110kV 架空輸電線路涉鳥故障研究

林 新

（福建博電工程設(shè)計有限公司）

0 引言

在生態(tài)環(huán)境建設(shè)工作的推動下，我國的自然環(huán)境質(zhì)量得到極大的提升，也使得鳥類的數(shù)量得到一定提升。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，我國輸電線路涉鳥故障已然占比跳閘總數(shù)的10%，鳥類已然成為影響我國輸電線路運(yùn)行安全的主要因素之一。因此，有關(guān)人員需要對當(dāng)前的涉鳥故障進(jìn)行翔實的分析與研究，并制定可行性的解決方案，以此來有效地保證當(dāng)前輸電線路的安全，滿足人們對于輸電網(wǎng)安全運(yùn)行的基本要求，促進(jìn)我國輸電網(wǎng)運(yùn)行領(lǐng)域的健康安全發(fā)展。

1 涉鳥故障類型分析

根據(jù)國家電網(wǎng)工作人員統(tǒng)計，導(dǎo)致架空輸電線路出現(xiàn)跳閘故障的涉鳥故障程度排名為（由高至低）鳥糞類故障、鳥巢類故障、鳥體短接類故障以及鳥啄類故障。由于各個地區(qū)之間的氣候、植被以及地形地勢的不同，其涉鳥故障中所涉及的鳥類以及故障種類也各不相同，下表為我國近兩年涉鳥故障數(shù)據(jù)表[1]。

表1 我國近兩年涉鳥故障數(shù)據(jù)表

由上表數(shù)據(jù)可知，近兩年我國西北、華東、華北以及東北地區(qū)架空輸電線路鳥糞類故障頻率相對較多，發(fā)生鳥巢類故障的概率相對較小，這可以從側(cè)面說明，上述地區(qū)涉鳥故障的鳥種一般為體形相對較大的鳥類或鳥群。而華中以及華東地區(qū)，鳥糞以及鳥巢類故障發(fā)生的頻次差不多，這從側(cè)面說明，該地區(qū)不僅存有體積相對較大的鳥種，而且有一些鳥種喜歡在桿塔上進(jìn)行筑巢。因此，本文將基于上述所提及的涉鳥故障類型，對當(dāng)前相對較常見的110kV 架空輸電線路涉鳥故障類型進(jìn)行分析。

1.1 鳥啄類故障

鳥啄類故障是指鳥類對絕緣子的外部進(jìn)行破壞，使得絕緣子的內(nèi)部芯棒外露，受到外部潮濕環(huán)境的影響，裸露的芯棒部位會發(fā)生局部放電，從而使得裸露部位出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致芯棒斷裂。檢修人員對鳥啄故障頻發(fā)的區(qū)域進(jìn)行實勘，經(jīng)實勘發(fā)現(xiàn)，鳥啄類故障一般會發(fā)生在城郊區(qū)域、靠近河流的區(qū)域、靠近農(nóng)田的區(qū)域以及生態(tài)環(huán)境相對較好的區(qū)域。

1.2 鳥體短接類故障

鳥類在實際的飛行過程中，其視野目光是向下方看的，其目的是尋找同伴或是尋找筑巢區(qū)域，因此，鳥類的快速飛行的過程中，不會一直“目視前方”從而使得其極為容易撞在輸電線路上。例如，我國北方地區(qū)容易發(fā)生鳥體短接類故障的鳥類有東方白鸛、大鴇以及喜鵲等，我國南方地區(qū)容易發(fā)生鳥體短接類故障的鳥類有紅嘴鷗、喜鵲、雕鸮、斑頭雁等。大型鳥類的體積相對較大，其在飛行的過程中，相互爭斗或是打鬧，加之受到外部天氣的影響，使得其更為容易撞擊到桿塔之上，進(jìn)而導(dǎo)致其出現(xiàn)涉鳥故障的發(fā)生。

1.3 鳥糞類故障

鳥類在飛行的過程中會消耗大量的體能，所以鳥類的代謝速度快，消化能力相對較強(qiáng)，鳥類為降低自身的飛行重量，會在飛行中隨意排泄。鳥類在輸電線路上進(jìn)行筑巢或是在桿塔上進(jìn)行筑巢等行為都會導(dǎo)致鳥類排泄。造成鳥糞閃絡(luò)的主要原因共有兩點(diǎn)：第一，鳥糞在絕緣子上累積，其下墜重量到達(dá)臨界值后，在潮濕空氣的影響下，其便會發(fā)生閃絡(luò)現(xiàn)象，從而造成局部放電。第二，鳥類在飛行過程中或是在桿塔上進(jìn)行休息時會隨時排泄，鳥糞墜落到絕緣子周圍后，會導(dǎo)致絕緣子周圍的電場發(fā)生變化，從而形成擊穿閃絡(luò)。鳥糞是一種具有導(dǎo)電性極強(qiáng)的混合液體，其電解質(zhì)以及含水量相對較高，使得其極為容易發(fā)生閃絡(luò)現(xiàn)象，表2 為110kV 架空輸電線路鳥糞下落臨界擊穿距離及鳥糞長度數(shù)據(jù)表[2]。

表2 110kV 架空輸電線鳥糞下落臨界擊穿距離及鳥糞長度

1.4 鳥巢類故障

鳥巢類故障是指鳥類的巢穴從架空輸電線路的絕緣子上方垂直掉落，所引起的絕緣子擊穿故障。將鳥巢的構(gòu)建材料作為導(dǎo)體，鳥巢的材料與塔桿之間為等電位。在外部風(fēng)力作用下，鳥巢的材料可以隨意地擺動。針對110kV 架空輸電線路上存在鳥巢的情況，若是其鳥巢與絕緣子之間的水平掛點(diǎn)為2m 以上，則鳥巢的懸掛長度需要達(dá)到2.2～2.6m 時，才會導(dǎo)致間隙擊穿故障的發(fā)生。

2 架空輸電線路涉鳥故障特征

2.1 月份故障特征

根據(jù)調(diào)查顯示，涉鳥故障發(fā)生次數(shù)最多的月份為每年的3～7 月，該時間段正是鳥類進(jìn)行遷徙以及繁衍后代的時間段。例如鳥巢類故障主要集中在每年的3～8 月，其中3～5 月的頻率最高，因為3～5 月為大多數(shù)鳥類的繁衍期，鳥類為正常生產(chǎn)，開始頻繁地筑巢，從而導(dǎo)致鳥巢類故障的頻發(fā)。而鳥糞類故障以及鳥體短接類故障的高峰一般為每年的4 月以及11 月前后，因為這兩個時間節(jié)點(diǎn)為鳥類的遷徙時期。鳥類會集中在河流以及湖泊地區(qū)，因此，靠近河流以及湖泊的桿塔出現(xiàn)涉鳥故障的概率將會得到極大的提升。

2.2 時段故障特征

若將110kV 架空輸電線路的涉鳥故障以一天的時間段來進(jìn)行統(tǒng)計，那么一天當(dāng)中，每個時間都會出現(xiàn)涉鳥故障。凌晨以及早上7 時前后的空氣濕度相對較大，鳥類筑巢材料在受到潮濕空氣的影響后，會出現(xiàn)下垂的現(xiàn)象，由此導(dǎo)致輸電線路出現(xiàn)故障。夜間至凌晨時間段，極為容易發(fā)生鳥糞類故障，這與鳥類自身的生理周期有著極大的關(guān)聯(lián)，鳥類在白天進(jìn)行覓食以及活動，晚上在桿塔上進(jìn)行休息。鳥類會在晚上進(jìn)行排泄，或是在早上對腸道進(jìn)行清空，以此來有效降低自身的飛行負(fù)擔(dān)，從而為新一輪的覓食做好準(zhǔn)備。

2.3 桿塔特征

根據(jù)有關(guān)人員調(diào)查顯示，直線型桿塔出現(xiàn)涉鳥故障的概率為0.28%，而耐張型桿塔發(fā)生涉鳥故障的概率則為直線型的1/2，耐張型桿塔的布置結(jié)構(gòu)為水平布置，因此其不易被樹枝以及鳥糞等物質(zhì)進(jìn)行接觸，因此其發(fā)生涉鳥概率的機(jī)會相對較低。在同等電壓下，雙回路輸電線路的涉鳥故障概率要低于單回路輸電線路的涉鳥故障。

3 案例分析

3.1 概況

某地供電局100kV 線路的I 段出現(xiàn)保護(hù)動作跳閘，并且重合閘成功。該110kV 架空輸電線路于2015 年正式運(yùn)行，總長度13.5km，共涵蓋鐵塔54基，鐵塔全部為垂直排列。本次故障發(fā)生之后，供電局指派專業(yè)維修人員對其故障現(xiàn)場進(jìn)行實勘，檢修人員發(fā)現(xiàn)52 號塔的絕緣子傘裙以及兩側(cè)的金具存在放電現(xiàn)象。根據(jù)當(dāng)前氣象部門報道，故障出現(xiàn)時段，其現(xiàn)場風(fēng)速為西北風(fēng)1 級至2 級，環(huán)境溫度為-10～5℃。

3.2 故障原因評估

檢修人員對出現(xiàn)故障的絕緣子以及兩側(cè)的金具進(jìn)行翔實的檢測，故障絕緣子傘裙一共7 片，傘裙的表面為防污閃涂層。經(jīng)檢修人員檢測，傘裙表面存在一定的污穢物質(zhì)，傘裙邊緣位置的防污閃涂層存在脫落現(xiàn)象。檢修人員將其拆解，發(fā)現(xiàn)傘裙的高壓側(cè)以及低壓側(cè)均存在放電現(xiàn)象，其放電的瞬間，所產(chǎn)生的能量使得金具外部的鍍鋅層出現(xiàn)溶解，同時傘裙的防污閃涂層外部也出現(xiàn)不同程度的溶解。檢修人員發(fā)現(xiàn)，一號傘裙的表面存有少量的鳥糞，并在鳥糞的邊緣位置發(fā)生放電痕跡。絕緣子的其他位置并沒有任何損壞。因此，檢修人員對本次故障進(jìn)行初步評估：本次故障為鳥糞所引起的絕緣子擊穿故障。

3.3 試驗論證

檢修人員為對上述的初步評估進(jìn)行判斷，并防止此類故障的再次發(fā)生，檢修人員對絕緣子擊穿所導(dǎo)致的綜合失效原則進(jìn)行綜述分析。

（1）RTV 厚度

為保證絕緣子的安全性，其外部存有RTV 涂層（防污閃涂層），以此來有效地提升絕緣子的防污、防閃（閃絡(luò)以及濕閃）能力，防污閃涂層的涂抹厚度對絕緣子的實際性能有著一定的影響。檢修人員對傘裙進(jìn)行拆解后，借助專業(yè)觀測設(shè)備對其涂層厚度進(jìn)行測量，經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)涂層的平均厚度為66.8m，涂層厚度低于有關(guān)規(guī)定中的標(biāo)準(zhǔn)厚度。由于噴涂工藝的不同，使得相同厚度的涂層所展現(xiàn)出來的性能也是不同的，因此，不能因為涂層的厚度去對絕緣子的性能高低進(jìn)行直接評估。

（2）DR 透視

檢修人員借助X 射線成像技術(shù)，對絕緣子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測，以此來對出現(xiàn)故障的位置進(jìn)行評估。通過X 射線數(shù)字成像技術(shù)對一號傘裙的高壓側(cè)以及低壓側(cè)進(jìn)行檢測，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，傘裙的高壓以及低壓側(cè)的結(jié)構(gòu)相對較為完整，內(nèi)部結(jié)構(gòu)中沒有明顯的裂縫以及氣泡，鋼腳存在輕微的傾斜，傾斜角度為4°。

（3）憎水檢測

110kV 架空輸電線路中的絕緣子內(nèi)部存在一定的親水材料，絕緣子外部所噴涂的RTV 涂層便可以極大地提升絕緣子的憎水性。絕緣子長時間地暴露在外部，受到外部因素的影響，絕緣子的防水性會受到一定的影響。因此，檢修人員需要對其防水性進(jìn)行重新檢測。檢修人員借助接觸角測量設(shè)備對其傘裙RTV涂層進(jìn)行防水檢測。檢修人員在傘裙上進(jìn)行滴水，每滴水珠的體積為10L，在滴完后，對其靜置10s，再對其進(jìn)行檢測。經(jīng)檢測得知，低壓側(cè)的接觸角數(shù)值為137.3°，高壓側(cè)的接觸角數(shù)值為119.9°，根據(jù)檢測結(jié)構(gòu)而言，該絕緣子的防水性相對較為良好。

（4）電氣檢測

對絕緣子進(jìn)行電氣檢測的主要方向，為對其絕緣性進(jìn)行檢測，檢修人員對其傘裙的絕緣性進(jìn)行檢測，其檢測結(jié)果如表3 所示。

表3 絕緣子傘裙電阻檢測數(shù)據(jù)

根據(jù)上表數(shù)據(jù)顯示，絕緣子的電阻無異常。

（5）絕緣子防治

故障發(fā)生時段，外部天氣不存在雷電放電現(xiàn)象，絕緣子沒有遭到閃絡(luò)所引起的電壓過大現(xiàn)象。同時，絕緣子的內(nèi)部沒有相對較為明顯的缺陷，其外部涂層的防水性相對較好，并且絕緣電阻符合當(dāng)前有關(guān)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，絕緣子自身無質(zhì)量問題。

經(jīng)檢修工作人員對其輸電線路故障位置進(jìn)行實勘，發(fā)現(xiàn)距離輸電線路故障位置0.5km 處，存在多處鳥巢，且鳥類活動相對較為頻繁，輸電線路故障位置為鳥類覓食的主要途徑場地，其飛躍故障時，極有可能存在鳥糞墜落的現(xiàn)象，并且經(jīng)檢修人員檢驗，其傘裙邊緣位置存在鳥糞殘留，其鳥糞邊緣存在放電現(xiàn)象。由此可知，本次故障主要是由于鳥糞所引起的，鳥糞在空中墜落，并觸碰絕緣子的高壓側(cè)，從而使得絕緣子高壓側(cè)周圍的電場發(fā)生改變，進(jìn)而引發(fā)擊穿放電現(xiàn)象。

（6）生態(tài)防治

針對上述故障問題，有關(guān)部門需要對110kV 架空輸電線路安裝防鳥裝置，并對當(dāng)?shù)氐镍B類活動范圍進(jìn)行調(diào)查，以此來對防鳥裝置進(jìn)行實時的調(diào)整。在涉鳥故障頻發(fā)的地區(qū)，加強(qiáng)人工巡邏，或是借助巡邏機(jī)器人來對其進(jìn)行巡視，從而有效地降低涉鳥故障的發(fā)生次數(shù)。除此之外，還可以借助生態(tài)防治手段，對輸電線路進(jìn)行保護(hù)。

當(dāng)?shù)毓╇姽芾聿块T對架空輸電線路周邊的鳥類進(jìn)行了驅(qū)逐，在對其鳥巢進(jìn)行拆解的過程中，難免會對巢中的幼鳥造成損害。因此，在對其鳥巢進(jìn)行拆解的過程中，工作人員需要視情況而定，對于一些偏遠(yuǎn)山區(qū)的輸電線路鳥巢，工作人員可以使其保留。在對桿塔鳥巢進(jìn)行處理時，工作人員需要秉持以下兩點(diǎn)原則：第一，不能對鳥蛋以及幼鳥造成傷害。第二，一些由短樹枝所構(gòu)成的鳥巢，可以對其保留，一些由藤或草所構(gòu)建的鳥巢，可以對藤與草進(jìn)行修剪或是將其轉(zhuǎn)移。

4 結(jié)束語

綜上所述，涉鳥故障是影響110kV 架空輸電線路運(yùn)行安全的主要因素之一，當(dāng)?shù)毓芾聿块T需要對其故障成因進(jìn)行翔實的分析，并制定有效的解決措施，同時做好巡視及防護(hù)工作，最大限度地降低輸電線路的涉鳥故障風(fēng)險，保證輸電線路的安全平穩(wěn)運(yùn)行。