輸電線路鳥害故障機(jī)理分析與防治措施

崔 健，童 甍

（1.超高壓輸電公司貴陽局，貴州 貴陽 550000；2.武漢三相電力科技有限公司，湖北 武漢 430074）

引言

相當(dāng)比例的輸電線路跳閘故障是因鳥類活動所致。據(jù)國內(nèi)外統(tǒng)計數(shù)據(jù)，1988—1992年間美國弗羅里達(dá)州線路總跳閘次數(shù)為3 230次，不明原因閃絡(luò)占比為48%，推斷鳥害是其中最主要因素[1]。1996至1999年三年間南非275 kV系統(tǒng)共發(fā)生事故1 326次，其中鳥糞閃絡(luò)占比高達(dá)34%，是造成該地區(qū)電網(wǎng)事故的首要原因[2-3]。

近20年來，隨著人類逐漸關(guān)注并致力于環(huán)境及生態(tài)保護(hù)，生態(tài)環(huán)境得到較好的改善，與此同時，鳥類數(shù)量也得到大幅增加。此外，各種電壓等級輸電線路大范圍投入運行，較高的輸電線路是鳥類喜歡棲息的場所，頻繁的鳥類活動已經(jīng)給電網(wǎng)運行造成了嚴(yán)重影響。分析鳥害故障形成原因，進(jìn)而找到鳥害防范措施，對電力系統(tǒng)安全運行具有重要意義。

1 鳥害故障機(jī)理分析

鳥類排泄的糞便造成閃絡(luò)是各種鳥害閃絡(luò)的最典型形式，其占據(jù)比例最高。按故障形成過程可分為鳥糞造成絕緣子沿面污閃和鳥糞下落時短接高低壓空氣間隙造成的空間閃絡(luò)兩種，而鳥糞空間閃絡(luò)又占據(jù)90%以上比例，國內(nèi)外多條高壓線路曾因鳥糞閃絡(luò)而發(fā)生跳閘故障。因此分析鳥害故障機(jī)理與相關(guān)防范措施，對電力系統(tǒng)安全運行具有重要意義。

1.1 鳥糞空間閃絡(luò)

具有較高電導(dǎo)率的鳥糞從絕緣子旁兩邊空氣間隙下落時，會引起局部場強(qiáng)發(fā)生嚴(yán)重畸變，進(jìn)而引起間隙擊穿。該理論有別于傳統(tǒng)的鳥糞積累造成絕緣子污閃的觀點。

1.1.1 閃絡(luò)過程

1）鳥糞排出后拉伸變長。鳥糞從鳥身體排出后，以一定的初速度向下墜落，在下落過程中，鳥糞前部速度一直大于后部，由于鳥糞具有一定的黏度，因此具有一定的可拉伸性，當(dāng)前端一直快于后端時，鳥糞長度越來越大，并在絕緣子兩端空氣間隙里形成了細(xì)長的導(dǎo)電通道。

2）電場畸變。鳥糞具有一定的電導(dǎo)率和長度，部分甚至全部短接絕緣子旁高低壓端空氣間隙，引起兩端間隙場強(qiáng)嚴(yán)重畸變。

3）間隙擊穿。高低壓端空氣間隙場強(qiáng)超過臨界擊穿場強(qiáng)時，間隙發(fā)生擊穿，擊穿后產(chǎn)生電弧并沿鳥糞通道迅速向中間蔓延，當(dāng)電弧完全貫通兩極時，閃絡(luò)即發(fā)生，線路跳閘。

1.1.2 鳥糞空間閃絡(luò)影響因素

1）電壓等級。相關(guān)研究表明，對于110 kV輸電系統(tǒng)，當(dāng)鳥糞前端部與高壓端導(dǎo)體距離約13 cm時，鳥糞閃絡(luò)概率為50%，當(dāng)距離低于13 cm時，則100%概率閃絡(luò)。500 kV以下電壓等級絕緣子串長度相對不算很長，自然界鳥類排便較易橋接絕緣子旁空氣間隙，因此鳥糞閃絡(luò)發(fā)生概率較高，而500 kV及以上電壓等級由于絕緣子串很長，自然界很難形成如此長串鳥糞使得間隙發(fā)生有效橋接，因此閃絡(luò)較難發(fā)生。

2）鳥糞電導(dǎo)率。鳥糞電導(dǎo)率較小時，類似于絕緣物質(zhì)，其存在對空間電場分布影響較小，對空氣絕緣影響不大，難以發(fā)生閃絡(luò)；反之，鳥糞電導(dǎo)率較高時則類似于良導(dǎo)體，容易造成空氣間隙擊穿。文獻(xiàn)[3]研究數(shù)據(jù)表明，對于110 kV輸電線路，當(dāng)鳥糞電導(dǎo)率不超過2 000 μs/cm時，無閃絡(luò)發(fā)生，而鳥糞電導(dǎo)率達(dá)到3 200 μs/cm后則100%發(fā)生閃絡(luò)。國外有學(xué)者測得部分鳥糞電導(dǎo)率可達(dá)8 000 μs/cm，該電導(dǎo)率鳥糞足以引起間隙閃絡(luò)。

3）鳥糞黏度。鳥糞形態(tài)是影響鳥糞閃絡(luò)特性的重要因素之一，連續(xù)的長串鳥糞更容易造成間隙擊穿，反之?dāng)鄶嗬m(xù)續(xù)形態(tài)的鳥糞對絕緣子空氣間隙閃絡(luò)特性影響較小。當(dāng)鳥糞黏度過低時，鳥糞下落時很容易呈斷斷續(xù)續(xù)的狀態(tài)，反之當(dāng)鳥糞黏度過高時，難以拉伸成長條狀態(tài)，因此過低或過高黏度的鳥糞均難以使間隙發(fā)生擊穿，只有適度黏度的鳥糞下落時才可形成長直鳥糞通道，使得閃絡(luò)易于發(fā)生。

1.2 鳥糞污閃

鳥糞下落時，有可能滴落在絕緣子上并不斷累積，在一定的條件下形成污閃事故，鳥糞污閃按形成過程來看可分為以下兩種。

1）大排量鳥糞下落時造成多片絕緣子傘裙嚴(yán)重積污，絕緣子沿面在很短時間內(nèi)即發(fā)生擊穿，當(dāng)大量集群鳥類出現(xiàn)時容易造成此類閃絡(luò)發(fā)生，文獻(xiàn)[2]報道了國外成千上萬鳥類密集排便引起多起鳥糞污閃跳閘事故。

2）鳥糞在絕緣子上經(jīng)過長時間的逐漸累積后，對絕緣子傘裙形成了有效覆蓋，在氣候潮濕環(huán)境下，絕緣子表面鳥糞受潮，引起沿面閃絡(luò)發(fā)生。

2 鳥害故障防治措施

國內(nèi)外針對鳥害的防范已進(jìn)行了大量的研究以及工程實踐，目前鳥害故障的防治主要從預(yù)防、隔離及驅(qū)趕三個角度入手。

2.1 預(yù)防措施

1）在建設(shè)新輸電線路前，應(yīng)進(jìn)行認(rèn)真的規(guī)劃與設(shè)計，充分考慮并調(diào)查沿線走廊內(nèi)鳥類活動及鳥類分布特征規(guī)律，結(jié)合鳥害活動強(qiáng)度分布，對鳥類頻繁活動區(qū)段輸電線路做好重點防范。

2）新建設(shè)線路應(yīng)盡可能繞開沼澤、森林、湖泊、農(nóng)田等鳥類數(shù)量較多的區(qū)域。

3）輸電線路經(jīng)過鳥類喜好在輸電線路筑巢的鳥類區(qū)域時，可以在輸電線路桿塔附近設(shè)立人工桿塔，以吸引鳥類筑巢。在污穢嚴(yán)重且濕度較高地區(qū)，應(yīng)加強(qiáng)線路巡檢，對積污絕緣子保持經(jīng)常清洗。

2.2 驅(qū)趕措施

通過一定的強(qiáng)制措施，直接或間接地將鳥類驅(qū)離輸電線路，主要有如下幾種方式。

2.2.1 安裝防鳥刺

防鳥刺為一發(fā)散的鋼刺，一般安裝于絕緣子正上方的橫擔(dān)上，主要有多股鋼絞線組成，其一端固定于桿塔橫擔(dān)上，另一端則呈“蘑菇”狀向天空散開。防鳥刺可有效防止鳥類直接停留在絕緣子正上方。

2.2.2 風(fēng)車式驅(qū)鳥器

風(fēng)車式驅(qū)鳥器有如下特征：通過風(fēng)扇葉片，以自然風(fēng)力驅(qū)動，無需額外電源；風(fēng)扇葉片上涂抹有黃色或紅色碗形部件，內(nèi)裝設(shè)有反光鏡，可以反射太陽光，此外，加上轉(zhuǎn)動的風(fēng)扇和鮮艷的顏色，使得鳥類不敢接近。風(fēng)車式驅(qū)鳥器結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，容易安裝，但存在著易老化、壽命不長的弱點，此外，鳥類具有一定的適應(yīng)性，經(jīng)過一段時間后鳥類對該裝置不再恐懼，使得驅(qū)鳥效果大打折扣。

2.2.3 聲音、超聲波驅(qū)鳥器

利用鳥類謹(jǐn)慎、膽小的特點，將不同類別鳥類害怕或敏感的聲音錄入播放器內(nèi)，定時或周期性地啟動播放器，達(dá)到驅(qū)趕鳥類的目的。與風(fēng)車式驅(qū)鳥器存在相同的缺點，由于鳥類具有適應(yīng)性，在長時間運行后，驅(qū)鳥效果會大幅下降。

3 結(jié)論

國內(nèi)外電網(wǎng)在鳥害防治上進(jìn)行了長時間探索，也取得了一定的成效，然而目前仍然沒有哪種防鳥措施可以徹底根除鳥害，因此，相關(guān)研究有待拓展和深入，建議從如下方面進(jìn)行展開。

1）對不同地理和生態(tài)環(huán)境下鳥類活動規(guī)律進(jìn)行統(tǒng)計分析，得到典型環(huán)境下鳥類數(shù)量、種類及活動分布規(guī)律；深入研究各種鳥類的習(xí)性，分析鳥類筑巢、棲息、捕食等特征，構(gòu)建詳盡的資料庫。

2）對于擬新建的輸電線路，對輸電通道走廊內(nèi)鳥類活動進(jìn)行充分詳盡的考察與統(tǒng)計，并對可能出現(xiàn)的鳥害故障情況評估，在綜合防鳥措施投入、防鳥措施對鳥類的影響、防鳥措施對輸電線路鳥害防護(hù)效果等多方面制定最佳措施。

3）不斷推進(jìn)新材料、新方法以及新技術(shù)在輸電線路中的應(yīng)用，通過科技創(chuàng)新來解決輸電線路鳥害防治的難題。