直流超特高壓輸電線路等電位防鳥巢裝置研究

李榮超 聶勁鋒 徐旺 趙杰 田靖

摘 要：針對直流超特高壓輸電線路等電位側鳥類筑巢較多引發電力系統故障，而現有防鳥措施均難以適用于等電位側的問題，該文提出了一種新型等電位防鳥罩，并利用ansys仿真計算了安裝了防鳥罩以后±500 kV直線塔周圍電場的分布，選擇出對直線塔電場影響最小的SMC材料防鳥罩，能有效減少鳥筑巢形成的線路安全隱患，提高供電可靠性。

關鍵詞：鳥巢故障 防鳥罩 電場仿真 等電位側

中圖分類號：TM721 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）10（a）-0091-02

建設特高壓電網對于實現能源資源集約化開發，優化能源資源配置方式，提高能源利用效率，推動電力工業技術升級拓寬對外能源合作領域，促進經濟社會可持續發展和全面建設和諧社會具有重大意義[1-2]。但由于超特高壓直流線路電場與交流電場不同，對鳥類影響較小，因此鳥類在這類線路的等電位側筑巢現象明顯高于交流線路，尤其在耐張導線掛線點附近、直線塔導線線夾處、導線間隔棒處等位置筑巢現象偏多，容易因筑巢材料中的超長物體引起線路絕緣降低乃至發生跳閘事件[3]。雖然輸電線路上已有防鳥刺、超聲波驅鳥器、聲光驅鳥器等多種常用防鳥、驅鳥裝置的應用，但均難以適用于等電位側，且在安裝空間、聲光污染、電源供電等問題均存在一些問題[4-6]，現急需研究一種可以防止鳥類在等電位側筑巢的防鳥裝置。

1 等電位防鳥巢裝置設計

雖然輸電線路上已有防鳥刺、超聲波驅鳥器等多種常用防鳥、驅鳥裝置的應用，但均難以適用于等電位側，且在安裝空間、聲光污染、電源供電等方面均存在問題。文中研究設計出等電位防鳥巢裝置，試圖解決超特高壓直流輸電線路等電位側鳥巢危害問題。

觀察統計發現交直流超特高壓在耐張導線掛線點附近、直線塔的導線線夾處、導線間隔棒處等是鳥類易筑巢區域，也是本文研究設計針對的重點區域。根據相關區域線路結構特點，考慮鳥窩一般搭建在調整板等有孔洞的金具上，因此可以將孔洞遮蓋，設計半圓拱板，讓筑巢材料無處安放，半圓的拱板上無法提供鳥類棲息平臺。為便于安裝及減少對電線路電場的影響，該防鳥巢裝置結構采用半圓柱形，兩端用1/4球面封口；為滿足重量輕、耐腐蝕及使用壽命長等特性，裝置的材料采用兩種類型，一種為片狀模壓塑料板材（SMC），另一種為金屬材料。

2 電場仿真分析

本文利用ansys建立±500 kV直線塔雙聯懸垂復合絕緣子串模型并進行仿真計算在未安裝防鳥罩時其周圍空間電場分布情況，與安裝防鳥罩之后其空間電場分布情況作對比，研究防鳥罩對空間電場分布的影響。仿真計算時，防鳥罩的材料分為兩種類型，一種為片狀模壓塑料板材（SMC），另一種為金屬材料。對于雙聯懸垂復合絕緣子串，根據情況對高壓極絕緣子串下端聯接金具、均壓環及導線加載高電位Um=500 kV，對低壓極導線加載低電位Um=-500 kV，而最上端的絕緣子聯接金具、均壓環及桿塔加載0電位，對于復合絕緣子，相對介電常數取3.5。對于防鳥罩，當其為片狀模壓塑料板材時，相對介電常數取為3；當其為金屬材料時，相對介電常數取為1，且需要對金屬防鳥罩模型的所有計算節點進行電位耦合。

仿真的結果主要從整體電場，金具及防鳥罩電場方面分析防鳥罩對直線塔周圍電場分布的模型。

2.1 整體電場分布

未安裝防鳥罩、安裝SMC材料防鳥罩及安裝金屬防鳥罩后，±500 kV直線塔易筑巢區域空間電場仿真結果如圖1所示。

由圖1可知，在未安裝防鳥罩時，±500 kV直線塔等電位側易筑巢區域周圍空間電場最大值為1765 kV/m。安裝SMC材料的防鳥罩后，該區域周圍空間電場最大值為1766 kV/m，與未安裝防鳥罩時相比，空間內電場的分布規律沒有變化，大小分布及最大值也基本保持不變。安裝金屬材料的防鳥罩后，±500 kV直線塔等電位側易筑巢區域周圍空間電場最大值為1745 kV/m，與未安裝防鳥罩時相比，空間最大電場值減小了20 kV/m，但其空間電場分布規律基本相同，數值上有較小差異。

2.2 金具及防鳥罩電場分布

（1）均壓環及均壓屏蔽環，由于安裝防鳥罩后，各類均壓環及均壓屏蔽環的電場分布云圖與未安裝防鳥罩時的規律基本相同，只是在數值上有略微差異，因此下面直接將各類均壓環及均壓屏蔽環表面電場最大值列于表1。

由表1可知，由于防鳥罩安裝在等電位側，因此對低壓端的小均壓環表面電場最大值基本無影響，對于高壓端的均壓屏蔽環和小均壓環表面電場最大值均有一定影響，且金屬防鳥罩對高壓端均壓屏蔽環和小均壓環表面電場最大值的影響比SMC材料防鳥罩的影響要大，變化率分別為1.13%和1.75%。

（2）十字聯板及防鳥罩，±500 kV直線塔模型中未安裝防鳥罩及安裝不同材料的防鳥罩時十字聯板和防鳥罩的電場分布云圖如圖2及圖3所示。

由圖2可知，安裝防鳥罩后十字聯板表面電場的最大值相較于未安裝時均有一定程度的下降，其中安裝SMC材料的防鳥罩時，十字聯板表面電場分布規律與未安裝防鳥罩時基本相同，電場最大值下降了40 kV/m，變化率為2.28%，安裝金屬防鳥罩時，十字聯板表面電場分布規律與未安裝防鳥罩時存在較大差異，十字聯板上半部分的電場明顯減小，主要是由于安裝在十字聯板上方的金屬防鳥罩對其表面電場具有一定屏蔽作用，可見金屬防鳥罩對十字聯板表面電場分布的影響要大于SMC材料的防鳥罩，其最大電場值下降了43 kV/m，變化率為2.45%。

由圖3可知，SMC材料防鳥罩和金屬防鳥罩表面的最大電場分別為654.082 kV/m和769.087 kV/m。

2.3 絕緣子電場分布曲線對比

±500 kV直線塔在未安裝防鳥罩和分別安裝SMC材料防鳥罩和金屬防鳥罩時，雙聯絕緣子串中心線處電場曲線圖及局部放大圖如圖4所示。

由圖4可知，安裝SMC材料的防鳥罩后的絕緣子串電場分布曲線與未安裝防鳥罩時的絕緣子串電場分布曲線基本重合，而安裝金屬防鳥罩對整串絕緣子周圍電場分布趨勢影響不大，只是對鄰近金屬防鳥罩的高壓端絕緣子電場產生了一定影響，其電場值相較于未安裝防鳥罩時有了一定程度的增大，最大差值約為40.6 kV/m。由此可見，金屬防鳥罩對絕緣子電場分布的影響大于SMC材料的防鳥罩。

3 結語

為解決直流超特高壓等電位側鳥巢較多的問題，該文提出了一種新型等電位防鳥罩，并利用ansys仿真計算了安裝不同材料防鳥罩后±500 kV直線塔周圍電場分布，發現SMC材料防鳥罩相比金屬防鳥罩對直線塔電場的影響較小，并且重量輕，耐腐蝕，易安裝，對于提高供電可靠性，降低鳥巢對輸電線路的影響具有重要意義。

參考文獻

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