CN109884420A - 一种架空输电线路鸟粪闪络事故的模拟试验方法 - Google Patents

Abstract

一种架空输电线路鸟粪闪络事故的模拟试验方法，所述方法在门型绝缘架构的横梁上设置模拟横担，用复合绝缘子在模拟横担下部吊挂模拟导线，利用浸渍了鸟粪模拟液的织物条模拟下落的鸟粪，模拟鸟粪条吊挂在模拟横担下部并位于模拟导线上方，试验过程中用电压可调的高压电源给模拟导线加压，记录试验现象，最后对试验现象进行分析，完成架空输电线路鸟粪闪络事故的模拟试验。本发明用浸渍了鸟粪模拟液的织物条模拟不同下落模式的鸟粪，很好地解决了传统试验方法中鸟粪难以获得、鸟粪形态难以控制、金属丝/铁棒等效性差的问题。该方法操作简单，抗干扰能力强，适用范围广，可为认识鸟粪的闪络特性和机理并在此基础上提出击穿电压预测模型提供技术支持。

Description

一种架空输电线路鸟粪闪络事故的模拟试验方法

技术领域

本发明涉及一种研究不同鸟粪下落模式下架空输电线路空气间隙击穿特性的模拟试验方法，属于测试技术领域。

背景技术

随着生态环境的好转和人们对鸟类保护意识的增强，鸟类数量不断增多，活动范围日益扩大。鸟类在输电线塔上筑巢、产卵、休息等一系列活动，都可能发生排便行为。鸟粪在重力作用下可大幅拉伸，形成具有一定导电率的固液混合物。鸟粪通道具有较好的导电性且长度较长，可短接输电线路的横担与导线、均压环之间的空气间隙。当鸟粪长度达到了一定值后，会诱发导线与横担之间的空气间隙放电甚至击穿。

近年来架空输电线路的鸟粪闪络事故已成为威胁电网安全稳定运行的重要因素。统计数据表明，2016年全国各地均有鸟害事故发生。330kV及以上输电线路鸟害跳闸共计56次，仅次于雷击，占总跳闸次数的14.7％。从电压等级来看，鸟害跳闸主要为交流500kV线路(28次)、330kV线路(3次)、750kV线路(1次)，直流±400kV线路(24次)。鸟害跳闸主要集中在500kV和±400kV线路上，跳闸次数之和占所有电压等级线路鸟害跳闸总数的92.9％。

目前国内外对鸟粪闪络的模拟试验进行了大量研究。南非学者对±500kV直流线路V型复合绝缘子鸟粪闪络进行过模拟试验，试验用不同长度和直径的铜制圆棒来模拟鸟粪下落通道，得出了V型复合绝缘子中心附近为高危区域的结论。河南电科院和华中科技大学用铜丝模拟大长度鸟粪下落情况，验证了鸟粪连通两极为最严重的短路事故，通过实验给出了110kV线路容易发生鸟粪击穿的区域。武汉大学和江西电科院用铁丝模拟鸟粪和异物下落的情况，分析了不同长度铁丝临近绝缘子串的放电机理，并通过间隙放电试验，结合三维有限元电场仿真，得出了220kV输电线路杆塔的鸟粪击穿风险区域。

鸟粪闪络故障本质上属于一种空气间隙的放电问题。鸟粪闪络与常规的空气间隙放电相比有其固有的部分特性。首先鸟粪通道具有良好的导电性，其次鸟粪在下落过程中可能会脱离横担，成为一个悬浮导体，在电场的作用下形成悬浮电位，对原有的电场造成畸变，进而影响到整个空气间隙的放电。另外鸟粪在下落过程中可能存在分段现象，这使得鸟粪闪络问题较为复杂。

由于架空输电线路的鸟粪闪络属于一种随机和小概率事件，且多发生在夜间，很难通过直接观察的方法来研究其鸟粪闪络特性，真实鸟粪下落不仅是一个连续的导电体，还可能出现分段现象。分段的鸟粪会显著改变空气间隙的电场分布，进而影响击穿电压。故若要研究鸟粪闪络故障，就需要对分段鸟粪的下落情况展开研究。目前工程中多采用人工模拟鸟粪法进行研究，但模拟鸟粪的形态、长度等参数很难控制，工程中只能研究在固定电压作用下的闪络概率，而难以研究闪络电压的具体数值。

因此寻求一种研究不同鸟粪下落形态下闪络电压变化特性的试验方法，对于认识鸟粪的闪络特性和机理并在此基础上提出击穿电压预测模型具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种架空输电线路鸟粪闪络事故的模拟试验方法，为人们认识鸟粪的闪络特性和机理并在此基础上提出击穿电压预测模型提供技术支持。

本发明所述问题是以下述技术方案解决的：

一种架空输电线路鸟粪闪络事故的模拟试验方法，所述方法在门型绝缘架构的横梁上设置模拟横担，用复合绝缘子在模拟横担下部吊挂模拟导线，利用浸渍了鸟粪模拟液的织物条模拟下落的鸟粪，模拟鸟粪条吊挂在模拟横担下部并位于模拟导线上方，试验过程中用电压可调的高压电源给模拟导线加压，记录试验现象，最后对试验现象进行分析，完成架空输电线路鸟粪闪络事故的模拟试验。

上述架空输电线路鸟粪闪络事故的模拟试验方法，所述方法包括以下步骤：

a.搭建试验平台

用两串支柱绝缘子作为侧立柱，用玻璃纤维芯棒作为横梁，搭建门型绝缘架构，在门型绝缘架构的横梁上安装模拟横担，用复合绝缘子将模拟导线吊挂在模拟横担下部，将模拟导线与电压可调的高压电源连接；

b.制作模拟鸟粪条

鸟粪为粘稠状的固液混合物质，为模拟该鸟粪，将一定质量的液体蜂蜜、红薯淀粉、纯净水和NaCl按一定的比例混合，根据粘度需要，其中蜂蜜、红薯淀粉和纯净水，按质量比为1：1：0.1到1：1：1的范围进行配比，加热变性后，调整动力粘度在1000pa.s到20000pa.s范围，NaCL的加入量按照所需的电导率、经计算得到所需的质量数后进行配比，调整模拟鸟粪的电导率范围为1mS/cm-20mS/cm的范围，该电导率可以覆盖自然界中实际的鸟粪的电导率。对上述配比的模拟鸟粪进行充分搅拌，形成粘稠的鸟粪模拟液，将织物条在鸟粪模拟液中充分浸湿后静置一段时间，待不再有鸟粪模拟液从纱布条上滴落时，用兆欧表测量模拟鸟粪条的电阻，若其电阻值在设定范围内，即可用作模拟鸟粪。本发明提出的这种红薯淀粉鸟粪模拟液，其粘性更好，更能够逼近真实的鸟粪粘度和模拟滴落过程，使测试效果更为真实可靠。

c.记录和分析试验现象

将制作好的模拟鸟粪条吊在模拟横担下部，用高压电源给模拟导线加压，记录并分析试验现象，完成架空输电线路鸟粪闪络事故的模拟试验。

上述架空输电线路鸟粪闪络事故的模拟试验方法，所述模拟导线水平放置，其中部与复合绝缘子固定连接，一端与高压电源连接，另一端设有均压球，模拟导线的上方设有均压环，所述均压环固定在复合绝缘子上。

上述架空输电线路鸟粪闪络事故的模拟试验方法，所述模拟鸟粪条为整体式或分段式，两种模拟鸟粪条的吊挂方式如下：

整体式模拟鸟粪条的吊挂方式：上端直接固定在模拟横担上或通过一段绝缘绳吊挂在模拟横担下方，下端自然下垂或通过绝缘绳与门型绝缘架构的两侧立柱连接；

分段式模拟鸟粪条的吊挂方式：分段式模拟鸟粪条包括上下两段模拟鸟粪条，上段模拟鸟粪条的上端直接与模拟横担连接，下端自然下垂或通过绝缘绳与门型绝缘架构的两侧立柱连接；下段模拟鸟粪条的上端通过绝缘绳与模拟横担连接，下端自然下垂或通过绝缘绳与门型绝缘架构的两侧立柱连接。

上述架空输电线路鸟粪闪络事故的模拟试验方法，制作模拟鸟粪条所用的织物条为医用纱布条。

上述架空输电线路鸟粪闪络事故的模拟试验方法，所述模拟鸟粪条通过绝缘绳与门型绝缘架构的两侧立柱连接时，模拟鸟粪条两侧绝缘绳为水平或上扬状态。

上述架空输电线路鸟粪闪络事故的模拟试验方法，所述模拟横担由金属网制成，金属网的长为1m，宽为0.5m，网孔大小为1cm*1cm。

上述架空输电线路鸟粪闪络事故的模拟试验方法，所记录的试验现象包括鸟粪闪络过程中的电压、电流、可见光放电、紫外放电。

本发明用浸渍了鸟粪模拟液的织物条模拟不同下落模式的鸟粪，很好地解决了传统试验方法中鸟粪难以获得、鸟粪形态难以控制、金属丝/铁棒等效性差的问题。该方法操作简单，抗干扰能力强，适用范围广，可为认识鸟粪的闪络特性和机理并在此基础上提出击穿电压预测模型提供技术支持。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详述。

图1是鸟粪下落模式的模拟试验方法流程图；

图2是110kV复合绝缘子鸟粪闪络模拟试验平台；

图3是110kV复合绝缘子鸟粪闪络模拟试验平台俯视图；

图4是鸟粪下落的六种形态示意图；

图5是下落鸟粪固定方法示意图；

图6是模拟鸟粪条与绝缘绳的夹角示意图；

图7是绝缘绳捆绑模拟鸟粪条示意图。

图中各标号为：1、模拟横担，2、支柱绝缘子，3、复合绝缘子，4、均压环，5、均压球，6、模拟导线，7、高压电源线，8、模拟鸟粪条，9、绝缘芯棒，10、操作台，11、变压器，12、保护电阻，13、分压器，14、遮光板，15、绝缘绳。

具体实施方式

本发明利用浸渍了鸟粪模拟液的纱布条模拟下落的鸟粪，纱布条长短可调，位置可调。此种方法准确模拟了鸟粪粘稠状液体的特性，同时可以精确控制模拟鸟粪条的位置，试验性强。

本方法的流程图如图1所示。依据此流程图可以顺利、准确地进行鸟粪闪络的相关试验研究。

试验平台的搭建

为模拟不同电压等级鸟粪闪络的情况，可以选择在导线上施加不同等级的电压以及采用相对应的绝缘子。图2模拟的是110kV复合绝缘子鸟粪闪络的情况。复合绝缘子伞裙外径为14cm，伞间距为3cm，高度为120cm，悬挂于由玻璃纤维芯棒搭建的门型绝缘架构上，门型绝缘架构的高度约为2.5m，宽度为1.4m。

采用一个长1m宽0.5m的金属网来模拟横担，将其置于门型绝缘架构上，其网孔的大小为1cm*1cm，复合绝缘子被悬挂于上述门型绝缘架构的模拟横担下方，其悬挂的中心点距离左侧门型绝缘架构边缘为为70cm，距离另外的一侧为70cm。高压侧均压环的外径为29cm，管径为3cm。采用直径为2.7cm长度为1m的空心铁管作为模拟导线，为防止发生电晕放电，在其端部安装了一直径为8cm的均压球。模拟导线距离地面的距离为1.12m。试验采用可输出交流和直流电压的工频变压器作为试验电源。

模拟鸟粪条的制作

选取医用纱布，制成2cm宽、1m长、5层折叠的纱布条。将液体蜂蜜、红薯淀粉、纯净水和NaCl按上文给出的比例混合，形成粘稠的鸟粪模拟液。将纱布条在鸟粪模拟液中充分浸湿，确保其表面附着有一层均匀的鸟粪模拟液。静置10分钟，待不再有鸟粪模拟液从纱布条上滴落时，一条模拟鸟粪条制作完成。用兆欧表测量模拟鸟粪条的电阻。

鸟粪下落模式

试验分别模拟研究了鸟粪的六种下落形态，其示意图如图4所示。图4中R表示为模拟鸟粪悬挂点距离复合绝缘子悬挂点的水平距离，可根据试验需求自行设定大小。此六种形态基本囊括了鸟粪下落的各种情况。其中，图4(a)(b)模拟的是鸟粪连续下落且未脱离横担的情况；图4(c)(d)模拟的是鸟粪分段下落且上端未脱离横担的情况；图4(e)(f)模拟的是鸟粪下落且脱离了横担的情况。图4(a)(c)(e)模拟的是鸟粪在均压环正上方从横担下落的情况，图4(b)(d)(f)模拟的是鸟粪在均压环斜上方从横担下落的情况。

通过以上试验布置方式，可以有效模拟鸟粪下落的情况。结合高压电源，保护电阻，分压器，电流测量设备，可见光监测设备，紫外监测设备，可以综合记录测量鸟粪闪络过程中的电压、电流、可见光放电、紫外放电等特性，为研究鸟粪闪络提供提供了切实可行的试验方法。

试验中，鸟粪在强电场作用下会受到重力、电场力、库仑力、表面张力、粘弹性应力等的综合作用，会发生左右摇摆，严重影响相关测量数据的准确性。为此，采用绝缘绳固定的方式抑制鸟粪左右摆动，如图5所述，将模拟鸟粪条通过绝缘绳与门型绝缘架构的两侧立柱连接固定。

对于连续下落且不脱离横担的鸟粪，即图4(a)(b)的情况，采用图5(a)的固定方式。对于分段下落且不脱离横担的鸟粪，即图4(c)(d)的情况，采用图5(b)的固定方式。对于已离开横担的下落鸟粪，即图4(e)(f)的情况，采用图5(c)的固定方式。

模拟鸟粪条与绝缘绳的夹角

将绝缘绳与模拟鸟粪条的夹角记为∠α。∠α原则上保持为90°，但因模拟鸟粪条表面具有粘稠的流动液体，具有流动下垂的特点，故试验中也允许∠α<90°，如图6所示。

绝缘绳的捆绑方式

为规范绝缘线的捆绑方式，准确、顺利地进行试验，将绝缘绳捆绑模拟鸟粪条的示意图绘制如图7。绝缘绳在模拟鸟粪条上紧致缠绕三圈，绝缘绳前后a、b两点牢固捆绑在支柱绝缘子上，捆绑方式不限，使绝缘绳可以有效抑制模拟鸟粪条在试验加压过程中的左右摆动即可。绝缘绳距离模拟鸟粪条最下端也不宜过远，过远则不宜捆绑牢固。

本鸟粪下落模式的模拟试验方法，克服了目前试验中鸟粪难以获得、鸟粪形态难以控制、金属丝/铁棒等效性差的问题。采用简单易行的模拟方法有效模拟了鸟粪下落的各种情况，等效性强，方便控制鸟粪位置和形态，可以模拟鸟粪条分段情况，测量精度高，抗干扰能力强，适用范围广，有助于鸟粪闪络试验的相关研究。

Claims (8)

1.一种架空输电线路鸟粪闪络事故的模拟试验方法，其特征是，所述方法在门型绝缘架构的横梁上设置模拟横担(1)，用复合绝缘子(3)在模拟横担(1)下部吊挂模拟导线(6)，利用浸渍了鸟粪模拟液的织物条模拟下落的鸟粪，模拟鸟粪条(8)吊挂在模拟横担(1)下部并位于模拟导线(6)上方，试验过程中用电压可调的高压电源给模拟导线(6)加压，记录试验现象，最后对试验现象进行分析，完成架空输电线路鸟粪闪络事故的模拟试验。

2.根据权利要求1所述的一种架空输电线路鸟粪闪络事故的模拟试验方法，其特征是，所述方法包括以下步骤：

a.搭建试验平台

用两串支柱绝缘子(2)作为侧立柱，用绝缘芯棒(9)作为横梁，搭建门型绝缘架构，在门型绝缘架构的横梁上安装模拟横担(1)，用复合绝缘子(3)将模拟导线(6)吊挂在模拟横担(1)下部，将模拟导线(6)与电压可调的高压电源连接；

b.制作模拟鸟粪条(8)

鸟粪为粘稠状的固液混合物质，为模拟该鸟粪，将一定质量的液体蜂蜜、红薯淀粉、纯净水和NaCl按一定的比例混合，根据粘度需要，其中蜂蜜、红薯淀粉和纯净水，按质量1：1：0.1到1：1：1的范围进行配比，调整动力粘度在1000pa.s到20000pa.s范围，NaCL按照所需的电导率经计算得到所需的质量数后进行配比，调整模拟鸟粪的电导率范围为1mS/cm-20ms/cm的范围，该电导率可以覆盖自然界中实际的鸟粪的电导率。对上述配比的模拟鸟粪进行充分搅拌，形成粘稠的鸟粪模拟液，将织物条在鸟粪模拟液中充分浸湿后静置一段时间，待不再有鸟粪模拟液从纱布条上滴落时，用兆欧表测量模拟鸟粪条(8)的电阻，若其电阻值在设定范围内，即可用作模拟鸟粪；

c.记录和分析试验现象

将制作好的模拟鸟粪条(8)吊在模拟横担(1)下部，用高压电源给模拟导线(6)加压，记录并分析试验现象，完成架空输电线路鸟粪闪络事故的模拟试验。

3.根据权利要求1或2所述的一种架空输电线路鸟粪闪络事故的模拟试验方法，其特征是，所述模拟导线(6)水平放置，其中部与复合绝缘子(3)固定连接，一端与高压电源连接，另一端设有均压球(5)，模拟导线(6)的上方设有均压环(4)，所述均压环(4)固定在复合绝缘子(3)上。

4.根据权利要求3所述的一种架空输电线路鸟粪闪络事故的模拟试验方法，其特征是，所述模拟鸟粪条(8)为整体式或分段式，两种模拟鸟粪条的吊挂方式如下：

整体式模拟鸟粪条的吊挂方式：上端直接固定在模拟横担(1)上或通过一段绝缘绳吊挂在模拟横担(1)下方，下端自然下垂或通过绝缘绳与门型绝缘架构的两侧立柱连接；

分段式模拟鸟粪条的吊挂方式：分段式模拟鸟粪条(8)包括上下两段模拟鸟粪条，上段模拟鸟粪条的上端直接与模拟横担(1)连接，下端自然下垂或通过绝缘绳与门型绝缘架构的两侧立柱连接；下段模拟鸟粪条的上端通过绝缘绳与模拟横担(1)连接，下端自然下垂或通过绝缘绳与门型绝缘架构的两侧立柱连接。

5.根据权利要求4所述的一种架空输电线路鸟粪闪络事故的模拟试验方法，其特征是，制作模拟鸟粪条(8)所用的织物条为医用纱布条。

6.根据权利要求5所述的一种架空输电线路鸟粪闪络事故的模拟试验方法，其特征是，所述模拟鸟粪条(8)通过绝缘绳与门型绝缘架构的两侧立柱连接时，模拟鸟粪条(8)两侧绝缘绳为水平或上扬状态。

7.根据权利要求6所述的一种架空输电线路鸟粪闪络事故的模拟试验方法，其特征是，所述模拟横担(1)由金属网制成，金属网的长为1m，宽为0.5m，厚3cm，网孔大小为1cm*1cm。

8.根据权利要求7所述的一种架空输电线路鸟粪闪络事故的模拟试验方法，其特征是，所记录的试验现象包括鸟粪闪络过程中的电压、电流、可见光放电、紫外放电。