110 kV 絕緣包覆引流線鳥糞閃絡(luò)特性及仿真分析

摘要：為了降低鳥糞閃絡(luò)事故發(fā)生的概率，開發(fā)了一種新型絕緣包覆引流線，采用高性能硅橡膠絕緣材料對鋼芯鋁絞線進(jìn)行全面包覆，并在引流線表面加裝傘裙. 通過仿真分析硅橡膠絕緣層和鳥糞對引流線空間電場分布的影響，模擬實驗研究了絕緣包覆引流線防鳥糞閃絡(luò)特性. 仿真結(jié)果表明，隨著絕緣層厚度增加，其表面電場強(qiáng)度逐漸減小；半導(dǎo)體層厚度增加，引流線表面電場強(qiáng)度減小. 實驗結(jié)果表明，裸導(dǎo)線包覆絕緣層能顯著提高引流線的絕緣性能，且硅橡膠絕緣包覆明顯優(yōu)于卡扣式硅橡膠絕緣護(hù)套；硅橡膠絕緣層的厚度每增加1 mm，擊穿電壓提高約10.7 kV，半導(dǎo)體層可以進(jìn)一步提高絕緣性能；傘裙可有效阻止絕緣包覆引流線表面電弧的蔓延.

關(guān)鍵詞：絕緣材料；絕緣導(dǎo)線；電場仿真；鳥糞閃絡(luò)

中圖分類號：TM726.1；TM281 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

鳥類活動是導(dǎo)致架空輸電線路跳閘和停運(yùn)的重要原因之一［1-2］. 統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，鳥害引發(fā)的輸電線路故障在跳閘事故的原因排名中位居第二［3-4］，僅次于外力破壞. 其中鳥糞閃絡(luò)占據(jù)了該類故障的90%以上［5-6］，尤其在110～330 kV電壓等級線路中更為常見. 鳥糞是一種黏性混合物，由固體和液體組成，具有一定的導(dǎo)電性. 當(dāng)鳥類在桿塔橫擔(dān)上或絕緣子附近排便時，鳥糞通道會導(dǎo)致引流線周圍電場發(fā)生嚴(yán)重畸變，增加鳥糞通道和引流線周圍空氣間隙的電場強(qiáng)度，可能導(dǎo)致電氣間隙擊穿. 在極端情況下，較長的鳥糞通道可能導(dǎo)致引流線或均壓環(huán)與上方的鐵塔橫擔(dān)短路，從而引起嚴(yán)重的跳閘事故［7］.

針對輸電線路的鳥糞閃絡(luò)問題，國內(nèi)外研究者進(jìn)行了廣泛研究，并提出了多種有效的絕緣防護(hù)方法［8-9］ . 通常，在輸電線路上，為提高電氣絕緣性能，會在導(dǎo)線、金具等部件上添加絕緣護(hù)套，以減小鳥糞閃絡(luò)故障的發(fā)生概率［10-11］. 在高壓架空輸電線路中，采用絕緣護(hù)套可以提高現(xiàn)有線路的絕緣性能. 梅紅偉等［12-13］提出在輸電導(dǎo)線和金具表面添加絕緣護(hù)套， 他們的研究涵蓋了添加絕緣護(hù)套后導(dǎo)線和金具之間的間隙特性，并利用有限元仿真計算驗證了其在污穢試驗中的效果. 研究結(jié)果表明，添加絕緣護(hù)套能夠提高輸電導(dǎo)線的污閃電壓［14］，有效改善其外絕緣性能.

目前，一些學(xué)者采用數(shù)值計算和試驗相結(jié)合的方法研究電場的影響規(guī)律. 劉世濤等［15］采用絕緣包覆方法對復(fù)合絕緣子均壓環(huán)進(jìn)行了絕緣改造，試驗結(jié)果表明，經(jīng)過絕緣包覆的均壓環(huán)與常規(guī)均壓環(huán)具有相似的均壓效果. 在一定程度上，它不僅可以減少絕緣子表面的最大電場強(qiáng)度，還可以顯著提高復(fù)合絕緣子的鳥糞閃絡(luò)電壓，從而減小鳥糞閃絡(luò)的發(fā)生概率. 張清文［16］通過人工模擬鳥糞閃絡(luò)試驗，研究絕緣護(hù)套對220 kV輸電線路鳥糞閃絡(luò)特性的影響，試驗發(fā)現(xiàn)鳥糞下落時，絕緣護(hù)套表面容易產(chǎn)生劇烈的放電現(xiàn)象，而鳥糞與金具間只會產(chǎn)生局部電弧，難以形成完整的閃絡(luò)，但作者并未對該現(xiàn)象產(chǎn)生的具體原因進(jìn)行詳細(xì)的闡述與分析.

鑒于上述引流線存在的問題，本研究制備了一種新型的硅橡膠絕緣包覆引流線，并對該新型絕緣包覆引流線的鳥糞閃絡(luò)特性進(jìn)行了研究. 研究絕緣包覆引流線抵御鳥糞閃絡(luò)特性具有實際意義，本研究的結(jié)果可為絕緣引流線的設(shè)計、維護(hù)和運(yùn)行提供指導(dǎo)，以確保輸電線路的穩(wěn)定運(yùn)行［17］ .

1 絕緣包覆引流線防鳥糞閃絡(luò)理論分析

基于綜合考慮各類研究現(xiàn)狀以及實際運(yùn)行環(huán)境，本研究成功研發(fā)了一種創(chuàng)新型的絕緣跳線，即絕緣包覆引流線，部分結(jié)構(gòu)如圖1（a）所示. 采用高性能硅橡膠絕緣材料［18-19］對鋼芯鋁絞線進(jìn)行全面包覆，有效隔絕了雨水和鳥糞等外界環(huán)境因素，可防止鋁線腐蝕，從而確保輸電線路的安全運(yùn)行［20］. 此外，在絕緣引流線表面加裝傘裙，可增加絕緣引流線表面的電弧爬升距離，有效防止污閃和干閃的發(fā)生.

圖1（b）為絕緣包覆引流線硅橡膠絕緣層的電容簡化模型，根據(jù)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)特征，絕緣層的等效電容［21］可表示為：

式中： b 為導(dǎo)體的直徑；a 為絕緣層的厚度；ε 為絕緣層的介電常數(shù)；L 為金具的長度.

式（1）表明，導(dǎo)體包覆絕緣層后，等效電路的電容增加，進(jìn)而復(fù)合絕緣子的電壓降低. 線路電壓分布受絕緣層的結(jié)構(gòu)參數(shù)影響，這些參數(shù)包括導(dǎo)體直徑、絕緣層厚度、絕緣層的介電常數(shù)以及金具的長度［22］ . 因此，通過改變上述參數(shù)，可以改善金具端的電壓分布. 圖2為有、無鳥糞條件下絕緣包覆引流線絕緣體系示意圖.

由圖2（a）可知，絕緣包覆引流線絕緣體系主要包括橫擔(dān)、復(fù)合絕緣子、絕緣引流線以及金具. 絕緣包覆引流線圍繞導(dǎo)線均勻包覆一層硅橡膠絕緣層，這使得導(dǎo)線和金具之間形成了絕緣層. 金具可等效為一個空心圓柱體. 設(shè)輸電線路的運(yùn)行電壓為UL，則復(fù)合絕緣子承擔(dān)的電壓為：

式中：C1為硅橡膠絕緣層等效電容；C2為復(fù)合絕緣子等效電容.

由式（1）和式（2）可知，絕緣層厚度增加，C1 減小，從而減小復(fù)合絕緣子承擔(dān)的電壓. 在實際運(yùn)行中，需考慮導(dǎo)線的散熱問題和經(jīng)濟(jì)效益，因此合理選擇絕緣層厚度和材質(zhì)具有重要意義［23］.

當(dāng)引流線上方存在鳥糞時，引流線絕緣體系等效電路如圖2（b）所示. 設(shè)鳥糞等效電容為C3，當(dāng)鳥糞短接上方橫擔(dān)后，空氣間隙與復(fù)合絕緣子的等效電容C2并聯(lián)，同時C3與C2并聯(lián)，這導(dǎo)致電容增加，從而減小了C1所承受的電壓，這意味著電壓負(fù)擔(dān)轉(zhuǎn)移到了C3上，進(jìn)而增大了空氣間隙的電壓. 因此，采用硅橡膠一體成型的絕緣包覆引流線可降低空氣間隙擊穿的可能性，從而減少鳥糞閃絡(luò)事故的發(fā)生.

2 仿真模型建立與分析

2.1 電場仿真模型建立

絕緣包覆引流線電場仿真模型如圖3所示，主要包括復(fù)合絕緣子、絕緣包覆引流線、懸垂線夾、均壓環(huán)以及模擬鳥糞通道. 絕緣子參考FXBW-110/120型復(fù)合絕緣子建模，結(jié)構(gòu)高度1 440 mm，大/中/小傘裙均勻間隔分布；金具參考SAR258-307型懸垂線夾，長度為13 cm，直徑為8.5 cm，護(hù)套厚度為2 cm；均壓環(huán)管徑為30 mm，直徑為260 mm. 為了模擬自然條件下的鳥糞，使用直徑為6 mm、長度為1 m的銅棒. 空氣域是一個半徑為40 m、高度為40 m的圓柱體，桿塔位于圓柱體的中心位置.

絕緣包覆引流線模型使用LGJ-400/35型號的導(dǎo)體線芯，其導(dǎo)體半徑為11.3 mm，絕緣層厚度為7 mm，傘裙直徑為130 mm，長度為5 000 mm. 為確保良好的導(dǎo)電性能，橫擔(dān)、導(dǎo)線和金具均采用鋁制材料. 仿真模型中，不同絕緣介質(zhì)的材料特性用相對介電常數(shù)εr來表示，具體參數(shù)如表1所示.

2.2 絕緣層、鳥糞對空間電場分布影響

假設(shè)鳥糞長度足夠長，一端未離開橫擔(dān)，另一端靠近高壓端，鳥糞保持接地狀態(tài)，即鳥糞的電位一直保持在零電位. 鳥糞的低端與高壓端的垂直距離為65 mm，與均壓環(huán)的水平距離為50 mm［24］. 絕緣引流線護(hù)套的厚度為5 mm. 在引流線包覆硅橡膠絕緣層后，均壓環(huán)、懸垂線夾等金具電位設(shè)置為懸浮電位［25］. 在有鳥糞滴落的情況下，引流線絕緣體系電場分布情況如圖4所示.

由圖4可知，在運(yùn)行過程中，引流線表面、金具、復(fù)合絕緣子的高壓端和均壓環(huán)附近電場畸變程度較大. 表2為不同位置的電場分布情況.

從表2可知，當(dāng)引流線未添加絕緣層時，鳥糞端部以及均壓環(huán)表面的電場強(qiáng)度明顯高于有絕緣層時對應(yīng)的電場強(qiáng)度. 在無絕緣層的情況下，鳥糞端部的電場強(qiáng)度為103.53 kV/cm；在有絕緣層的情況下，鳥糞端部的電場強(qiáng)度為34.45 kV/cm.因此，當(dāng)引流線上方有鳥糞下落時，引流線經(jīng)過絕緣層包覆后顯著降低了均壓環(huán)表面和鳥糞靠近導(dǎo)線側(cè)的電場強(qiáng)度，進(jìn)而降低了鳥糞與均壓環(huán)以及引流線之間電氣間隙發(fā)生擊穿的可能性.

2.3 不同絕緣層厚度下電場仿真結(jié)果及其分析

為研究絕緣包覆引流線絕緣層厚度變化對絕緣體系電場分布的影響，調(diào)整鳥糞通道與引流線共面，與均壓環(huán)水平距離10 cm，鳥糞端部與引流線表面垂直距離10 cm，進(jìn)行引流線絕緣體系電場仿真分析，設(shè)置絕緣層厚度分別為5.6 mm、7.6 mm、9.6 mm 和11.6 mm. 不同位置電場分布情況如圖5所示.

不同絕緣層厚度下絕緣包覆引流線表面電場分布如表3所示，可以看出，絕緣層厚度分別為5.6 mm、7.6 mm、9.6 mm以及11.6 mm引流線金具處的最大電場強(qiáng)度分別為5.82 kV/cm、5.14 kV/cm、4.60 kV/cm以及4.05 kV/cm，鳥糞端部的電場強(qiáng)度分別為34.8 kV/cm、30.5 kV/cm、26.2 kV/cm以及20.8 kV/cm.

由表3可知，與絕緣層厚度為5.6 mm的絕緣包覆引流線相比，金具處7.6 mm、9.6 mm和11.6 mm絕緣層厚度的電場強(qiáng)度分別下降了11.7%、21.0% 和30.4%；鳥糞端部的電場強(qiáng)度分別下降了12.4%、24.7%和40.2%. 隨著硅橡膠絕緣層厚度的增加，金具處和鳥糞端部的電場強(qiáng)度逐漸減小.

2.4 不同半導(dǎo)體層厚度下電場仿真結(jié)果及其分析

為研究半導(dǎo)體層厚度對絕緣包覆引流線絕緣體系電場分布的影響，對半導(dǎo)體層厚度分別為0.5 mm、1.0 mm和1.5 mm的絕緣包覆引流線（絕緣層厚度為5.6 mm）進(jìn)行了仿真分析. 不同半導(dǎo)體層厚度下絕緣包覆引流線電場分布如表4所示.

由表4 可知，當(dāng)半導(dǎo)體層厚度分別為0.5 mm、1.0 mm 和1.5 mm 時，金具處的電場強(qiáng)度分別為5.82 kV/cm、5.14 kV/cm、5.04 kV/cm. 與半導(dǎo)體層厚度為0.5 mm的絕緣包覆引流線相比，金具處1.0 mm、1.5 mm半導(dǎo)體層厚度的電場強(qiáng)度分別下降了11.7%和13.4%；鳥糞端部的電場強(qiáng)度分別為57.33 kV/cm、41.07 kV/cm、34.80 kV/cm，與半導(dǎo)體層厚度為0.5 mm的絕緣包覆引流線相比，鳥糞端部1.0 mm、1.5 mm半導(dǎo)體層厚度的電場強(qiáng)度分別下降了28.4%和39.3%.因此，隨著半導(dǎo)體層厚度的增加，金具處的電場強(qiáng)度逐漸減小，鳥糞端部的電場強(qiáng)度同樣呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢.

3 實驗樣品、平臺搭建及實驗方法

3.1 實驗樣品

為對比現(xiàn)有絕緣措施和絕緣引流線的絕緣效果，選取了裸導(dǎo)線、XLPE絕緣電纜、卡扣式硅橡膠絕緣護(hù)套和絕緣包覆引流線作為實驗用線. 具體參數(shù)如表5所示.

3.2 實驗平臺搭建

鳥糞閃絡(luò)特性實驗的實驗平臺如圖6所示. 實驗中使用了型號為FXBW-110/120的110 kV懸式復(fù)合絕緣子，絕緣子結(jié)構(gòu)高度為1 440 mm，干弧距離1 000 mm，懸垂線夾（SAR258-307）通過碗頭掛板（W-7B）與絕緣子連接，110 kV均壓環(huán)管徑為30 mm，直徑為260 mm. 絕緣包覆引流線通過懸垂線夾與復(fù)合絕緣子連接，引流線一端與高壓端相連，門型架與110 kV懸垂絕緣子的低壓端角鋼連接并接地. 為模擬發(fā)生鳥糞閃絡(luò)時的實際運(yùn)行情況，實驗中使用銅棒來模擬自然狀態(tài)下的鳥糞［26］. 銅棒的長度為1 m，直徑為6 mm. 為減小銅棒端部尖端發(fā)生畸變放電，銅棒靠近導(dǎo)線側(cè)端部固定一個直徑為6 mm的銅球.

3.3 實驗方法

本次實驗采用均勻升壓法，在相同條件下進(jìn)行多次實驗，每次實驗間隔5 min. 在模擬鳥糞短接均壓環(huán)的耐受實驗中，使用銅棒短接到均壓環(huán)表面；對絕緣引流線施加63.5 kV 的工頻電壓，耐受時間為15 min. 如果耐受期間發(fā)生一次放電現(xiàn)象，那么該絕緣引流線鳥糞短接均壓環(huán)耐受實驗視為未通過.

4 鳥糞閃絡(luò)實驗結(jié)果及其分析

4.1 不同引流線鳥糞閃絡(luò)實驗結(jié)果及其分析

銅棒（模擬鳥糞）一端接地，另一端置于導(dǎo)線上方，絕緣包覆引流線厚度為5.6 mm. 銅棒在導(dǎo)線的垂直方向上分別位于0 mm、20 mm、40 mm、60 mm、80 mm、100 mm處，與均壓環(huán)的水平距離為150 mm.對引流線一端持續(xù)升壓，直至發(fā)生擊穿. 分別進(jìn)行10次擊穿實驗，取平均值后得到不同絕緣措施下引流線的擊穿特性，如圖7所示.

通過曲線擬合可得出擊穿電壓與空氣間隙的對應(yīng)關(guān)系，如式（3）所示，其中Uav為平均擊穿電壓，x 為空氣間隙的長度. 空氣間隙長度每增加1 mm，絕緣包覆引流線的平均擊穿電壓提高約0.9 kV.

Uav = 0.002 85x2 + 0.63x + 33.47 （3）

由圖7可知，隨著鳥糞底部與引流線之間的間隙增大，閃絡(luò)電壓逐漸升高. 特別是當(dāng)裸導(dǎo)線表面包覆絕緣層后，閃絡(luò)電壓的提升尤為顯著. 當(dāng)鳥糞直接短接引流線時，裸導(dǎo)線發(fā)生短路跳閘，絕緣護(hù)套從卡扣處爬電擊穿，XLPE絕緣電纜表面出現(xiàn)明顯的擊穿點，而絕緣包覆引流線表面沒有明顯的擊穿現(xiàn)象. 當(dāng)間隙為20 mm時，鳥糞與絕緣包覆引流線發(fā)生空氣間隙擊穿時的電壓為44.6 kV，與裸導(dǎo)線、卡扣式硅橡膠絕緣護(hù)套、XLPE絕緣電纜相比，分別提高了34.2kV、18.8 kV、14.2 kV. 此外，隨著空氣間隙距離的增加，絕緣包覆引流線的擊穿與XLPE絕緣電纜和卡扣式硅橡膠絕緣硅橡膠絕緣護(hù)套相比，絕緣包覆引流線的提升效果更為顯著.

絕緣包覆引流線有較高閃絡(luò)電壓，其原因可能為：它是在裸導(dǎo)線的外部添加了一層一體成型的硅橡膠絕緣層，使得硅橡膠絕緣層與空氣組成了一種氣-固組合絕緣體系，如圖8所示，其絕緣強(qiáng)度遠(yuǎn)高于單一氣體絕緣. 此外，相同厚度的硅橡膠絕緣層相較于XLPE絕緣電纜具有更優(yōu)越的絕緣性能. 絕緣包覆引流線的絕緣層增加了爬電距離，即鳥糞通道與絕緣包覆引流線內(nèi)金屬導(dǎo)線部分之間的沿表面閃絡(luò)距離. 因此，這種組合絕緣方式有助于提高鳥糞閃絡(luò)的閃絡(luò)或擊穿電壓，可有效降低鳥糞閃絡(luò)故障發(fā)生的概率.

4.2 不同絕緣措施下耐受實驗結(jié)果及其分析

在實際運(yùn)行中，鳥糞可能會直接短接至均壓環(huán)表面［27］. 為模擬此種工況，對XLPE絕緣電纜、卡扣式硅橡膠絕緣護(hù)套和絕緣包覆引流線進(jìn)行鳥糞短接均壓環(huán)的耐受實驗，其中銅棒靠近導(dǎo)線側(cè)一端短接至均壓環(huán)表面，另一端接地. 表6為不同絕緣措施下耐壓實驗結(jié)果.

由表6可知，針對不同絕緣措施的引流線，進(jìn)行了10次耐受實驗，實驗結(jié)果顯示，只有絕緣包覆引流線在標(biāo)準(zhǔn)110 kV工頻電壓下通過了鳥糞短接均壓環(huán)的耐受實驗，XLPE絕緣電纜和卡扣式硅橡膠絕緣護(hù)套均未通過. 卡扣式硅橡膠絕緣護(hù)套在電壓還未達(dá)到63.5 kV時出現(xiàn)了閃絡(luò)現(xiàn)象，并在持續(xù)升壓的過程中發(fā)生擊穿；而XLPE絕緣電纜在電壓達(dá)到63.5 kV，進(jìn)行15 min的耐受過程中發(fā)生了閃絡(luò)，最終被擊穿. 在耐受過程中，XLPE絕緣電纜和卡扣式硅橡膠絕緣護(hù)套的表面均出現(xiàn)了明顯的燃弧現(xiàn)象，并伴隨較大噪聲.

外，由于卡扣式硅橡膠絕緣護(hù)套存在間隙，電弧沿著護(hù)套間隙從導(dǎo)線側(cè)擴(kuò)展至金具側(cè)，最終導(dǎo)致?lián)舸? 當(dāng)鳥糞短接至均壓環(huán)表面時，均壓環(huán)處于零電位［28］. 隨著導(dǎo)線電壓的逐漸升高，位于金具下方的絕緣層所承受的電壓也逐漸升高，其表面的電場強(qiáng)度顯著增加，導(dǎo)致絕緣護(hù)套表面電場明顯扭曲，這與電場仿真結(jié)果中金具處電場強(qiáng)度較高的情況吻合. 因此，XLPE絕緣電纜、卡扣式硅橡膠絕緣護(hù)套均從金具處產(chǎn)生電弧，向兩側(cè)擴(kuò)展，并出現(xiàn)明顯的燃弧現(xiàn)象.不同絕緣措施下導(dǎo)線擊穿點如圖9所示.

由圖9可知，在發(fā)生擊穿后，XLPE絕緣電纜和卡扣式硅橡膠絕緣護(hù)套表面都明顯出現(xiàn)了擊穿點.XLPE絕緣電纜相對于卡扣式硅橡膠絕緣護(hù)套具有較低的放電強(qiáng)度和較短的電弧. 電弧從卡扣式硅橡膠絕緣護(hù)套的縫隙蔓延至金具，導(dǎo)致短路. 這可能是由于卡扣式硅橡膠絕緣護(hù)套接口的密封性能較差，且金屬導(dǎo)線與護(hù)套層難以完全貼合，存在空氣間隙，因此降低了絕緣體系所能承受的閃絡(luò)或擊穿電壓.此外，實際線路中，卡扣式硅橡膠絕緣護(hù)套的尺寸可能與導(dǎo)線不匹配，導(dǎo)致護(hù)套和導(dǎo)線之間存在空氣間隙. 這種空氣間隙可能導(dǎo)致卡扣式硅橡膠絕緣護(hù)套內(nèi)部的電場不均勻，從而增加了擊穿的風(fēng)險. 因此，采用硅橡膠一體成型的絕緣包覆引流線，其絕緣性能更為出色.

4.3 絕緣層短接擊穿實驗結(jié)果及其分析

絕緣層是絕緣包覆引流線絕緣性能的關(guān)鍵因素［29］. 由絕緣層厚度仿真分析結(jié)果可知，隨著絕緣層厚度的增加，絕緣包覆引流線表面的電場強(qiáng)度逐漸減小.為深入研究絕緣包覆引流線的絕緣層厚度、半導(dǎo)體層厚度以及傘裙結(jié)構(gòu)對其防鳥糞閃絡(luò)性能的影響，對絕緣包覆引流線（無半導(dǎo)體層）進(jìn)行鳥糞短接均壓環(huán)擊穿實驗. 如圖10所示，在施加70 kV電壓時，不同絕緣層厚度引流線表面出現(xiàn)不同的電弧現(xiàn)象.

由圖10可知，隨著電壓逐漸升高，絕緣包覆引流線表面出現(xiàn)了明顯的電弧現(xiàn)象. 這些電弧從懸垂線夾處向兩邊延伸，隨著電壓的增加，電弧的距離也增加，同時伴隨著更大的噪聲. 當(dāng)電弧延伸到傘裙處時，電弧消失，這說明傘裙可能具有阻止電弧傳播的作用，從而增加了爬電距離，并降低了絕緣引流線沿面閃絡(luò)事故發(fā)生的可能性.

持續(xù)升高電壓直至絕緣包覆引流線表面發(fā)生擊穿，擊穿點如圖11所示，其擊穿位置通常位于傘裙的根部. 當(dāng)絕緣包覆引流線表面發(fā)生擊穿后，其擊穿電壓顯著降低. 硅橡膠絕緣層被擊穿會導(dǎo)致傘裙與絕緣層外表面接觸處發(fā)生開裂，并且內(nèi)部出現(xiàn)明顯的灼燒現(xiàn)象.

分析電介質(zhì)材料性能時，繪制擊穿電壓的Weibull分布的結(jié)果圖是一個重要的步驟［30］.通過對不同厚度的絕緣包覆引流線進(jìn)行10次擊穿實驗，得到如圖12所示的不同厚度絕緣包覆引流線擊穿電壓Weibull分布.

由圖12可知，每組數(shù)據(jù)基本位于擬合曲線的兩側(cè)，且無誤差較大的點，表明此種處理方式的合理性以及實驗數(shù)據(jù)具有較強(qiáng)的可靠性. 隨著電壓的升高，擊穿概率也隨之加大；在相同擊穿概率情況下，隨著絕緣層厚度加大，擊穿電壓逐漸增大，這也與絕緣層厚度仿真結(jié)果趨勢一致.

為進(jìn)一步探究硅橡膠絕緣層厚度與擊穿電壓的關(guān)系，對不同絕緣層厚度的平均擊穿電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，如圖13所示. 由圖13可知，當(dāng)絕緣層厚度分別為5.6 mm、7.6 mm、9.6 mm 和11.6 mm 時，平均擊穿電壓分別為63.4 kV、80.9 kV、103.6 kV和120.1 kV；擬合誤差R2約為0.996. 絕緣層厚度與擊穿電壓之間的關(guān)系如式（4）所示.

Uj = -0.062 5l2 + 10.72l + 4.79 （4）

式中：Uj為平均擊穿電壓；l 為絕緣層厚度.

由式（4）可知，絕緣層厚度增加1 mm時，其擊穿電壓增加約10.7 kV.

4.4 傘裙對絕緣包覆引流線表面電弧爬伸的影響

為驗證硅橡膠傘裙能有效地防止電弧向兩端蔓延的效果，對硅橡膠絕緣層厚度分別為5.6 mm、7.6 mm、9.6 mm和11.6 mm的絕緣包覆引流線進(jìn)行引流線傘裙短接擊穿實驗. 使用接有地線的懸垂線夾模擬短接通道，然后將其安裝于絕緣包覆引流線表面?zhèn)闳怪g，并逐漸升高電壓，觀察絕緣包覆引流線表面閃絡(luò)情況. 絕緣包覆引流線短接實驗現(xiàn)象及表面擊穿情況如圖14所示. 由圖14（a）可以明顯看出，絕緣層厚度為7.6 mm的絕緣引流線表面出現(xiàn)了劇烈的電弧現(xiàn)象，最終在傘裙連接處發(fā)生擊穿［圖14（b）］.

實驗結(jié)果顯示，絕緣層厚度分別為5.6 mm、7.6 mm、9.6 mm和11.6 mm的絕緣包覆引流線的最大爬電距離分別為第1片傘裙、第2片傘裙、第5片傘裙和第8片傘裙. 如圖14（b）所示，在絕緣層表面的擊穿點較大，同時在絕緣層外邊緣出現(xiàn)灼燒現(xiàn)象，導(dǎo)體表面也有明顯的擊穿點，且擊穿點多發(fā)生在傘裙根部，而在靠近導(dǎo)體的絕緣層上存在許多小孔. 擊穿點多發(fā)生在傘裙根部可能是由于傘裙是在粘貼到絕緣層表面后進(jìn)行硫化處理，其接觸部位相對光滑而不規(guī)則，這阻礙了電弧的蔓延，但電子不斷轟擊導(dǎo)致傘裙根部被擊穿. 鑒于復(fù)合絕緣子傘裙結(jié)構(gòu)，建議在傘裙根部和絕緣包覆引流線接觸部位進(jìn)行光滑處理，以減小由接觸角過大引起的電場畸變.

4.5 引流線掛網(wǎng)運(yùn)行情況

近年來，國內(nèi)的桿塔防鳥設(shè)施得到了廣泛裝設(shè)，但這卻導(dǎo)致大型鳥類被趕至地線位置. 由于轉(zhuǎn)角塔中相引流跳線橫擔(dān)較長，無法安裝絕緣護(hù)套，從而導(dǎo)致大型鳥類的糞便會短接中相挑擔(dān)與地線. 且由于部分耐張或轉(zhuǎn)角塔桿塔的水平面與導(dǎo)線走向不平行，一側(cè)跳線與地線距離較近，鳥類的排便導(dǎo)致線路單相接地.

在寧夏固原地區(qū)多次因轉(zhuǎn)角塔鳥害而發(fā)生跳閘事件.目前，新型絕緣包覆引流線已在該地區(qū)成功掛網(wǎng)運(yùn)行（圖15）. 經(jīng)過一年多掛網(wǎng)運(yùn)行，新型絕緣包覆引流線性能良好，甚至在完全拆除引流線正上方的防鳥刺、防鳥擋板等防鳥措施的情況下，也沒有發(fā)生任何鳥害事故. 這表明即使沒有額外的防鳥設(shè)施，新型絕緣包覆引流線仍然能夠有效防止鳥害.

5 結(jié) 論

1）仿真結(jié)果表明，在引流線包覆硅橡膠絕緣層后，能顯著改善鳥糞附近的電場分布. 但包覆絕緣層后，鳥糞靠近橫擔(dān)一側(cè)的電場強(qiáng)度略有增加. 隨著絕緣層厚度的增加，引流線表面電場強(qiáng)度逐漸降低；半導(dǎo)體層厚度增加時，引流線表面電場強(qiáng)度同樣呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢.

2）通過模擬鳥糞閃絡(luò)實驗，隨著間隙距離的增加，閃絡(luò)電壓逐漸升高. 而當(dāng)裸導(dǎo)線表面包覆絕緣護(hù)套層后，閃絡(luò)電壓顯著升高. 這意味著包覆絕緣層能夠顯著提升引流線的絕緣性能，有效降低閃絡(luò)故障的發(fā)生概率，且對引流線采用硅橡膠進(jìn)行一體化包覆處理，對鳥糞閃絡(luò)的防護(hù)效果更佳.

3）通過模擬鳥糞短接均壓環(huán)實驗，本文絕緣包覆引流線相較于目前常用的XLPE絕緣電纜和卡扣式硅橡膠絕緣護(hù)套，在絕緣性能方面有顯著提升. 在工頻電壓下，絕緣包覆引流線沒有被擊穿.

4）隨著絕緣層厚度的增加，絕緣包覆引流線的擊穿電壓逐漸升高，絕緣層厚度每增加1 mm，擊穿電壓提升約10.7 kV. 在相同電壓下，較薄的絕緣層表面會更容易發(fā)生燃弧現(xiàn)象. 此外，硅橡膠傘裙能夠阻礙絕緣包覆引流線表面的電弧傳播，但也會導(dǎo)致傘裙部位被擊穿，建議在傘裙根部以及引流線接觸部位進(jìn)行光滑處理.

參考文獻(xiàn)

［1］ 毛曉坡，鄧德慧，孔巾嬌，等．架空輸電線路鳥類活動分析與研究［J］．湖北電力， 2022， 46（1）： 130-134．

MAO X P， DENG D H， KONG J J， et al．Analysis and researchon bird activity of overhead transmission lines［J］．Hubei ElectricPower， 2022， 46（1）： 130-134．（in Chinese）

［2］ 湯世彬，張林華， 高舉，等．云南某電網(wǎng)架空輸電線路鳥害故障分析［J］．云南電力技術(shù)， 2023，51（2）： 52-56．

TANG S B， ZHANG L H， GAO J， et al. Bird related faultanalysis of overhead transmission lines in Chuxiong power grid ofYunnan Province［J］. Yunnan Electric Power， 2023， 51（2）： 52-56．（in Chinese）

［3］ JIANG T Y，ZHAO J，WANG M． Bird detection on powertransmission lines based on improved YOLOv7［J］． AppliedSciences，2023，13（21）：11940．

［4］ WEN X S，WU Q，WANG Y，et al． High-risk region of birdstreamer flashover in 110 kV composite insulators and design forbird-preventing shield［J］． International Journal of ElectricalPower amp; Energy Systems， 2021， 131：107010．

［5］ LI M Z，SONG B．Improvement of bird prevention strategy basedon big data mining［J］．IOP Conference Series：Materials Scienceand Engineering，2020，768（5）：052071．

［6］ QIU Z B，ZHU X，LIAO C B，et al． Detection of bird speciesrelated to transmission line faults based on lightweightconvolutional neural network［J］. IET Generation，Transmission amp;Distribution，2022，16（5）：869-881．

［7］ AZIZ E，AOUABED F，ABDELLAH H，et al． Case study：optimizing grading ring design for high voltage polymericinsulators in power transmission systems for enhanced electricfield and voltage distribution by using a finite element method［J］．Energies，2023，16（13）：5235．

［8］ 王亮，黃同新，劉志帆，等．山區(qū)特色架空輸電線路鳥害分析與防治研究［J］．電工技術(shù)，2022（3）：38-40．

WANG L， HUANG T X， LIU Z F， et al. Analysis and preventionof bird trouble to overhead transmission lines in mountainousareas［J］．Electric Engineering， 2022（3）： 38-40．（in Chinese）

［9］ 陳泓，伍弘， 劉世濤，等．寧夏電網(wǎng)110 kV及以上輸電線路鳥害故障分析及防治［J］．寧夏電力，2019（6）：16-21．

CHEN H， WU H， LIU S T， et al. Analysis of bird-relatedfaults and preventions for 110 kV and above power transmissionlines in Ningxia power grid［J］. Ningxia Electric Power， 2019（6）：16-21．（in Chinese）

［10］ 盧銀均， 劉云飛， 魯彥， 等．輸電線路鳥害故障及防范措施分析［J］．黑龍江電力， 2022， 44（5）： 436-440．

LU Y J，LIU Y F，LU Y，et al．Analysis on bird damage fault andpreventive measures of transmission line［J］. Heilongjiang ElectricPower， 2022，44（5）：436-440．（in Chinese）

［11］ 方曉明.特高壓輸電線路復(fù)合絕緣子防鳥害措施研究［J］.電力系統(tǒng)裝備，2021（22）： 110-112.

FANG X M. Research on bird pest prevention measures ofcomposite insulators of UHV transmission lines［J］. Power SystemEquipment， 2021（22）： 110-112（. in Chinese）

［12］ 梅紅偉，彭功茂，李健，等．復(fù)合絕緣子懸掛導(dǎo)線安裝絕緣護(hù)套后的污閃特性［J］. 中國電機(jī)工程學(xué)報，2011，31（31）：189-195．

MEI H W，PENG G M，LI J，et al. Pollution flashovercharacteristics of composite insulator with joint insulation jacket attransmission conductor near its high potential end ［J］ ．Proceedings of the CSEE， 2011， 31（31）： 189-195．（in Chinese）

［13］ 梅紅偉，陳金君，彭功茂，等．復(fù)合絕緣子高壓端輸電導(dǎo)線安裝絕緣護(hù)套的研究［J］． 中國電機(jī)工程學(xué)報，2011，31（1）：109-116．

MEI H W，CHEN J J，PENG G M，et al．Research on insulationjacket put on transmission line conductor hung by compositeinsulator［J］．Proceedings of the CSEE，2011，31（1）：109-116．（in Chinese）

［14］ 畢茂強(qiáng)，帥埡靈，胡秀雷，等．改進(jìn)Grab Cut算法的復(fù)合絕緣子憎水性評估［J］．重慶理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)），2023，37（5）：218-227．

BI M Q，SHUAI Y L，HU X L，et al．Hydrophobicity evaluation ofcomposite insulators based on an improved Grab Cut algorithm［J］.Journal of Chongqing University of Technology （Natural Science），2023，37（5）：218-227．（in Chinese）

［15］ 劉世濤，伍弘， 郝金鵬，等．110 kV棒形懸式復(fù)合絕緣子絕緣包覆均壓環(huán)設(shè)計與試驗研究［J］． 電瓷避雷器，2021（6）：192-200．

LIU S T， WU H， HAO J P， et al. Design of 110 kV compositeinsulator insulation coated grading ring and experimentalstudy［J］. Insulators and Surge Arresters， 2021（6）： 192-200．（inChinese）

［16］ 張清文．包覆絕緣護(hù)套對220 kV輸電線路鳥糞閃絡(luò)特性的影響［J］．計算機(jī)與數(shù)字工程，2020，48（7）：1804-1809．

ZHANG Q W. Influence of coating insulation sheath on flashovercharacteristics of 220 kV transmission line［J］. Computer amp;Digital Engineering，2020， 48（7）： 1804-1809．（in Chinese）

［17］ 畢茂強(qiáng)， 楊忠平，江天炎，等．霧霾條件下不同配比硅橡膠電暈老化特性［J］．湖南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2022，49（12）：167-175．

BI M Q，YANG Z P，JIANG T Y，et al． Corona agingcharacteristics of silicone rubber with different proportions underhaze condition ［J］. Journal of Hunan University （NaturalSciences），2022，49（12）： 167-175．（in Chinese）

［18］ 畢茂強(qiáng)， 帥埡靈， 鄧潤坤，等．霧霾參數(shù)對電暈老化硅橡膠外絕緣特性影響研究［J］． 重慶理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)），2023， 37（2）： 251-259．

BI M Q，SHUAI Y L，DENG R K，et al． Influence of hazeparameters on external insulation characteristics of corona-agedsilicone rubber［J］. Journal of Chongqing University of Technology（Natural Science）， 2023， 37（2）： 251-259．（in Chinese）

［19］ 郝錦琦. 輸電線路風(fēng)偏特性及防風(fēng)偏絕緣子防風(fēng)偏性能研究［D］. 吉林：東北電力大學(xué)， 2023： 11-16.

HAO J Q. Research on wind deflection characteristics oftransmission lines and wind deflection prevention performance ofinsulators ［D］. Jilin： Northeast Electric Power University， 2023：11-16.（ in Chinese）

［20］ 劉會斌，王延偉，李博，等．絕緣護(hù)套對間隙交流擊穿特性的影響研究［J］．絕緣材料，2021，54（10）：84-88．

LIU H B，WANG Y W，LI B，et al． Research on influence ofinsulating sheath on AC breakdown characteristics of gap［J］．Insulating Materials，2021，54（10）：84-88．（in Chinese）

［21］ 杜志葉，何靖萱，柳雙，等．考慮后續(xù)回?fù)舻?00 kV單回交流線路耐雷水平研究［J］．湖南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2023，50（2）： 157-164．

DU Z Y， HE J X， LIU S， et al． Study on lightning resistancelevel of 500 kV single circuit AC transmission line consideringsubsequent lightning return stroke ［J］. Journal of HunanUniversity （Natural Sciences），2023，50（2）：157-164．（inChinese）

［22］ 陳劍光．復(fù)合絕緣子導(dǎo)線上纏繞絕緣護(hù)套對鳥糞閃絡(luò)的防護(hù)效果分析［J］．高壓電器， 2016，52（7）：136-142．

CHEN J G． Research on effect of wrapping insulation sheath towire on bird streamer flashover on 220 kV composite insulator［J］．High Voltage Apparatus，2016，52（7）：136-142．（in Chinese）

［23］ 彭永晶， 藍(lán)磊， 文習(xí)山， 等．輸電線路導(dǎo)線安裝絕緣護(hù)套的研究［J］．電瓷避雷器， 2018（1）：196-201．

PENG Y J，LAN L，WEN X S，et al． Study on installation ofinsulation sheath for transmission line［J］． Insulators and SurgeArresters，2018（1）：196-201．（in Chinese）

［24］ 李智琦， 羅日成， 吳東， 等. 500 kV變電站絕緣子串均壓環(huán)結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析［J］．電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)，2019，34（1）：171-176．

LI Z Q，LUO R C，WU D，et al．Optimization analysis of gradingring structure for insulator string in a 500 kV substation［J］．Journal of Electric Power Science and Technology，2019，34（1）：171-176．（in Chinese）

［25］ 郝金鵬， 李秀廣， 伍弘， 等. ±800 kV直流復(fù)合橫擔(dān)塔斜拉復(fù)合絕緣子均壓環(huán)優(yōu)化設(shè)計［J］. 電瓷避雷器， 2023（4）： 147-156．

HAO J P， LI X G， WU H，et al．Optimized design of grading ringfor ±800 kV DC composite cross-arm tower inclined pullcomposite insulator［J］．Insulators and Surge Arresters，2023（4）：147-156．（in Chinese）

［26］ 黃宇辰，房俊龍．架空輸電線路用防鳥糞絕緣護(hù)套配置方法的研究［J］．絕緣材料， 2023， 56（3）： 115-121．

HUANG Y C，F(xiàn)ANG J L．Study on configuration method of antibirddropping insulating sheath for transmission lines［J］ ．Insulating Materials， 2023， 56（3）： 115-121．（in Chinese）

［27］ 房子祎，郝金鵬，伍弘，等．220 kV復(fù)合絕緣子均壓環(huán)類型及結(jié)構(gòu)對其電場分布的影響［J］．絕緣材料，2023，56（1）：51-61．

FANG Z Y，HAO J P，WU H，et al．Influence of grading ring typeand structure on electric field distribution of 220 kV compositeinsulator［J］. Insulating Materials，2023，56（1）：51-61．（inChinese）

［28］ 閆轟達(dá)，李文鵬，張翀，等．500 kV電力電纜用國產(chǎn)交聯(lián)聚乙烯絕緣材料性能分析［J］．中國電力，2023，56（2）： 86-92．

YAN H D， LI W P， ZHANG C， et al. Performance analysis ofa domestic crosslinked polyethylene insulating material for 500 kVpower cable［J］. Electric Power， 2023，56（2）：86-92．（inChinese）

［29］ 刁志文，金海峰，張永鑫，等．模擬鳥糞條件下110 kV絕緣引流線閃絡(luò)特性研究［J］．絕緣材料，2023，56（8）：108-114．

DIAO Z W，JIN H F，ZHANG Y X，et al． Study on flashovercharacteristics of 110 kV insulation drainage line under simulatedbird dropping［J］．Insulating Materials，2023，56（8）：108-114．（in Chinese）

［30］ 曹鐸耀， 郭若琛， 蔡玲瓏， 等. 雙指數(shù)及振蕩型操作沖擊電壓下變壓器匝間擊穿特性［J］. 高電壓技術(shù)， 2022， 48（6）： 2265-2275．

CAO D Y， GUO R C， CAI L L， et al．Breakdown characteristicsof transformer turn-insulation under double-exponential andoscillating switching impulse voltage ［J］. High VoltageEngineering， 2022， 48（6）： 2265-2275．（in Chinese）

基金項目：寧夏自然科學(xué)基金資助項目（ 2023AAC03849）， Natural Science Foundation of Ningxia（2023AAC03849）