直流超特高壓輸電線路等電位防鳥巢裝置研究

李榮超 聶勁鋒 徐旺 趙杰 田靖

摘 要：針對(duì)直流超特高壓輸電線路等電位側(cè)鳥類筑巢較多引發(fā)電力系統(tǒng)故障，而現(xiàn)有防鳥措施均難以適用于等電位側(cè)的問題，該文提出了一種新型等電位防鳥罩，并利用ansys仿真計(jì)算了安裝了防鳥罩以后±500 kV直線塔周圍電場(chǎng)的分布，選擇出對(duì)直線塔電場(chǎng)影響最小的SMC材料防鳥罩，能有效減少鳥筑巢形成的線路安全隱患，提高供電可靠性。

關(guān)鍵詞：鳥巢故障 防鳥罩 電場(chǎng)仿真 等電位側(cè)

中圖分類號(hào)：TM721 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）10（a）-0091-02

建設(shè)特高壓電網(wǎng)對(duì)于實(shí)現(xiàn)能源資源集約化開發(fā)，優(yōu)化能源資源配置方式，提高能源利用效率，推動(dòng)電力工業(yè)技術(shù)升級(jí)拓寬對(duì)外能源合作領(lǐng)域，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展和全面建設(shè)和諧社會(huì)具有重大意義[1-2]。但由于超特高壓直流線路電場(chǎng)與交流電場(chǎng)不同，對(duì)鳥類影響較小，因此鳥類在這類線路的等電位側(cè)筑巢現(xiàn)象明顯高于交流線路，尤其在耐張導(dǎo)線掛線點(diǎn)附近、直線塔導(dǎo)線線夾處、導(dǎo)線間隔棒處等位置筑巢現(xiàn)象偏多，容易因筑巢材料中的超長物體引起線路絕緣降低乃至發(fā)生跳閘事件[3]。雖然輸電線路上已有防鳥刺、超聲波驅(qū)鳥器、聲光驅(qū)鳥器等多種常用防鳥、驅(qū)鳥裝置的應(yīng)用，但均難以適用于等電位側(cè)，且在安裝空間、聲光污染、電源供電等問題均存在一些問題[4-6]，現(xiàn)急需研究一種可以防止鳥類在等電位側(cè)筑巢的防鳥裝置。

1 等電位防鳥巢裝置設(shè)計(jì)

雖然輸電線路上已有防鳥刺、超聲波驅(qū)鳥器等多種常用防鳥、驅(qū)鳥裝置的應(yīng)用，但均難以適用于等電位側(cè)，且在安裝空間、聲光污染、電源供電等方面均存在問題。文中研究設(shè)計(jì)出等電位防鳥巢裝置，試圖解決超特高壓直流輸電線路等電位側(cè)鳥巢危害問題。

觀察統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)交直流超特高壓在耐張導(dǎo)線掛線點(diǎn)附近、直線塔的導(dǎo)線線夾處、導(dǎo)線間隔棒處等是鳥類易筑巢區(qū)域，也是本文研究設(shè)計(jì)針對(duì)的重點(diǎn)區(qū)域。根據(jù)相關(guān)區(qū)域線路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，考慮鳥窩一般搭建在調(diào)整板等有孔洞的金具上，因此可以將孔洞遮蓋，設(shè)計(jì)半圓拱板，讓筑巢材料無處安放，半圓的拱板上無法提供鳥類棲息平臺(tái)。為便于安裝及減少對(duì)電線路電場(chǎng)的影響，該防鳥巢裝置結(jié)構(gòu)采用半圓柱形，兩端用1/4球面封口；為滿足重量輕、耐腐蝕及使用壽命長等特性，裝置的材料采用兩種類型，一種為片狀模壓塑料板材（SMC），另一種為金屬材料。

2 電場(chǎng)仿真分析

本文利用ansys建立±500 kV直線塔雙聯(lián)懸垂復(fù)合絕緣子串模型并進(jìn)行仿真計(jì)算在未安裝防鳥罩時(shí)其周圍空間電場(chǎng)分布情況，與安裝防鳥罩之后其空間電場(chǎng)分布情況作對(duì)比，研究防鳥罩對(duì)空間電場(chǎng)分布的影響。仿真計(jì)算時(shí)，防鳥罩的材料分為兩種類型，一種為片狀模壓塑料板材（SMC），另一種為金屬材料。對(duì)于雙聯(lián)懸垂復(fù)合絕緣子串，根據(jù)情況對(duì)高壓極絕緣子串下端聯(lián)接金具、均壓環(huán)及導(dǎo)線加載高電位Um=500 kV，對(duì)低壓極導(dǎo)線加載低電位Um=-500 kV，而最上端的絕緣子聯(lián)接金具、均壓環(huán)及桿塔加載0電位，對(duì)于復(fù)合絕緣子，相對(duì)介電常數(shù)取3.5。對(duì)于防鳥罩，當(dāng)其為片狀模壓塑料板材時(shí)，相對(duì)介電常數(shù)取為3；當(dāng)其為金屬材料時(shí)，相對(duì)介電常數(shù)取為1，且需要對(duì)金屬防鳥罩模型的所有計(jì)算節(jié)點(diǎn)進(jìn)行電位耦合。

仿真的結(jié)果主要從整體電場(chǎng)，金具及防鳥罩電場(chǎng)方面分析防鳥罩對(duì)直線塔周圍電場(chǎng)分布的模型。

2.1 整體電場(chǎng)分布

未安裝防鳥罩、安裝SMC材料防鳥罩及安裝金屬防鳥罩后，±500 kV直線塔易筑巢區(qū)域空間電場(chǎng)仿真結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，在未安裝防鳥罩時(shí)，±500 kV直線塔等電位側(cè)易筑巢區(qū)域周圍空間電場(chǎng)最大值為1765 kV/m。安裝SMC材料的防鳥罩后，該區(qū)域周圍空間電場(chǎng)最大值為1766 kV/m，與未安裝防鳥罩時(shí)相比，空間內(nèi)電場(chǎng)的分布規(guī)律沒有變化，大小分布及最大值也基本保持不變。安裝金屬材料的防鳥罩后，±500 kV直線塔等電位側(cè)易筑巢區(qū)域周圍空間電場(chǎng)最大值為1745 kV/m，與未安裝防鳥罩時(shí)相比，空間最大電場(chǎng)值減小了20 kV/m，但其空間電場(chǎng)分布規(guī)律基本相同，數(shù)值上有較小差異。

2.2 金具及防鳥罩電場(chǎng)分布

（1）均壓環(huán)及均壓屏蔽環(huán)，由于安裝防鳥罩后，各類均壓環(huán)及均壓屏蔽環(huán)的電場(chǎng)分布云圖與未安裝防鳥罩時(shí)的規(guī)律基本相同，只是在數(shù)值上有略微差異，因此下面直接將各類均壓環(huán)及均壓屏蔽環(huán)表面電場(chǎng)最大值列于表1。

由表1可知，由于防鳥罩安裝在等電位側(cè)，因此對(duì)低壓端的小均壓環(huán)表面電場(chǎng)最大值基本無影響，對(duì)于高壓端的均壓屏蔽環(huán)和小均壓環(huán)表面電場(chǎng)最大值均有一定影響，且金屬防鳥罩對(duì)高壓端均壓屏蔽環(huán)和小均壓環(huán)表面電場(chǎng)最大值的影響比SMC材料防鳥罩的影響要大，變化率分別為1.13%和1.75%。

（2）十字聯(lián)板及防鳥罩，±500 kV直線塔模型中未安裝防鳥罩及安裝不同材料的防鳥罩時(shí)十字聯(lián)板和防鳥罩的電場(chǎng)分布云圖如圖2及圖3所示。

由圖2可知，安裝防鳥罩后十字聯(lián)板表面電場(chǎng)的最大值相較于未安裝時(shí)均有一定程度的下降，其中安裝SMC材料的防鳥罩時(shí)，十字聯(lián)板表面電場(chǎng)分布規(guī)律與未安裝防鳥罩時(shí)基本相同，電場(chǎng)最大值下降了40 kV/m，變化率為2.28%，安裝金屬防鳥罩時(shí)，十字聯(lián)板表面電場(chǎng)分布規(guī)律與未安裝防鳥罩時(shí)存在較大差異，十字聯(lián)板上半部分的電場(chǎng)明顯減小，主要是由于安裝在十字聯(lián)板上方的金屬防鳥罩對(duì)其表面電場(chǎng)具有一定屏蔽作用，可見金屬防鳥罩對(duì)十字聯(lián)板表面電場(chǎng)分布的影響要大于SMC材料的防鳥罩，其最大電場(chǎng)值下降了43 kV/m，變化率為2.45%。

由圖3可知，SMC材料防鳥罩和金屬防鳥罩表面的最大電場(chǎng)分別為654.082 kV/m和769.087 kV/m。

2.3 絕緣子電場(chǎng)分布曲線對(duì)比

±500 kV直線塔在未安裝防鳥罩和分別安裝SMC材料防鳥罩和金屬防鳥罩時(shí)，雙聯(lián)絕緣子串中心線處電場(chǎng)曲線圖及局部放大圖如圖4所示。

由圖4可知，安裝SMC材料的防鳥罩后的絕緣子串電場(chǎng)分布曲線與未安裝防鳥罩時(shí)的絕緣子串電場(chǎng)分布曲線基本重合，而安裝金屬防鳥罩對(duì)整串絕緣子周圍電場(chǎng)分布趨勢(shì)影響不大，只是對(duì)鄰近金屬防鳥罩的高壓端絕緣子電場(chǎng)產(chǎn)生了一定影響，其電場(chǎng)值相較于未安裝防鳥罩時(shí)有了一定程度的增大，最大差值約為40.6 kV/m。由此可見，金屬防鳥罩對(duì)絕緣子電場(chǎng)分布的影響大于SMC材料的防鳥罩。

3 結(jié)語

為解決直流超特高壓等電位側(cè)鳥巢較多的問題，該文提出了一種新型等電位防鳥罩，并利用ansys仿真計(jì)算了安裝不同材料防鳥罩后±500 kV直線塔周圍電場(chǎng)分布，發(fā)現(xiàn)SMC材料防鳥罩相比金屬防鳥罩對(duì)直線塔電場(chǎng)的影響較小，并且重量輕，耐腐蝕，易安裝，對(duì)于提高供電可靠性，降低鳥巢對(duì)輸電線路的影響具有重要意義。

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