10 kV架空線路鼠害分析及可地電位安裝防鼠刺應(yīng)用

徐東旭，陳 宇，閆 坤，顏鈺霆，繆進(jìn)榮，王 冠，王 乾，何苗壯

(國(guó)網(wǎng)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(qū)環(huán)境的改善以及森林綠化的持續(xù)增加，小松鼠活動(dòng)呈現(xiàn)越來越頻繁的趨勢(shì)，同時(shí)松江地區(qū)小電阻接地系統(tǒng)的應(yīng)用逐漸增多，給電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來了巨大挑戰(zhàn)[1-2]。對(duì)于采用小電阻接地變電站出線，小松鼠引起的電網(wǎng)故障(以下簡(jiǎn)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(dān)或設(shè)備金屬部分相接，使絕緣子短路，從而造成線路對(duì)地放電，引發(fā)電網(wǎng)故障；小松鼠同時(shí)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(fā)電網(wǎng)故障。對(duì)于采用消弧線圈接地變電站出線，當(dāng)小松鼠通過其身體將線路單相帶電部分與橫擔(dān)或設(shè)備金屬部分相接時(shí)，由于消弧線圈的存在，并不構(gòu)成電網(wǎng)對(duì)地大電流通路，因此不會(huì)產(chǎn)生過電流，引發(fā)電網(wǎng)故障；而當(dāng)小松鼠通過其身體將線路兩相短接時(shí)，由于兩相短路通路仍然存在，因此會(huì)造成線路兩相短路，引發(fā)電網(wǎng)故障[3-5]。

現(xiàn)有10 kV架空線路故障研究主要針對(duì)鳥害、外破、雷擊及極端天氣的影響[6-7]。文獻(xiàn)[8]分析了架空線路鳥害的形成原因及防治措施。文獻(xiàn)[9]通過為鳥類建立人工鳥巢，采用驅(qū)引結(jié)合的方式緩解鳥害對(duì)電網(wǎng)的影響。為防止外力破壞對(duì)電網(wǎng)的影響，文獻(xiàn)[10]提出了外力破壞預(yù)警系統(tǒng)。文獻(xiàn)[11]分析了雷擊對(duì)電網(wǎng)的影響，提出了一種故障智能診斷系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)雷擊故障識(shí)別與精確定位。文獻(xiàn)[12]探討了臺(tái)風(fēng)極端天氣對(duì)電網(wǎng)指標(biāo)的影響。對(duì)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(dǎo)線調(diào)換為絕緣線，對(duì)絕緣子、桿刀、柱上開關(guān)、電纜過度支架等線路裸露部分添加相應(yīng)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(shí)際運(yùn)用中，這些方式卻存在著因小松鼠啃咬絕緣罩或絕緣罩長(zhǎng)時(shí)間暴露在戶外發(fā)生熱脹冷縮、老化而出現(xiàn)絕緣罩脫落的情況，從而導(dǎo)致線路絕緣產(chǎn)生缺失，防小松鼠故障能力下降。本文基于上海市松江地區(qū)近三年小松鼠故障數(shù)據(jù)，分析小松鼠引起10 kV架空線路故障的環(huán)境特征、季節(jié)特征、設(shè)備特征以及并對(duì)現(xiàn)有防小松鼠故障措施進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)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(qū)的實(shí)際運(yùn)用，驗(yàn)證該防鼠刺在小松鼠故障防治方面的優(yōu)越性。

1 小松鼠故障數(shù)據(jù)分析

為充分了解小松鼠對(duì)線路故障產(chǎn)生的影響，以上海市松江地區(qū)2019—2021年小松鼠故障數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分別從環(huán)境特征、季節(jié)特征與設(shè)備特征三個(gè)方面進(jìn)行分析，為小松鼠故障治理奠定基礎(chǔ)。松江地區(qū)近三年小松鼠故障數(shù)據(jù)見表1。

表1 2019—2021年小松鼠故障數(shù)據(jù)

由表1可見，近三年松江地區(qū)由小松鼠所引起的故障總次數(shù)為92起，且呈現(xiàn)逐年增多的趨勢(shì)。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(tǒng)應(yīng)用的增多及自然環(huán)境的改善，由小松鼠引起的故障次數(shù)不斷增加，已嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行，小松鼠故障防治刻不容緩。

1.1 小松鼠故障環(huán)境特征

從小松鼠活動(dòng)的環(huán)境特征進(jìn)行分析，近三年小松鼠所引起的故障與其所對(duì)應(yīng)的區(qū)域如表2所示，小松鼠故障所屬區(qū)域占比如圖1所示。

由表2可見，近三年佘山天馬地區(qū)發(fā)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(dāng)。綠地公園地區(qū)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(qū)三年總計(jì)為4起，占比較少。

表2 近三年不同地區(qū)小松鼠故障次數(shù)

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(qū)及綠地、公園，都為植被茂盛的地區(qū)，其中佘山天馬地區(qū)占比為72.83%，綠地公園占比為21.74%，其他地區(qū)占比僅為5.43%。因此，小松鼠故障治理的重點(diǎn)應(yīng)為植被茂盛地區(qū)，包括現(xiàn)今已發(fā)生小松鼠故障的佘山天馬地區(qū)及綠地公園地區(qū)，對(duì)于尚未發(fā)生故障的植被茂盛地區(qū)也應(yīng)采取相應(yīng)措施，防患于未然。

1.2 小松鼠故障季節(jié)特征

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

圖2 近三年不同季節(jié)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(tài)環(huán)境的改善，小松鼠活動(dòng)季節(jié)逐漸呈均勻分布趨勢(shì)，2021年春季、夏季、秋季、冬季發(fā)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(jié)屬性，在實(shí)際運(yùn)行中，應(yīng)全年不間斷防治小松鼠故障。

1.3 小松鼠故障設(shè)備特征

為了更有效地防治小松鼠故障，避免資源浪費(fèi)，需對(duì)小松鼠發(fā)生故障位置進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如表4所示。

表4 不同位置小松鼠故障次數(shù)

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(shè)備處，因此，小松鼠故障防治重點(diǎn)應(yīng)集中于這些位置。

2 現(xiàn)有防小松鼠故障措施分析

現(xiàn)有防小松鼠措施均為線路絕緣化，通過將裸導(dǎo)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(fā)了多種線路絕緣保護(hù)罩：對(duì)于安普線夾，加裝安普絕緣罩；對(duì)于接地環(huán)加裝接地環(huán)絕緣罩；對(duì)于桿刀，更換全絕緣桿刀；對(duì)于柱上開關(guān)裝置，加裝柱上開關(guān)樁頭絕緣罩；對(duì)于自落熔絲，加裝熔絲絕緣罩；對(duì)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(dān)；對(duì)于耐張絕緣子，更換防雷耐張絕緣子或加裝耐張絕緣罩；對(duì)于用戶穿墻套管，加裝絕緣罩。架空線路不同設(shè)備絕緣化如圖3所示。

圖3 架空線路不同設(shè)備絕緣化

在實(shí)際運(yùn)行中，線路絕緣化方法存在三方面的不足：一是在對(duì)線路進(jìn)行絕緣化改造時(shí)，線路必須停電，對(duì)線路停電用戶產(chǎn)生影響；二是對(duì)于已實(shí)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(zhǎng)時(shí)間暴露在戶外熱發(fā)生脹冷縮、老化而出現(xiàn)絕緣罩脫落的情況，從而導(dǎo)致線路絕緣產(chǎn)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(jīng)濟(jì)性不高。

3 可地電位安裝架空線路防鼠刺設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)思路為：通過在線路耐張絕緣子及設(shè)備的兩端增加阻擋小松鼠的隔離設(shè)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(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖4 防鼠刺安裝位置

圖5 防鼠刺結(jié)構(gòu)

在圖5中，尖刺單元起到隔絕小松鼠的作用，當(dāng)其安裝于導(dǎo)線上時(shí)，固定輪固定不動(dòng)，旋轉(zhuǎn)輪繞固定輪軸向延伸部分轉(zhuǎn)動(dòng)；硅膠墊單元位于裝置內(nèi)部，起到適應(yīng)不同直徑導(dǎo)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(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)過程中脫離固定輪軸向延伸部分的作用。

為了使旋轉(zhuǎn)輪可靠轉(zhuǎn)動(dòng)，固定輪軸向延伸部分外表面有環(huán)形結(jié)構(gòu)，如圖 6所示。為了安裝方便，在固定輪與旋轉(zhuǎn)輪的一端設(shè)置有開關(guān)壓板，另一端為可開合設(shè)計(jì)，并且在開關(guān)壓板上有可供操作工具固定的孔位。固定輪內(nèi)部含有可使其保持打開狀態(tài)的撐桿，此撐桿受外力作用可滑落，使固定輪處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)固定輪與旋轉(zhuǎn)輪開關(guān)壓板處于同一軸向位置時(shí)，固定輪與旋轉(zhuǎn)輪可被同時(shí)打開；當(dāng)固定輪與旋轉(zhuǎn)輪開關(guān)壓板處于其他任何位置時(shí)，則固定輪與旋轉(zhuǎn)輪不能被打開。開關(guān)壓板結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖6 固定輪軸向延伸部分結(jié)構(gòu)

圖7 開關(guān)壓板結(jié)構(gòu)

相比線路絕緣化方法，防鼠刺具有以下幾方面優(yōu)勢(shì)。首先，防鼠刺固定輪與旋轉(zhuǎn)輪的組合模式，增大了軸向長(zhǎng)度，可有效防止小松鼠通過跳躍的方式靠近線路設(shè)備。旋轉(zhuǎn)輪在外力觸碰時(shí)會(huì)發(fā)生360°旋轉(zhuǎn)，從而使小松鼠隨著旋轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)而掉落。其次，在安裝時(shí)僅需將旋轉(zhuǎn)輪開關(guān)壓板與固定輪開關(guān)壓板處于同一軸向位置，將固定輪與旋轉(zhuǎn)輪同時(shí)打開，用固定輪內(nèi)部的撐桿支撐其保持打開狀態(tài)，將絕緣安裝工具卡入開關(guān)壓板的固定孔位；當(dāng)防鼠刺靠近導(dǎo)線時(shí)，導(dǎo)線觸碰撐桿，撐桿滑落，從而使固定輪與旋轉(zhuǎn)輪同時(shí)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(shí)現(xiàn)大批量快速安裝。當(dāng)旋轉(zhuǎn)輪閉合后，其旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)將使得旋轉(zhuǎn)輪開關(guān)壓板與固定輪開關(guān)壓板處于不同軸向位置，從而使得旋轉(zhuǎn)輪與固定輪無法打開，不易脫落。最后，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)性高，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。

4 可地電位安裝防鼠刺應(yīng)用案例

步?jīng)苷九c泗陳站由于其線路主要分布在上海市松江地區(qū)佘山天馬及綠地、公園地區(qū)，受小松鼠影響較大，其中以步31強(qiáng)業(yè)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(jié)合其線路通道特點(diǎn)，在該兩線路含有裸露部分的設(shè)備兩端加裝防鼠刺，同時(shí)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(qiáng)業(yè)與陳18訊211兩條線路均未發(fā)生因小松鼠所造成的跳閘故障。防鼠刺安裝實(shí)例如圖8所示。

圖8 防鼠刺安裝實(shí)例

5 結(jié)語

基于上海市松江地區(qū)近三年電網(wǎng)故障數(shù)據(jù)，分析了因小松鼠所造成電網(wǎng)故障的環(huán)境特征、季節(jié)特征以及設(shè)備特征。在此基礎(chǔ)上，分析了現(xiàn)有防小松鼠措施的不足，設(shè)計(jì)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(shí)施案例，驗(yàn)證了該裝置在架空線路防小松鼠故障防治方面的優(yōu)異效果。

在實(shí)際應(yīng)用過程中，該裝置在有效防小松鼠的同時(shí)，也暴露了其不足之處：隨著長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用，由于材料熱脹冷縮的特性，出現(xiàn)了防鼠刺在架空線路上位移的現(xiàn)象，從而對(duì)設(shè)備保護(hù)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(jìn)的方向。