一起鸟粪闪络引起220 kV引流跳线与地线短接故障分析

伍 弘，徐兆国，刘世涛，杨 凯

(1.国网宁夏电力有限公司电力科学研究院，宁夏 银川 750011；2.国网宁夏电力有限公司石嘴山供电公司，宁夏 石嘴山 753000)

鸟害是造成架空输电线路跳闸甚至停运的重要原因之一[1-2]。宁夏电网相关统计数据表明，鸟害引起输电线路故障占比排名第2位，仅次于外力破坏，而鸟粪闪络又占鸟害事故的90%以上，并多发于110 kV～330 kV线路中。鸟粪闪络是一个突发事件，目前判断鸟粪闪络的依据主要是闪络后故障现场杆塔、绝缘子、均压环、横担、导线及地面等所残留的鸟粪和放电痕迹，此外，故障区段附近的鸟类活动也是重要参考依据。

鸟粪闪络主要有以下3种情况：鸟粪在空气中闪络、鸟粪污闪、鸟粪沿绝缘子串表面闪络[3-5]。其中鸟粪在空气中闪络多发生在杆塔横担与导线间[6-7]，防鸟板、防鸟盒等装置即是为了防范此类事故发生[8-9]，但鸟类对环境的较强适应性造成非常规事故的发生。

石嘴山地区位于宁夏平原北部，境内的沙湖自然保护区、星海湖国家湿地公园以及大量鱼塘等为鸟类栖息繁衍提供了良好的生态环境[10]，是输电线路易发生鸟害故障的重点防范区域。通过对一起石嘴山电网因鸟粪闪络引起引流跳线与地线短接故障分析，指出现有的防鸟措施虽减少了鸟粪导致的导线与横担间闪络、绝缘子表面闪络故障，但是因鸟类栖息点往杆塔外侧移动而导致的地线与跳线间的闪络还会发生，造成这一故障的主要原因是跳线角钢及该段引流线未用绝缘护套包覆，成为了防鸟害盲点，进而引发鸟粪闪络。为验证绝缘护套的防鸟效果及确定不同电压等级线路防鸟护套的最佳厚度，对用绝缘护套包覆的导线附近电场进行了仿真分析，仿真结果为进一步分析故障原因及提出鸟害预防措施提供了依据。

1 故障概况

2018年6月17日晚21时50分，宁夏电网某220 kV架空输电线路B相发生故障跳闸，随即重合闸成功，故障电流为21.9 A。运维人员根据故障测距信息确定故障区段为83号-84号塔。当晚23时43分，故障巡视人员发现84号塔西侧地线小号侧的第1、第2个防振锤及地线挂点有明显放电痕迹，如图1所示。防振锤下方跳线角钢头有明显放电痕迹，且散落有大量鸟粪，如图2所示。在故障点下方地面上、玉米叶子上有大量鸟粪，如图3所示，杆塔基础各接地引下线均有放电痕迹。

图1 防振锤及地线挂点处放电痕迹

图2 跳线角钢处放电痕迹及鸟粪(白色)

图3 故障点下方地面鸟粪痕迹

2 原因分析

为查找该220 kV线路84号耐张塔B相故障跳闸原因，对故障时段天气及六防环境进行分析，重点对杆塔现有防鸟害情况进行分析。

2.1 故障时段天气

造成线路跳闸的原因很多，但多数都与故障时段的气象环境有关。为分析本次故障原因，调取故障时段距离故障点最近的气象台站数据，如表1所示。

表1 故障时段故障线路附近气象信息

由表1可以看出，故障发生时段天气状况为多云，温度18℃，微风，但相对湿度较大，已达80%。

2.2 六防环境

故障发生时，温度为18℃，无降雨，无异常对流天气，排除发生冰害事故；风速1～2 m/s，微风，排除风偏故障；通过查询雷电定位系统，故障时段故障区域无落雷，排除雷击故障；故障区域位于自然保护区和田野中，周围无大型污染源，且2017年对84号塔瓷绝缘子喷涂了PRTV涂料，天气状况良好情况下不易形成污秽闪络；故障发生时段为夜间21∶50，现场为农田区域，未见大型机械作业痕迹，且导线对地距离较高，未发现漂浮物，排除外破可能；故障的220 kV线路为双分裂导线，微风情况下不易出现舞动故障。

84号塔为该220 kV输电线路单回耐张塔，其大号侧约500 m处为某国家湿地公园，该杆塔所处区域鸟类活动频繁，属鸟害多发区。根据84号塔涉鸟风险等级，杆塔本体装设有防鸟刺、防鸟伞群、驱鸟器等，整体防鸟设施完善，同时运维人员定期清理塔上鸟巢并及时补充、加装防鸟刺，现场未发现有鸟兽类尸体，判断发生常规鸟巢类、鸟体短接类故障可能性小。

本级杆塔为“干字”耐张塔，导线三角形排列(B相位于最上方)，其三相跳线均安装有防鸟绝缘护套，但B相(故障相)在跳线角钢处因位置特殊以致角钢及此段引流线未安装绝缘护套，从图2中亦可看出。

2.3 故障原因分析

根据现场气象环境、可能导致跳闸的各种外因及事故现场分析，判断故障原因仍属鸟害，且为鸟粪闪络类故障，但该故障与常规绝缘子鸟粪闪络不同。根据现场地线防振锤放电点、跳线角钢放电点以及地面散落鸟粪位置分析，此次故障是鸟类夜间栖息在架空地线防振锤处排便，鸟粪在湿度80%RH、微风条件下降落，短接跳线角钢端头和防振锤间电气间隙而引起闪络放电。放电位置及通道如图4、图5所示。

图4 地线防振锤、跳线角钢与地面鸟粪落点成1条直线

图5 鸟粪短接地线及跳线角钢

本级耐张塔已安装有较为完善的防鸟害装置，但跳线角钢处因位置特殊、安装不便未安装防鸟绝缘护套，导致其失去了防护鸟粪闪络的能力。加之现有措施虽有效阻止了鸟类在横担以及导线挂点上方活动，却使得鸟类栖息位置转移至地线防振锤处，进而引发鸟粪闪络。

3 绝缘护套防鸟害效果分析

本次线路跳闸由鸟粪短接架空地线及跳线角钢引起，对整条引流线而言，角钢部位缺乏绝缘护套保护是造成鸟粪闪络的主要原因。为验证防鸟绝缘护套效果，确定各电压等级线路安装绝缘护套最合适厚度，对不同电压等级线路绝缘护套的防鸟害效果进行仿真分析。

3.1 仿真分析

绝缘护套厚度越大，对鸟粪闪络的防治效果越好。以目前市面上某厂家生产绝缘护套为例，其击穿场强为25.4 kV/mm，220 kV输电线路单相电压峰值为179.6 kV。考虑极端情形，鸟粪贯穿杆塔与绝缘护套，此时绝缘护套承受电压179.6 kV，若不发生闪络，则护套厚度应大于179.6/25.4=7.07 mm。而220 kV线路杆塔其高低压端距离约有2 m，鸟粪很难拉伸到底部，对其建立仿真模型，如图6所示。

图6 220 kV输电线路绝缘子及绝缘护套仿真模型

图7 绝缘护套不同厚度下电场变化趋势

设置绝缘子高低压端距离为2 150 mm，导线半径设置为20 mm，依次设置绝缘护套厚度为4、6、8、10 mm，对距离导线中心不同距离处的电场强度进行仿真，结果如图7所示，不同厚度绝缘护套下最大场强变化情况如图8所示。

图8 导线附近最大场强随绝缘护套厚度变化

由图8可以看出最优绝缘护套厚度应在6～8 mm，考虑220 kV线路绝缘护套极限击穿厚度为7.07 mm，故取绝缘护套厚度值为6 mm最佳。

同理，对110 kV及330 kV不同绝缘护套厚度与最大电场强度进行仿真，得到不同电压等级最佳绝缘厚度(见表2)。

表2 不同电压等级最佳绝缘护套厚度

由上述仿真结果可知，采用一定厚度的绝缘护套包覆导线可有效改善导线附近电场分布，降低最大电场强度，从而降低鸟粪闪络或鸟体短接风险。

3.2 绝缘护套安装注意事项

防鸟绝缘包覆应采用符合标准要求的硅橡胶护套材料，可根据导线、金具形状、尺寸和电压等级设计定型，具有广泛适应性，满足长期运行要求，能耐受线路最高运行相电压；可对杆塔的导线、均压环和连接金具进行包覆，要求整体一次注射完成，不允许存在接头，表面应光洁、平整，不允许有裂纹，应配备有安装搭扣或榫槽，便于现场安装。

绝缘护套的防鸟效果稳定，对110～330 kV架空输电线路耐张塔中相引流线导体、间隔棒、线夹、角钢采用绝缘护套包覆能有效预防鸟粪类、鸟体短接类故障(包括角钢与架空地线间闪络)，对提升线路安全稳定运行具有重要意义。

4 鸟害预防措施

本次故障系鸟粪造成的耐张塔跳线与架空地线闪络，说明在杆塔现有较为完善的防鸟措施下仍可能发生特殊的鸟害故障，防护效果有待进一步提升。为避免再次发生类似故障，鉴于绝缘护套良好的防鸟效能，除对现有防鸟绝缘护套进行改进，研究采用能够包覆整个角钢的绝缘护套外，进一步提出以下鸟害预防措施：

(1)针对同类型杆塔(中相引流线采用角钢固定)展开排查统计，在其地线挂点、金具至防振锤上安装基座防鸟针板，阻止鸟类在跳线角钢上方位置活动；

(2)针对单回耐张塔中相引流跳线托担及悬垂线夹，研究采用新型复合材料绝缘化处理；

(3)巩固现有防鸟害措施，包括继续定期拆除塔上鸟窝、对防鸟刺查漏补缺、加装超声波驱鸟器，以及在塔身及地线防振锤涂抹驱鸟药剂等；

(4)制定防鸟害特巡计划，开展防鸟害特巡驱鸟，对线路附近、鸟类聚集点进行惊鸟操作，提升线路夜间运行水平。

5 结 论

通过对一起鸟粪闪络引起220 kV引流跳线与架空地线短接故障分析，得出“干字”型耐张塔中相跳线角钢与上方地线发生鸟粪闪络的主要原因是跳线角钢未用绝缘护套包覆，而杆塔现有如防鸟刺、大伞裙及驱鸟器等装置并不能防范所有类型的鸟害故障。通过仿真分析不同电压等级导线包覆绝缘护套后距离导体中心不同距离处的空间电场情况，得出防鸟护套最佳厚度，也进一步验证了故障原因及绝缘护套的防鸟效果。为防范类似故障发生，除研究采用能够包覆整个角钢及引流线的绝缘护套外，还应综合提高输电线路防鸟害的技防、人防水平。