110 kV架空輸電線路涉鳥故障分析

樊子銘，楊 軍，鄭建軍

（內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院，呼和浩特 010020）

0 引言

輸電線路是電網(wǎng)的關(guān)鍵組成部分，其運(yùn)行特性直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全可靠性[1]。由于輸電線路具有分布廣、距離長等特點(diǎn)，因而故障時(shí)有發(fā)生。輸電線路故障的成因主要有自然災(zāi)害[2-5]、外力破壞及鳥害等[6-8]。涉鳥故障是指因鳥類活動致使輸電線路跳閘甚至停運(yùn)，隨著城市化的推進(jìn)，鳥害與電網(wǎng)安全運(yùn)行之間的矛盾日益突出[9-11]。例如，2014—2016年某電網(wǎng)110 kV及以上架空輸電線路涉鳥故障共計(jì)134起[12]，且呈逐年增加趨勢。因此，研究輸電線路涉鳥故障的特征，采取合理有效的防鳥措施，對保障輸電線路安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。本文對內(nèi)蒙古電網(wǎng)內(nèi)一起110 kV輸電線路涉鳥故障進(jìn)行分析，并提出合理化建議。

1 故障概況

2021-01-23凌晨，某供電局110 kV線路Ⅰ段保護(hù)動作跳閘，重合閘成功。該110 kV輸電線路于2010年10月正式投運(yùn)，全長12.9 km，鐵塔共54基，且垂直排列。線路用導(dǎo)線型號為LGJ-185/25，絕緣子型號為FXBW4-110 kV/100 kN，生產(chǎn)廠家為百斯特電瓷有限公司。故障發(fā)生后，對線路進(jìn)行現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)52號塔L2相引流吊串瓷絕緣子傘裙及兩端金具表面存在放電痕跡。根據(jù)氣象監(jiān)測記錄，事故發(fā)生時(shí)段，環(huán)境風(fēng)速為西北風(fēng)1~2級，溫度為-10~5℃。

2 故障原因初步判定

該故障相瓷絕緣子串傘裙共7片。通過宏觀形貌檢查可以看出，各傘裙表面均噴有室溫硫化硅橡膠（RTV）防污閃涂層，其表面可見少量污穢物，個(gè)別傘裙邊緣還存在涂層脫落現(xiàn)象。進(jìn)一步拆解檢查，在低壓側(cè)和高壓側(cè)第一片傘裙及兩端金具表面均觀察到明顯的放電痕跡，放電瞬間產(chǎn)生的高溫使金具表面的鍍鋅層及傘裙表面的RTV涂層發(fā)生了不同程度的熔解；在低壓側(cè)第一片傘裙表面還殘留一定量的鳥糞，且鳥糞邊緣可見放電痕跡，如圖1所示。絕緣子其他部位未見燒蝕、機(jī)械磨損及腐蝕等痕跡。由此初步判定該故障為鳥糞引起的瓷絕緣子擊穿。

圖1 瓷絕緣子各部位宏觀形貌Fig.1 Macromorphology of various parts of porcelain insulator

3 試驗(yàn)檢測分析

為防止同類事故再次發(fā)生，對擊穿的瓷絕緣子串進(jìn)行綜合性失效原因分析。

3.1 DR透視檢測

利用X射線數(shù)字成像技術(shù)（DR）獲得圖像，可以清晰直觀地看到絕緣子內(nèi)部結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確判斷缺陷類型及其位置，精確測量內(nèi)部部件大小[13-14]。本文利用DR技術(shù)對瓷絕緣子高壓側(cè)和低壓側(cè)第一片傘裙分別進(jìn)行檢測，所獲圖像如圖2所示。瓷絕緣子高壓側(cè)和低壓側(cè)第一片傘裙結(jié)構(gòu)完整，內(nèi)部未見氣泡、裂紋等缺陷，僅鋼腳略微傾斜，與軸線最大夾角約為4°。

圖2 瓷絕緣子傘裙DR形貌Fig.2 Morphology of porcelain insulator shed

3.2 RTV涂層厚度

在絕緣子表面涂RTV材料可以提高絕緣子的防污閃、濕閃和閃絡(luò)能力，RTV的厚度對絕緣子的性能有很大影響[15]，將瓷絕緣子傘裙破壞后，利用金相顯微鏡對其涂層厚度進(jìn)行測量，共測試3個(gè)點(diǎn)。結(jié)果表明，絕緣子RTV涂層的平均厚度為66.8μm，低于DL/T 627—2018《絕緣子用常溫固化硅橡膠防污閃涂料》中規(guī)定的300μm的要求[16]。但不同噴涂工藝和基底，會使相同厚度的RTV涂層的質(zhì)量不同，因此不能簡單依靠涂層厚度判斷絕緣子的性能優(yōu)劣。

3.3 憎水性能

瓷絕緣子的絕緣部分一般為親水性材料。在絕緣子表面涂RTV材料可以明顯增強(qiáng)絕緣子的憎水性[17]。由于絕緣子長期在戶外運(yùn)行，其憎水性能可能會降低甚至喪失，因此需對絕緣子傘裙的憎水性進(jìn)行重新測試。

利用接觸角測量儀對瓷絕緣子低壓側(cè)和高壓側(cè)第一片傘裙RTV涂層的憎水性能進(jìn)行了檢測，每個(gè)傘裙各取10個(gè)點(diǎn)進(jìn)行滴水，水珠體積設(shè)為10μL，滴水后靜置10 s再進(jìn)行檢測。檢測結(jié)果表明，低壓側(cè)第一片傘裙靜態(tài)接觸角平均值為137.3°，高壓側(cè)第一片傘裙靜態(tài)接觸角平均值為119.9°，如圖3所示。試驗(yàn)結(jié)果表明，絕緣子的憎水性能良好，滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求[18-19]。

圖3 傘裙RTV涂層靜態(tài)接觸角測量結(jié)果Fig.3 Electrical performance test results of porcelain insulator shed

3.4 電氣性能

絕緣子的電氣性能主要指其絕緣性，對瓷絕緣子各傘裙進(jìn)行絕緣電阻測試，結(jié)果見表1。由表1可以看出，絕緣子各傘裙的絕緣電阻均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求[20]。

表1 瓷絕緣子各傘裙電氣性能測試結(jié)果Tab.1 Electrical performance test results of each shed of porcelain insulators MΩ

4 結(jié)論及建議

由于事發(fā)當(dāng)日天氣情況不符合形成雷電放電的基本條件，可以排除大氣外過電壓引起的絕緣子閃絡(luò)。此外，絕緣子內(nèi)部未見明顯缺陷，傘裙表面RTV涂層的憎水性能良好，且絕緣電阻符合標(biāo)準(zhǔn)要求，以上檢測結(jié)果表明，擊穿與絕緣子的自身質(zhì)量無明顯關(guān)系。

此次瓷絕緣子串跳閘故障主要與鳥糞引發(fā)的間隙擊穿有關(guān)。鳥糞排出后在空中下落，隨著時(shí)間推移，不斷靠近高壓側(cè)，鳥糞通道的介入，使絕緣子周圍的電場分布發(fā)生嚴(yán)重畸變，鳥糞通道的前端與絕緣子高壓端金具之間空氣間隙的電場強(qiáng)度不斷增大，當(dāng)達(dá)到擊穿場強(qiáng)后，引發(fā)擊穿放電。

針對上述問題，除線路設(shè)計(jì)之初按要求安裝防鳥裝置外，還要隨著鳥類活動范圍的變化定期加裝或更換防鳥裝置。在鳥害嚴(yán)重的地區(qū)，需加強(qiáng)人工巡線密度。目前巡線方式仍以傳統(tǒng)的人工巡線為主，建議改善巡線方式，如加裝巡線機(jī)器人、開啟無人機(jī)巡線等，進(jìn)一步提高輸電線路狀態(tài)巡視管理水平。