图4鸟害故障时间分布
Fig.4 Distribution in each hour
1.5 气候统计
2012—2015年发生的30次鸟害故障跳闸中,故障时风力为无风的线路有1条,占比3%,风力为微风的线路有16条,占总比54%;风力为1-2级的线路有12条,占总比40%;风力为2级以上的线路有1条,占总比3%。如图3。
图5鸟害故障风力统计
Fig.5 Wind statistics
故障时相对湿度50%RH以下的线路为7条,占总比23%;相对湿度50%-75%RH的线路为13条,占总比44%;相对湿度75%RH以上的线路为10条,占总比33%。见图6。
图6鸟害故障相对湿度统计
Fig.6 Relative humidity statistics
1.6鸟害故障发生的原因及类型统计
宁夏电网鸟害故障的主要类型包括鸟粪闪络和鸟体短接。其中,因鸟粪闪络引起的输电线路跳闸次数达到28次,占鸟害故障跳闸总数的93.3%;因鸟体短接引起的输电线路跳闸次数为2次,占鸟害故障跳闸总数的6.7%。 2宁夏鸟害故障结果分析宁夏地区鸟类主要在河道、沼泽、湿地、林区、水库、养鱼池、农作物地等有食物、有水源、有树木且远离村庄、僻静开阔的地段栖息。石嘴山地区大量的鱼塘和沙湖自然保护区[8],如图7所示。银川地区引黄灌溉平原、农田地段为鸟类提供了良好的栖息条件,也是容易发生输电线路鸟害故障跳闸的重点区域。
图7石嘴山沙湖地区鸟类繁衍情况
Fig.7 Birds breeding in Shahu area, Shizuishan
线路参数结构对鸟害故障有一定影响。统计结果发现:①鸟害对于绝缘子串长较短的线路危害程度较大,对于绝缘子串长较长的线路危害程度较小。根据统计结果,鸟害对220kV线路的危害大于330kV,750kV、±660kV和±800kV线路未发生鸟害故障跳闸;②鸟害故障在直线杆塔发生的几率大约为耐张杆塔发生几率的2倍,因为直线杆塔数量较多、占比例较大,且耐张塔由于转角原因,跳线串绝缘子挂点与横担有一定夹角,一定程度上增加了绝缘空气间隙的距离;③导线水平排列的中相、三角排列的中相、垂直排列的中相是鸟害故障引起闪络的高发位置。
宁夏鸟害故障发生的季节多集中在4月和8月,7月、10月、11月也是鸟害多发期。但在不同的地区有各自的季节特点,与候鸟、留鸟的活动规律有关。在日发生时间上,一般发生在23:00到次日8:00,其中4:00—6:00发生的概率最大,与鸟类大多在天黑后才落在杆塔上,且喜欢在凌晨起飞前排除粪便的生活规律有关,另外,该时段内空气湿度较大,风力较弱,容易发生鸟害故障。
宁夏鸟害故障主要原因为鸟粪闪络,且都为短接空气间隙闪络,极少数由于鸟类飞行中鸟体短接引起跳闸,未发现鸟啄损复合绝缘子、鸟巢材料短路和鸟类啄食其他动物引起的线路跳闸。鸟害故障跳闸发生以后,导线上有明显烧伤点,绝缘子的上下片有烧伤痕迹,钢帽有明显烧伤痕迹,但一般不会每片都有烧伤。复合绝缘子上下均压环有明显击穿点,如图8。均压环对杆塔放电时,杆塔处有明显烧伤点,接触不良的接地引下线,在接地螺栓与杆塔接触地方有明显击伤点。
图8高压端均压环烧蚀和均压环击穿
Fig.8 Corona ring ablation and breakdown on high voltage side 3防鸟害装置效果分析宁夏电网输电线路防鸟措施主要是通过惊吓、遮挡、驱逐等方式来防止鸟害故障,采取的防鸟害装置主要有防鸟刺、防鸟挡板、驱鸟器、防鸟拉线、绝缘护套和人工鸣炮主动驱鸟等。本文对宁夏电网常见的安装绝缘护套的防鸟效果进行仿真。绝缘护套安装在直线塔悬垂串两侧导线上。本文采用Ansoft对330kV复合绝缘子的轴向电位和电场分布进行仿真。
仿真模型如图9所示。求解空间取10m×10m×20m的长方体,门型塔的高度为20m,大地用10m×10m×1cm的长方体,杆塔与大地相连,杆塔和大地的材料均设为铝。复合绝缘子长3.35m,简化为圆柱,复合绝缘子高压端加均压环和均压环保护伞,低压端加防鸟伞罩。硅橡胶的介电常数设为3.5,芯棒的介电常数设为5。输电导线外包绝缘护套,通过金属线夹与绝缘子相连,导线施加峰值电压269.44kV。
图9仿真模型
Fig.9 Simulationmodel
保持导线夹有效长度为50cm,绝缘护套厚度分别取0.5cm、1cm、1.5cm,仿真模型如图10所示,复合绝缘子的沿面电位和电场仿真结果如图11~12和表2所示。可以看出,导线安装绝缘护套后,复合绝缘子承受的最大电压和最大电场均有所减小,对防范鸟粪闪络是有利的。随着护套厚度的增加,复合绝缘子最大电位值减小;护套厚度为1cm时,复合绝缘子承受的最大电场值最小。
图10不同厚度缘护套的仿真模型
Fig.10 Simulation model of sheath with different thickness 图11复合绝缘子沿面电位分布
Fig.11 Potential distribution along the composite insulator surface
图12复合绝缘子沿面电场分布
Fig.12Electrical field distribution along the composite insulator surface
表2不同绝缘护套厚度的仿真结果
Tab.2 Simulation results of sheath with different thickness 护套厚度 复合绝缘子电位最大值/kV 复合绝缘子电场最大值/kV/cm 无护套 269.44 6.74 0.5cm 254.92 6.37 1cm 248.46 3.76 1.5cm 243.79 4.66
保持绝缘护套厚度为1cm,导线夹有效长度分别取25cm、50cm、100cm,仿真模型如图13所示,复合绝缘子的沿面电位和电场仿真结果如图14~15和表3所示。可以看出,随着导线夹有效长度的增加,复合绝缘子最大电位值增大,但是仍低于无护套时的最大电位值;导线夹有效长度为50cm时,复合绝缘子承受的最大电场值最小。