一起鳥糞閃絡引起220 kV引流跳線與地線短接故障分析

伍 弘，徐兆國，劉世濤，楊 凱

(1.國網(wǎng)寧夏電力有限公司電力科學研究院，寧夏 銀川 750011；2.國網(wǎng)寧夏電力有限公司石嘴山供電公司，寧夏 石嘴山 753000)

鳥害是造成架空輸電線路跳閘甚至停運的重要原因之一[1-2]。寧夏電網(wǎng)相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，鳥害引起輸電線路故障占比排名第2位，僅次于外力破壞，而鳥糞閃絡又占鳥害事故的90%以上，并多發(fā)于110 kV～330 kV線路中。鳥糞閃絡是一個突發(fā)事件，目前判斷鳥糞閃絡的依據(jù)主要是閃絡后故障現(xiàn)場桿塔、絕緣子、均壓環(huán)、橫擔、導線及地面等所殘留的鳥糞和放電痕跡，此外，故障區(qū)段附近的鳥類活動也是重要參考依據(jù)。

鳥糞閃絡主要有以下3種情況：鳥糞在空氣中閃絡、鳥糞污閃、鳥糞沿絕緣子串表面閃絡[3-5]。其中鳥糞在空氣中閃絡多發(fā)生在桿塔橫擔與導線間[6-7]，防鳥板、防鳥盒等裝置即是為了防范此類事故發(fā)生[8-9]，但鳥類對環(huán)境的較強適應性造成非常規(guī)事故的發(fā)生。

石嘴山地區(qū)位于寧夏平原北部，境內的沙湖自然保護區(qū)、星海湖國家濕地公園以及大量魚塘等為鳥類棲息繁衍提供了良好的生態(tài)環(huán)境[10]，是輸電線路易發(fā)生鳥害故障的重點防范區(qū)域。通過對一起石嘴山電網(wǎng)因鳥糞閃絡引起引流跳線與地線短接故障分析，指出現(xiàn)有的防鳥措施雖減少了鳥糞導致的導線與橫擔間閃絡、絕緣子表面閃絡故障，但是因鳥類棲息點往桿塔外側移動而導致的地線與跳線間的閃絡還會發(fā)生，造成這一故障的主要原因是跳線角鋼及該段引流線未用絕緣護套包覆，成為了防鳥害盲點，進而引發(fā)鳥糞閃絡。為驗證絕緣護套的防鳥效果及確定不同電壓等級線路防鳥護套的最佳厚度，對用絕緣護套包覆的導線附近電場進行了仿真分析，仿真結果為進一步分析故障原因及提出鳥害預防措施提供了依據(jù)。

1 故障概況

2018年6月17日晚21時50分，寧夏電網(wǎng)某220 kV架空輸電線路B相發(fā)生故障跳閘，隨即重合閘成功，故障電流為21.9 A。運維人員根據(jù)故障測距信息確定故障區(qū)段為83號-84號塔。當晚23時43分，故障巡視人員發(fā)現(xiàn)84號塔西側地線小號側的第1、第2個防振錘及地線掛點有明顯放電痕跡，如圖1所示。防振錘下方跳線角鋼頭有明顯放電痕跡，且散落有大量鳥糞，如圖2所示。在故障點下方地面上、玉米葉子上有大量鳥糞，如圖3所示，桿塔基礎各接地引下線均有放電痕跡。

圖1 防振錘及地線掛點處放電痕跡

圖2 跳線角鋼處放電痕跡及鳥糞(白色)

圖3 故障點下方地面鳥糞痕跡

2 原因分析

為查找該220 kV線路84號耐張塔B相故障跳閘原因，對故障時段天氣及六防環(huán)境進行分析，重點對桿塔現(xiàn)有防鳥害情況進行分析。

2.1 故障時段天氣

造成線路跳閘的原因很多，但多數(shù)都與故障時段的氣象環(huán)境有關。為分析本次故障原因，調取故障時段距離故障點最近的氣象臺站數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1 故障時段故障線路附近氣象信息

由表1可以看出，故障發(fā)生時段天氣狀況為多云，溫度18℃，微風，但相對濕度較大，已達80%。

2.2 六防環(huán)境

故障發(fā)生時，溫度為18℃，無降雨，無異常對流天氣，排除發(fā)生冰害事故；風速1～2 m/s，微風，排除風偏故障；通過查詢雷電定位系統(tǒng)，故障時段故障區(qū)域無落雷，排除雷擊故障；故障區(qū)域位于自然保護區(qū)和田野中，周圍無大型污染源，且2017年對84號塔瓷絕緣子噴涂了PRTV涂料，天氣狀況良好情況下不易形成污穢閃絡；故障發(fā)生時段為夜間21∶50，現(xiàn)場為農(nóng)田區(qū)域，未見大型機械作業(yè)痕跡，且導線對地距離較高，未發(fā)現(xiàn)漂浮物，排除外破可能；故障的220 kV線路為雙分裂導線，微風情況下不易出現(xiàn)舞動故障。

84號塔為該220 kV輸電線路單回耐張塔，其大號側約500 m處為某國家濕地公園，該桿塔所處區(qū)域鳥類活動頻繁，屬鳥害多發(fā)區(qū)。根據(jù)84號塔涉鳥風險等級，桿塔本體裝設有防鳥刺、防鳥傘群、驅鳥器等，整體防鳥設施完善，同時運維人員定期清理塔上鳥巢并及時補充、加裝防鳥刺，現(xiàn)場未發(fā)現(xiàn)有鳥獸類尸體，判斷發(fā)生常規(guī)鳥巢類、鳥體短接類故障可能性小。

本級桿塔為“干字”耐張塔，導線三角形排列(B相位于最上方)，其三相跳線均安裝有防鳥絕緣護套，但B相(故障相)在跳線角鋼處因位置特殊以致角鋼及此段引流線未安裝絕緣護套，從圖2中亦可看出。

2.3 故障原因分析

根據(jù)現(xiàn)場氣象環(huán)境、可能導致跳閘的各種外因及事故現(xiàn)場分析，判斷故障原因仍屬鳥害，且為鳥糞閃絡類故障，但該故障與常規(guī)絕緣子鳥糞閃絡不同。根據(jù)現(xiàn)場地線防振錘放電點、跳線角鋼放電點以及地面散落鳥糞位置分析，此次故障是鳥類夜間棲息在架空地線防振錘處排便，鳥糞在濕度80%RH、微風條件下降落，短接跳線角鋼端頭和防振錘間電氣間隙而引起閃絡放電。放電位置及通道如圖4、圖5所示。

圖4 地線防振錘、跳線角鋼與地面鳥糞落點成1條直線

圖5 鳥糞短接地線及跳線角鋼

本級耐張塔已安裝有較為完善的防鳥害裝置，但跳線角鋼處因位置特殊、安裝不便未安裝防鳥絕緣護套，導致其失去了防護鳥糞閃絡的能力。加之現(xiàn)有措施雖有效阻止了鳥類在橫擔以及導線掛點上方活動，卻使得鳥類棲息位置轉移至地線防振錘處，進而引發(fā)鳥糞閃絡。

3 絕緣護套防鳥害效果分析

本次線路跳閘由鳥糞短接架空地線及跳線角鋼引起，對整條引流線而言，角鋼部位缺乏絕緣護套保護是造成鳥糞閃絡的主要原因。為驗證防鳥絕緣護套效果，確定各電壓等級線路安裝絕緣護套最合適厚度，對不同電壓等級線路絕緣護套的防鳥害效果進行仿真分析。

3.1 仿真分析

絕緣護套厚度越大，對鳥糞閃絡的防治效果越好。以目前市面上某廠家生產(chǎn)絕緣護套為例，其擊穿場強為25.4 kV/mm，220 kV輸電線路單相電壓峰值為179.6 kV?？紤]極端情形，鳥糞貫穿桿塔與絕緣護套，此時絕緣護套承受電壓179.6 kV，若不發(fā)生閃絡，則護套厚度應大于179.6/25.4=7.07 mm。而220 kV線路桿塔其高低壓端距離約有2 m，鳥糞很難拉伸到底部，對其建立仿真模型，如圖6所示。

圖6 220 kV輸電線路絕緣子及絕緣護套仿真模型

圖7 絕緣護套不同厚度下電場變化趨勢

設置絕緣子高低壓端距離為2 150 mm，導線半徑設置為20 mm，依次設置絕緣護套厚度為4、6、8、10 mm，對距離導線中心不同距離處的電場強度進行仿真，結果如圖7所示，不同厚度絕緣護套下最大場強變化情況如圖8所示。

圖8 導線附近最大場強隨絕緣護套厚度變化

由圖8可以看出最優(yōu)絕緣護套厚度應在6～8 mm，考慮220 kV線路絕緣護套極限擊穿厚度為7.07 mm，故取絕緣護套厚度值為6 mm最佳。

同理，對110 kV及330 kV不同絕緣護套厚度與最大電場強度進行仿真，得到不同電壓等級最佳絕緣厚度(見表2)。

表2 不同電壓等級最佳絕緣護套厚度

由上述仿真結果可知，采用一定厚度的絕緣護套包覆導線可有效改善導線附近電場分布，降低最大電場強度，從而降低鳥糞閃絡或鳥體短接風險。

3.2 絕緣護套安裝注意事項

防鳥絕緣包覆應采用符合標準要求的硅橡膠護套材料，可根據(jù)導線、金具形狀、尺寸和電壓等級設計定型，具有廣泛適應性，滿足長期運行要求，能耐受線路最高運行相電壓；可對桿塔的導線、均壓環(huán)和連接金具進行包覆，要求整體一次注射完成，不允許存在接頭，表面應光潔、平整，不允許有裂紋，應配備有安裝搭扣或榫槽，便于現(xiàn)場安裝。

絕緣護套的防鳥效果穩(wěn)定，對110～330 kV架空輸電線路耐張塔中相引流線導體、間隔棒、線夾、角鋼采用絕緣護套包覆能有效預防鳥糞類、鳥體短接類故障(包括角鋼與架空地線間閃絡)，對提升線路安全穩(wěn)定運行具有重要意義。

4 鳥害預防措施

本次故障系鳥糞造成的耐張塔跳線與架空地線閃絡，說明在桿塔現(xiàn)有較為完善的防鳥措施下仍可能發(fā)生特殊的鳥害故障，防護效果有待進一步提升。為避免再次發(fā)生類似故障，鑒于絕緣護套良好的防鳥效能，除對現(xiàn)有防鳥絕緣護套進行改進，研究采用能夠包覆整個角鋼的絕緣護套外，進一步提出以下鳥害預防措施：

(1)針對同類型桿塔(中相引流線采用角鋼固定)展開排查統(tǒng)計，在其地線掛點、金具至防振錘上安裝基座防鳥針板，阻止鳥類在跳線角鋼上方位置活動；

(2)針對單回耐張塔中相引流跳線托擔及懸垂線夾，研究采用新型復合材料絕緣化處理；

(3)鞏固現(xiàn)有防鳥害措施，包括繼續(xù)定期拆除塔上鳥窩、對防鳥刺查漏補缺、加裝超聲波驅鳥器，以及在塔身及地線防振錘涂抹驅鳥藥劑等；

(4)制定防鳥害特巡計劃，開展防鳥害特巡驅鳥，對線路附近、鳥類聚集點進行驚鳥操作，提升線路夜間運行水平。

5 結 論

通過對一起鳥糞閃絡引起220 kV引流跳線與架空地線短接故障分析，得出“干字”型耐張塔中相跳線角鋼與上方地線發(fā)生鳥糞閃絡的主要原因是跳線角鋼未用絕緣護套包覆，而桿塔現(xiàn)有如防鳥刺、大傘裙及驅鳥器等裝置并不能防范所有類型的鳥害故障。通過仿真分析不同電壓等級導線包覆絕緣護套后距離導體中心不同距離處的空間電場情況，得出防鳥護套最佳厚度，也進一步驗證了故障原因及絕緣護套的防鳥效果。為防范類似故障發(fā)生，除研究采用能夠包覆整個角鋼及引流線的絕緣護套外，還應綜合提高輸電線路防鳥害的技防、人防水平。