2022, Vol. 40
输电线路是电网的关键组成部分，其运行特性直接关系到电网的安全可靠性[1]。由于输电线路具有分布广、距离长等特点，因而故障时有发生。输电线路故障的成因主要有自然灾害[2-5]、外力破坏及鸟害等[6-8]。涉鸟故障是指因鸟类活动致使输电线路跳闸甚至停运，随着城市化的推进，鸟害与电网安全运行之间的矛盾日益突出[9-11]。例如，2014— 2016年某电网110 kV及以上架空输电线路涉鸟故障共计134起[12]，且呈逐年增加趋势。因此，研究输电线路涉鸟故障的特征，采取合理有效的防鸟措施，对保障输电线路安全稳定运行具有重要意义。本文对内蒙古电网内一起110 kV输电线路涉鸟故障进行分析，并提出合理化建议。
1 故障概况2021-01-23凌晨，某供电局110 kV线路Ⅰ段保护动作跳闸，重合闸成功。该110 kV输电线路于2010年10月正式投运，全长12.9 km，铁塔共54基，且垂直排列。线路用导线型号为LGJ-185/25，绝缘子型号为FXBW4-110 kV/100 kN，生产厂家为百斯特电瓷有限公司。故障发生后，对线路进行现场检查，发现52号塔L2相引流吊串瓷绝缘子伞裙及两端金具表面存在放电痕迹。根据气象监测记录，事故发生时段，环境风速为西北风1~2级，温度为-10~ 5 ℃。
2 故障原因初步判定该故障相瓷绝缘子串伞裙共7片。通过宏观形貌检查可以看出，各伞裙表面均喷有室温硫化硅橡胶（RTV）防污闪涂层，其表面可见少量污秽物，个别伞裙边缘还存在涂层脱落现象。进一步拆解检查，在低压侧和高压侧第一片伞裙及两端金具表面均观察到明显的放电痕迹，放电瞬间产生的高温使金具表面的镀锌层及伞裙表面的RTV涂层发生了不同程度的熔解；在低压侧第一片伞裙表面还残留一定量的鸟粪，且鸟粪边缘可见放电痕迹，如图 1所示。绝缘子其他部位未见烧蚀、机械磨损及腐蚀等痕迹。由此初步判定该故障为鸟粪引起的瓷绝缘子击穿。
|
| 图 1 瓷绝缘子各部位宏观形貌 Figure 1 Macromorphology of various parts of porcelain insulator |
为防止同类事故再次发生，对击穿的瓷绝缘子串进行综合性失效原因分析。
3.1 DR透视检测利用X射线数字成像技术（DR）获得图像，可以清晰直观地看到绝缘子内部结构，准确判断缺陷类型及其位置，精确测量内部部件大小[13-14]。本文利用DR技术对瓷绝缘子高压侧和低压侧第一片伞裙分别进行检测，所获图像如图 2所示。瓷绝缘子高压侧和低压侧第一片伞裙结构完整，内部未见气泡、裂纹等缺陷，仅钢脚略微倾斜，与轴线最大夹角约为4°。
|
| 图 2 瓷绝缘子伞裙DR形貌 Figure 2 Morphology of porcelain insulator shed |
在绝缘子表面涂RTV材料可以提高绝缘子的防污闪、湿闪和闪络能力，RTV的厚度对绝缘子的性能有很大影响[15]，将瓷绝缘子伞裙破坏后，利用金相显微镜对其涂层厚度进行测量，共测试3个点。结果表明，绝缘子RTV涂层的平均厚度为66.8 μm，低于DL/T 627—2018《绝缘子用常温固化硅橡胶防污闪涂料》中规定的300 μm的要求[16]。但不同喷涂工艺和基底，会使相同厚度的RTV涂层的质量不同，因此不能简单依靠涂层厚度判断绝缘子的性能优劣。
3.3 憎水性能瓷绝缘子的绝缘部分一般为亲水性材料。在绝缘子表面涂RTV材料可以明显增强绝缘子的憎水性[17]。由于绝缘子长期在户外运行，其憎水性能可能会降低甚至丧失，因此需对绝缘子伞裙的憎水性进行重新测试。
利用接触角测量仪对瓷绝缘子低压侧和高压侧第一片伞裙RTV涂层的憎水性能进行了检测，每个伞裙各取10个点进行滴水，水珠体积设为10 μL，滴水后静置10 s再进行检测。检测结果表明，低压侧第一片伞裙静态接触角平均值为137.3°，高压侧第一片伞裙静态接触角平均值为119.9°，如图 3所示。试验结果表明，绝缘子的憎水性能良好，满足相关标准要求[18-19]。
|
| 图 3 伞裙RTV涂层静态接触角测量结果 Figure 3 Electrical performance test results of porcelain insulator shed |
绝缘子的电气性能主要指其绝缘性，对瓷绝缘子各伞裙进行绝缘电阻测试，结果见表 1。由表 1可以看出，绝缘子各伞裙的绝缘电阻均满足标准要求[20]。
| 表 1 瓷绝缘子各伞裙电气性能测试结果 Table 1 Electrical performance test results of each shed of porcelain insulators |
|
由于事发当日天气情况不符合形成雷电放电的基本条件，可以排除大气外过电压引起的绝缘子闪络。此外，绝缘子内部未见明显缺陷，伞裙表面RTV涂层的憎水性能良好，且绝缘电阻符合标准要求，以上检测结果表明，击穿与绝缘子的自身质量无明显关系。
此次瓷绝缘子串跳闸故障主要与鸟粪引发的间隙击穿有关。鸟粪排出后在空中下落，随着时间推移，不断靠近高压侧，鸟粪通道的介入，使绝缘子周围的电场分布发生严重畸变，鸟粪通道的前端与绝缘子高压端金具之间空气间隙的电场强度不断增大，当达到击穿场强后，引发击穿放电。
针对上述问题，除线路设计之初按要求安装防鸟装置外，还要随着鸟类活动范围的变化定期加装或更换防鸟装置。在鸟害严重的地区，需加强人工巡线密度。目前巡线方式仍以传统的人工巡线为主，建议改善巡线方式，如加装巡线机器人、开启无人机巡线等，进一步提高输电线路状态巡视管理水平。
| [1] |
胡毅, 刘凯, 吴田, 等. 输电线路运行安全影响因素分析及防治措施[J].
高电压技术, 2014, 40(11): 3491-3499 HU Yi, LIU Kai, WU Tian, et al. Analysis of influential factors on operation safety of transmission line and countermeasures[J]. High Voltage Engineering, 2014, 40(11): 3491-3499 (  0)
|
| [2] |
文清丰, 梁泽慧, 王晓光, 等. 雷击引起220 kV架空输电线路地线断线分析[J].
内蒙古电力技术, 2018, 36(5): 82-85 WEN Qingfeng, LIANG Zehui, WANG Xiaoguang, et al. Analysis of ground wire breakage of 220 kV overhead transmission line caused by lightning strike[J]. Inner Mongolia Electric Power, 2018, 36(5): 82-85 ( 0)
|
| [3] |
张志劲, 张翼, 蒋兴良, 等. 基于区域分割方法的绝缘子覆冰质量预测模型[J].
高电压技术, 2020, 46(2): 406-412 ZHANG Zhijin, ZHANG Yi, JIANG Xingliang, et al. A model for predicting ice weight on insulators based on regional segmentation method[J]. High Voltage Engineering, 2020, 46(2): 406-412 ( 0)
|
| [4] |
李隆基, 高群, 孔相欢, 等. 防冰雪复合绝缘子悬挂方式优化及其影响因素分析[J].
电力系统及其自动化学报, 2019, 31(6): 74-79 LI Longji, GAO Qun, KONG Xianghuan, et al. Suspension pattern optimization of anti-icing polymer insulators and analysis of influencing factors[J]. Proceedings of the CSU-EPSA, 2019, 31(6): 74-79 ( 0)
|
| [5] |
王拓. 单端电缆供电线路故障类型判断及保护选择性的研究[J].
电力大数据, 2017, 20(12): 21-23 WANG Tuo. Study on judgment and protection selectivity of single-ended cable power line faults[J]. Power Systems and Big Data, 2017, 20(12): 21-23 ( 0)
|
| [6] |
巢亚锋, 徐志强, 岳一石, 等. 湖南输电线路鸟害故障特征分析及防范措施[J].
高电压技术, 2016, 42(12): 3853-3860 CHAO Yafeng, XU Zhiqiang, YUE Yishi, et al. Characteristics analysis and prevention countermeasures of bird -caused damages for overhead transmission lines in hunan power grid[J]. High Voltage Engineering, 2016, 42(12): 3853-3860 ( 0)
|
| [7] |
赵墨林, 牛继荣, 杨伟旗, 等. 高压架空输电线路鸟害区域等级划定方法[J].
内蒙古电力技术, 2010, 28(1): 7-9 ZHAO Molin, NIU Jirong, YANG Weiqi, et al. Method of rank delimitation to bird damage area along high voltage overhead power transmission line[J]. Inner Mongolia Electric Power, 2010, 28(1): 7-9 ( 0)
|
| [8] |
赵文诗, 刘天作, 刘闯闯, 等. 特高压换流站交流滤波器鸟害故障跳闸原因分析及建议措施[J].
内蒙古电力技术, 2021, 39(5): 50-54 ZHAO Wenshi, LIU Tianzuo, LIU Chuangchuang, et al. Cause analysis and maintenance suggestions on bird damage fault tripping of AC filter in UHV converter station[J]. Inner Mongolia Electric Power, 2021, 39(5): 50-54 ( 0)
|
| [9] |
唐捷, 蒋圣超, 王乐. 广西电网输电线路鸟害缺陷分析与治理[J].
电瓷避雷器, 2018(5): 248-252 TANG Jie, JIANG Shengchao, WANG Le. Analysis and prevention of bird hazard barriers on transmission line in Guangxi power grid[J]. Insulators and Surge Arresters, 2018(5): 248-252 ( 0)
|
| [10] |
瞿威均. 输电线路鸟害分析及其防治[J].
云南电力技术, 2016, 44(Z1): 45-46 ( 0)
|
| [11] |
陈宁宁, 宋子豪, 徐光年, 等. 海盐县配电网鸟害现状分析及防治措施[J].
浙江电力, 2017, 36(5)12-15, 22 CHEN Ningning, SONG Zihao, XU Guangnian, et al. Status quo and preventive measures for bird damage on Haiyan Distribution Lines[J]. Zhejiang Electric Power, 2017, 36(5)12-15, 22 ( 0)
|
| [12] |
黄绪勇, 沈志, 王昕. 云南电网输电线路鸟害故障风险评估方法[J].
高压电器, 2020, 56(3): 156-163 HUANG Xuyong, SHEN Zhi, WANG Xin. Risk as sessment method of bird damages for yunnan power grid transmission line[J]. High Voltage Apparatus, 2020, 56(3): 156-163 ( 0)
|
| [13] |
刘云鹏, 李乐, 张铭嘉, 等. 复合绝缘横担界面特性检测研究现状[J].
电工技术学报, 2020, 35(2): 408-424 LIU Yunpeng, LI Le, ZHANG Mingjia, et al. Research status of interface detection for composite grossarm[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(2): 408-424 ( 0)
|
| [14] |
李继承, 孔令昌, 李欢. X射线数字成像技术在特高压盆式绝缘子缺陷诊断中的应用[J].
无损探伤, 2018, 42(2): 22-24 LI Jicheng, KONG Lingchang, LI Huan. The application of digital X-ray detection technology in UHV basin insulator defect detection[J]. Nondestructive Inspection, 2018, 42(2): 22-24 ( 0)
|
| [15] |
李秋鹏, 吴兴全, 高婷, 等. RTV涂层厚度对修复老化复合绝缘子机械性能的影响[J].
高压电器, 2019, 53(8): 205-211 LI Qiupeng, WU Xingquan, GAO Ting, et al. Effect of RTV coating thickness on mechanical properties of repairing aged composite insulators[J]. High Voltage Apparatus, 2019, 53(8): 205-211 ( 0)
|
| [16] |
电力行业绝缘子标准化技术委员会. 绝缘子用常温固化硅橡胶防污闪涂料: DL/T 627-2018[S]. 北京: 中国电力出版社, 2019.
( 0)
|
| [17] |
陈龙, 汪政, 罗义, 等. 运行复合绝缘子表面憎水特性及微观结构研究[J].
绝缘材料, 2020, 53(4): 19-26 CHEN Long, WANG Zheng, LUO Yi, et al. Study on surface hydrophobic properties and microstructure of serviced composite insulator[J]. Insulating Materials, 2020, 53(4): 19-26 ( 0)
|
| [18] |
电力行业绝缘子标准化技术委员会. 复合绝缘子用硅橡胶绝缘材料通用技术条件: DL/T 376-2010[S]. 北京: 中国电力出版社, 2010.
( 0)
|
| [19] |
电力行业绝缘子标准化技术委员会. 标称电压高于1000 V架空线路用绝缘子使用导则第3部分: 交流系统用棒悬式复合绝缘子: DL/T 1000.3-2015[S]. 北京: 中国电力出版社, 2016.
( 0)
|
| [20] |
电力行业绝缘子标准化技术委员会. 劣化悬式绝缘子检测规程: DL/T 626-2015[S]. 北京: 中国电力出版社, 2016.
( 0)
|