲絕緣罩；對于電纜過渡裝置，加裝電纜頭絕緣罩，并更換絕緣電纜過渡支架橫擔；對于耐張絕緣子，更換防雷耐張絕緣子或加裝耐張絕緣罩；對于用戶穿墻套管，加裝絕緣罩。架空線路不同設備絕緣化如圖3所示。

圖3 架空線路不同設備絕緣化

在實際運行中，線路絕緣化方法存在三方面的不足：一是在對線路進行絕緣化改造時，線路必須停電，對線路停電用戶產生影響；二是對于已實行絕緣化改造的線路，存在著因小松鼠啃咬絕緣罩或絕緣罩長時間暴露在戶外熱發生脹冷縮、老化而出現絕緣罩脫落的情況，從而導致線路絕緣產生缺失，防小松鼠故障能力下降；三是大量絕緣罩的安裝，需要大量的人力物力，經濟性不高。

3 可地電位安裝架空線路防鼠刺設計

本文設計了一種新型的可地電位安裝的架空線路防鼠刺。該裝置的設計思路為：通過在線路耐張絕緣子及設備的兩端增加阻擋小松鼠的隔離設施，使得小松鼠無法靠近線路帶電部位，從而避免因小松鼠引起的線路故障。防鼠刺安裝位置如圖4所示。防鼠刺結構如圖5所示。

圖4 防鼠刺安裝位置

圖5 防鼠刺結構

在圖5中，尖刺單元起到隔絕小松鼠的作用，當其安裝于導線上時，固定輪固定不動，旋轉輪繞固定輪軸向延伸部分轉動；硅膠墊單元位于裝置內部，起到適應不同直徑導線的目的；擋板位于固定輪軸向延伸部分末端，起到防止旋轉輪旋轉過程中脫離固定輪軸向延伸部分的作用。

為了使旋轉輪可靠轉動，固定輪軸向延伸部分外表面有環形結構，如圖 6所示。為了安裝方便，在固定輪與旋轉輪的一端設置有開關壓板，另一端為可開合設計，并且在開關壓板上有可供操作工具固定的孔位。固定輪內部含有可使其保持打開狀態的撐桿，此撐桿受外力作用可滑落，使固定輪處于關閉狀態。當固定輪與旋轉輪開關壓板處于同一軸向位置時，固定輪與旋轉輪可被同時打開；當固定輪與旋轉輪開關壓板處于其他任何位置時，則固定輪與旋轉輪不能被打開。開關壓板結構如圖7所示。

圖6 固定輪軸向延伸部分結構

圖7 開關壓板結構

相比線路絕緣化方法，防鼠刺具有以下幾方面優勢。首先，防鼠刺固定輪與旋轉輪的組合模式，增大了軸向長度，可有效防止小松鼠通過跳躍的方式靠近線路設備。旋轉輪在外力觸碰時會發生360°旋轉，從而使小松鼠隨著旋轉輪的旋轉而掉落。其次，在安裝時僅需將旋轉輪開關壓板與固定輪開關壓板處于同一軸向位置，將固定輪與旋轉輪同時打開，用固定輪內部的撐桿支撐其保持打開狀態，將絕緣安裝工具卡入開關壓板的固定孔位；當防鼠刺靠近導線時，導線觸碰撐桿，撐桿滑落，從而使固定輪與旋轉輪同時閉合，即可完成安裝。全過程無需線路停電，且安裝速度較快，可實現大批量快速安裝。當旋轉輪閉合后，其旋轉結構將使得旋轉輪開關壓板與固定輪開關壓板處于不同軸向位置，從而使得旋轉輪與固定輪無法打開，不易脫落。最后，該裝置結構簡單，經濟性高，可實現大規模量產。

4 可地電位安裝防鼠刺應用案例

步涇站與泗陳站由于其線路主要分布在上海市松江地區佘山天馬及綠地、公園地區，受小松鼠影響較大，其中以步31強業與陳18訊211線路受小松鼠影響尤為突出，兩線路2020年因小松鼠所造成的跳閘故障分別為4起與3起。結合其線路通道特點，在該兩線路含有裸露部分的設備兩端加裝防鼠刺，同時為了阻止小松鼠從電桿靠近線路裸露處，在電桿處安裝了防鼠罩。自安裝防鼠刺及防鼠罩以來，步31強業與陳18訊211兩條線路均未發生因小松鼠所造成的跳閘故障。防鼠刺安裝實例如圖8所示。

圖8 防鼠刺安裝實例

5 結語

基于上海市松江地區近三年電網故障數據，分析了因小松鼠所造成電網故障的環境特征、季節特征以及設備特征。在此基礎上，分析了現有防小松鼠措施的不足，設計了一種新型的可地電位安裝的架空線路防鼠刺。通過具體實施案例，驗證了該裝置在架空線路防小松鼠故障防治方面的優異效果。

在實際應用過程中，該裝置在有效防小松鼠的同時，也暴露了其不足之處：隨著長時間的應用，由于材料熱脹冷縮的特性，出現了防鼠刺在架空線路上位移的現象，從而對設備保護不到位，防鼠效果減弱。探討防鼠刺在架空線路上新的固定方式是下一步研究改進的方向。