王曉峰
(國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司綏化供電公司,黑龍江 綏化 152060)
架空輸電線路鳥害故障真?zhèn)翁轿?/p>
王曉峰
(國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司綏化供電公司,黑龍江 綏化 152060)
針對架空輸電線路發(fā)生的鳥害故障居高不下的問題,通過對引發(fā)鳥害故障的3種情況分別進(jìn)行絕緣分析,說明其發(fā)生的可能性很小,接近于零;得出是鳥類活動影響絕緣使線路產(chǎn)生絕緣薄弱點,再在其他因素疊加下增加線路發(fā)生跳閘幾率的結(jié)論。
輸電線路;鳥害;絕緣子;跳閘故障
架空輸電線路桿塔處在各種不同的野外環(huán)境中,而野外環(huán)境又是鳥類活動頻繁的區(qū)域,這些地方自然污穢程度一般都在c級及以下,因此輸電線路絕緣配合至少是按c級污穢設(shè)計的。
大中型鳥類,如烏鴉和喜鵲、鷹類等,經(jīng)常在橫擔(dān)懸掛點上方筑巢,筑巢時所用的材料常常會接觸到絕緣子;鳥類在排泄時糞便會落到絕緣子上表面;有些鳥類有時會在絕緣子上嬉戲鉗啄,這3種情況都會不同程度地影響線路絕緣,但直接造成接地跳閘的可能性很小。
據(jù)全網(wǎng)統(tǒng)計,2004年1月至2006年12月間,220 kV及以上架空輸電線路鳥害故障跳閘399條次,占總跳閘數(shù)的10.43 %。其中500 kV線路發(fā)生25次,占6.27 %;330 kV線路發(fā)生37次,占9.27 %;220 kV線路發(fā)生337次,占84.46 %。這其中,鳥糞閃絡(luò)占87 %,材料短路占10 %,鳥身短路占1 %,鳥啄占1 %,其他占1 %。鳥害跳閘故障的重合成功率較高,為96.74 %。雖然全年各月份都有鳥害故障發(fā)生,但大部分發(fā)生在3-11月。
近幾年統(tǒng)計資料表明,鳥害跳閘故障占輸電線路總跳閘數(shù)情況:2003年為8.3 %,2004年為7.17 %,2005年為9.79 %,2006年為8.57 %。2013年全網(wǎng)交流輸電線路共發(fā)生故障1 016起事件,其中鳥害故障159起,占總事件數(shù)的15.65 %。
2.1 鳥類身體或鳥巢材料短路故障
從1990年以后,220 kV輸電線路安裝普通瓷絕緣子的桿塔都調(diào)整為14片,普通瓷絕緣子為X-4.5或XP-7型,每片結(jié)構(gòu)高度是14.6 cm,整串長度達(dá)到204.4 cm。在良好天氣情況下,有8片絕緣子完好就能保證正常運行,也就是說,只有鳥同時短路7片時才有可能發(fā)生閃絡(luò)接地跳閘,而7片長度為102 cm。如果是合成絕緣子,絕緣距離至少有195 cm(上下均壓環(huán)間距離),而220 kV組合間隙整定要求不小于70~80 cm,若按70 cm考慮則還有125 cm空間距離。實際上沒有哪種大型鳥類能用身體或用樹枝、金屬絲等導(dǎo)體去短路102 cm以上長度的絕緣子。
事實上,鳥類在接近導(dǎo)線或落在絕緣子上時,會有很強的靜電感應(yīng)作用在它身上,對它有強烈的刺激甚至傷害。鳥落到220 kV以上線路或絕緣子上,甚至落在水平耐張串上的情況十分少見。鳥類啄傷線路絕緣也都發(fā)生在未送電之前,帶電時鳥類是不可能去啄絕緣的。
實際情況中,常常有鳥巢樹枝接觸到第1片絕緣子的情況,這時從第1片絕緣子到橫擔(dān)的距離有30 cm(包括U型螺絲6 cm、直角掛板8 cm、球頭掛環(huán)5 cm及絕緣子鋼帽11 cm)。如果接觸到第2片絕緣子,需要有一定角度越過第1片絕緣子,且總長度需要60 cm以上,這才能連接在絕緣子和橫擔(dān)之間。鳥類叼濕潤的長草或藤蔓植物甚至金屬絲等情況很少,恰巧又短路了絕緣子造成接地故障的情況就更少,最多也只是影響1~2片絕緣子,所以直接造成接地跳閘故障的幾率非常小。
2.2 鳥糞排泄故障
在直線桿塔上,普通瓷絕緣子XP-7或X-4.5型整串14片長度為204.4 cm,再加上上下連接金具,總長度超過230 cm;而正常運行時,導(dǎo)線與橫擔(dān)之間的安全空氣間隙組合不小于70~80 cm,因此,鳥糞在導(dǎo)線與橫擔(dān)之間的瞬間長度應(yīng)大于150 cm時才可能發(fā)生空氣擊穿。如果是合成絕緣子,要在上下均壓環(huán)之間鳥糞排泄瞬間長度超過125 cm時,才有可能發(fā)生空氣間隙擊穿。事實上,沒有任何大型鳥類能連續(xù)排便瞬時總長度達(dá)到125 cm以上的。
鳥糞畸變電場理論認(rèn)為:在鳥糞傾瀉的瞬間,絕緣子串附近的電場隨之發(fā)生了畸變,導(dǎo)致絕緣子串周圍的空氣間隙擊穿,而不僅僅是以往認(rèn)為的絕緣子串的沿面閃絡(luò)。在許多不明原因的閃絡(luò)故障中,應(yīng)有相當(dāng)一部分屬于鳥糞閃絡(luò)。對此清華大學(xué)在合成絕緣子上進(jìn)行了模擬實驗,將人工調(diào)制的鳥糞裝在排泄桶內(nèi),并從橫擔(dān)上往下噴射,模擬鳥糞傾瀉。實驗得出,鳥糞電導(dǎo)要超過3 200 μs/cm以上,距離合成絕緣子均壓環(huán)13 cm以內(nèi),才可能發(fā)生擊穿放電;當(dāng)與均壓環(huán)的距離大于15 cm時,基本不發(fā)生擊穿放電。但是此實驗沒有明確模擬鳥糞傾瀉瞬時的長度,其可以是絕緣長度(195 cm)。也就是說,在距離均壓環(huán)15 cm以外排泄時,即使鳥糞傾瀉長度達(dá)到上下均壓環(huán)之間的長度195cm時,也不會發(fā)生擊穿放電??梢姡?dāng)上下均壓環(huán)之間由模擬鳥糞組成的組合間隙為30 cm時,不會發(fā)生擊穿;組合間隙在26 cm及以下時,才會發(fā)生擊穿。由此推斷,在上下均壓環(huán)正中間鳥糞瞬時長度需要超過165 cm時,才能發(fā)生擊穿放電。這對于鳥類來說難度很大,或者說不可能實現(xiàn)。
導(dǎo)電液態(tài)鳥糞在排泄過程中電場發(fā)生了畸變,其下落的速度與光速的電場相比相當(dāng)于靜止,即在上下均壓環(huán)之間設(shè)置固定空氣間隙,當(dāng)空氣間隙足夠時就不會發(fā)生空氣擊穿而閃絡(luò),這里的空氣間隙和排泄液體電導(dǎo)率有一定關(guān)系。因此,模擬實驗排泄通道擊穿閃絡(luò),不能說明跳閘故障與鳥糞有關(guān)。所統(tǒng)計的占故障總數(shù)87 %的鳥糞閃絡(luò),大都屬于原因不明跳閘故障,而不是鳥害。
2.3 鳥糞污穢故障
鳥糞沾附在絕緣子上表面,造成污染,影響絕緣。普通瓷絕緣子X-4.5或XP-7型每片爬距為28 cm,上表面爬距為10 cm,下表面爬距為18 cm。鳥排泄糞便是由上往下,從橫擔(dān)向?qū)Ь€落下,第1片絕緣子上表面能落滿,第2片及以下絕緣子上表面最多能落一半(約5 cm),13片共65 cm,14片共75 cm;而6片絕緣子爬距為87.6 cm,也就是說,即使這樣也相當(dāng)于有9片完好絕緣子,所以能夠繼續(xù)保證安全運行。但是其絕緣會有所降低,成為線路的薄弱點,當(dāng)有其他因素作用時這里可能成為接地故障的發(fā)生點。比如雷電的外部過電壓,檢修操作時的內(nèi)部過電壓,還有污穢及潮濕氣候,有粘雪或敷冰等作用時,這里可能更容易發(fā)生閃絡(luò)。污穢閃絡(luò)更重要的因素是下表面要有足夠的污穢和濕潤條件,而鳥類活動區(qū)的污穢都在c級及以下,與污穢聯(lián)合作用的可能性很小。因此,由鳥糞直接造成污穢閃絡(luò)的故障可能性更小。
如果是合成絕緣子,其爬距在574~737 cm,比14片普通絕緣子爬距(392 cm)長182 cm以上,最嚴(yán)重的情況下鳥糞污染絕緣子上表面也不超過總爬距的1/4,即143.5 cm,仍有430.5 cm完好。合成絕緣子因其自潔性和憎水性較好,有更好的耐污能力;而且鳥糞并非強電解質(zhì),能直接引起污閃的可能性接近于零。雖然絕緣子上表面有很多鳥糞,但仍可保證安全運行;而且鳥糞能落到的地方都是雨水能夠沖刷到的位置,因此夏季鳥糞對絕緣的影響更小。
在污穢嚴(yán)重的地區(qū),架空輸電線路會根據(jù)污穢等級,適當(dāng)增加爬距,同時也抵御了鳥糞的污染,更不易發(fā)生鳥糞污閃。
架空輸電線路發(fā)生故障大部分是絕緣破壞所致,較多的故障有3種:雷害、污閃和外力破壞。
在安裝雷電定位系統(tǒng)以前,發(fā)生跳閘故障原因不明時,大都被歸為雷害。在安裝雷電定位系統(tǒng)以后,一般查找跳閘故障的程序如下:
(1) 在雷雨季節(jié),發(fā)生輸電線路跳閘并重合成功的,首先檢查雷電定位系統(tǒng),判斷在故障點附近是否有雷電發(fā)生,如果有,先考慮是雷害;如果沒有,再找其它原因;
(2) 到故障點現(xiàn)場檢查是否有外力破壞的跡象,比如是否有施工機(jī)械、車輛或樹木以及其他外物等,是否有接地放電痕跡,再檢查周圍是否有較嚴(yán)重污染;
(3) 如果沒有以上情況,就要在故障點附近數(shù)千米范圍內(nèi)進(jìn)行登桿塔檢查,檢查絕緣子、均壓環(huán)、導(dǎo)線、金具、橫擔(dān)和接地等是否有放電燒傷痕跡,如果發(fā)現(xiàn)有2處以上放電燒傷痕跡,即為故障點;
(4) 如果排除雷害、外力破壞和污穢等因素引起的跳閘,無論是否有鳥糞、鳥巢等鳥類活動跡象,一般就認(rèn)定為鳥害。
有個別故障,雖多次登桿塔檢查卻找不到故障點,最后被強行定為鳥害;還有部分污閃和外力破壞等屬于責(zé)任故障,運行單位為了免于考核,也將其定為鳥害。這些故障其實是雷害、污閃和外力破壞以外的原因引起的,介于濕閃和污閃之間,暫稱為“露閃”。
(1) 架空輸電線路跳閘故障一旦被確定為鳥害,就不再對跳閘的真正原因進(jìn)行深度調(diào)查,這就隱瞞了跳閘故障的真相,也就不可能針對真實原因制定正確的對策。
(2) 由于鳥害被確定為故障原因,因此防鳥措施就被列入輸電線路反事故措施而廣泛落實,為此投入大量資金、人力、物力,在全線路桿塔安裝驅(qū)鳥器、防鳥網(wǎng)、防鳥刺等,而實際上故障跳閘次數(shù)基本沒有減少。可見反事故措施被引入歧途,浪費了大量人力、物力。
(3) 由于輸電線路跳閘故障真正原因沒有查到,因此不會有針對性地制定正確的防止措施,此類跳閘故障每年仍繼續(xù)發(fā)生。防鳥措施用了很多,鳥害卻沒有減少。另外,以鳥害為由搪塞,使跳閘故障真正原因無法查出,而且似乎有理論依據(jù),科研人員還為鳥害進(jìn)行實驗,浪費了人力、物力。
(1) 從絕緣上分析,架空輸電線路因鳥害所致的接地跳閘可能性很小,接近于零。至多是鳥糞污染絕緣子和鳥巢材料觸碰絕緣子影響絕緣,使線路產(chǎn)生絕緣薄弱點,有其他因素影響時會產(chǎn)生疊加,增加跳閘發(fā)生的幾率。
(2) 采用大盤徑絕緣子或加大板式封閉均壓環(huán)即可有效防止鳥糞污染和鳥巢材料接觸絕緣子,無需再采取其他防鳥措施。
(3) 很多不明原因的跳閘事故不應(yīng)定性為鳥害故障。
1 國家電網(wǎng)公司安全監(jiān)察質(zhì)量部.國家電網(wǎng)公司2013年安全生產(chǎn)事故報告[M].北京:中國電力出版社,2014.
2 DL409—1991電業(yè)安全工作規(guī)程電力線路部分[S].
2014-09-29;
2014-11-27。
王曉峰(1966-),男,工程師,主要從事輸電線路運行管理工作,email:13604558818@163.com。