合成绝缘子鸟粪闪络与不明原因闪络

合成绝缘子鸟粪闪络与不明原因闪络
摘要：在人工模拟鸟粪闪络现象的基础上，对鸟粪闪络机理及闪络条件进行了研究。

发现鸟粪闪络主要是空气间隙在瞬间电场畸变情况下的击穿，而不是以往认为的沿面闪络。

在以往认为的不明原因闪络中，有相当一部分实际上是属于鸟粪闪络，并对防止鸟粪闪络的措施进行了讨论。

关键词：鸟粪闪络；不明闪络；绝缘子
1鸟粪闪络事故及闪络特点
鸟粪闪络事故是指由栖息在杆塔上的鸟排泄物引起的闪络事故。

据统计到1998年为止，全国的合成绝缘子事故中雷击闪络事故占47％，不明闪络事故占24％，而已确认的鸟粪闪络事故就占16％，大大高于合成绝缘子污闪所占5％的比例［1］。

其他国家也有许多鸟粪事故的报道。

早在20世纪20年代就已发现有鸟粪导致闪络的事故。

鸟一般在凌晨觅食前排出大量的粪便，因此鸟粪闪络事故多出现在这段时间。

鸟粪闪络事故多数发生在110kV和220kV电压等级的线路中，35kV及以下和500kV的电网中此类事故较少。

鸟粪闪络是一种突发性事件，闪络前没有任何征兆，闪络时也极少为人见，只能事后进行判断。

由于以往一直认为鸟粪闪络是由鸟粪落在绝缘子表面而引发的沿面闪络事故，因此鸟粪痕迹的存在一直作为判断是否为鸟粪闪络的重要依据。

2模拟鸟粪闪络试验
2．1试验装置
鸟粪下落的方式根据鸟粪下落路径离绝缘子轴线横向距离的不同可以分为2种：①鸟粪落在绝缘子表面，然后沿绝缘子伞群边沿下滑；②鸟粪从绝缘子表面以外一定距离处下落。

鸟粪模拟试验装置如图1所示。

（2）模拟鸟粪的粘度
模拟液中硅藻土的浓度决定了模拟鸟粪的粘度。

硅藻土浓度为零时就是盐水，粘度为1mm2／s。

这时，无论是第一种还是第二种鸟粪下落方式，也无论模拟鸟粪挤出量达到多少体积，局部闪络和贯通性闪络的概率都几乎为零。

在试验中可以观察到这时液体到达绝缘子高压端附近时，都变成了许多细小水滴，相当于一定电导率的淋雨试验，其闪络电压自然远高于绝缘子的运行电压。

当模拟液的硅藻土浓度为160g／l时，可以发生闪络，但在一定条件下，只发生局部空气间隙击穿，局部电弧没有发展成为闪络。

此时，模拟液的粘度为2．9mm2／s。

在这种粘度条件下，模拟鸟粪下落通道的前端还是可能出现断续现象。

（2）绝缘子周围电场发生严重畸变。

具有一定导电性的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之间的空气间隙的电场强度大大增加。

绝缘子承受的大部分电压都加在了这一段空气间隙上。

（3）空气间隙击穿，完成闪络。

当鸟粪通道的前端越来越接近绝缘子高压端时，它们之间的空气间隙承受不了所加的电压，间隙被击穿，形成局部电唬当鸟粪的电导率超过一定值时，局部电弧最终导致绝缘子闪络。

鸟粪闪络的机理可以认为是鸟粪下落的瞬间畸变了绝缘子周围的电场分布，使鸟粪通道与绝缘子高压端之间发生了空气间隙击穿而导致的闪络。

并不是或主要不是以前直观认为的由于鸟粪淌落在绝缘子表面导致的沿面污秽闪络。

4有关鸟粪闪络事故的一些讨论
4．1鸟粪闪络事故发生的电压等级
鸟粪闪络事故多数发生在110kV和220kV等级的电网中。

35kV以下的电压等级多为城市配电网，附近鸟少，且为小鸟，每次鸟粪的量也很少。

而且电压低，能击穿的空气距离很小，绝缘子又不加均压环，有伞裙的阻挡，所以鸟粪闪络的概率不大。

110kV和220kV绝缘子，一方面由于电网电压的增加，使可能导致闪络的空气间隙的长度也增加了。

110kV的最高运行相电压为73kV，可能导致鸟粪闪络的最长空气间隙达到15cm左右。

另一方面，由于绝缘子的绝缘距离还不是很长，鸟粪通道可以较为连续地跨越这一长度。

而且110kV和220kV绝缘子很多都采用均压环，均压环的出现不仅减小了绝缘子的绝缘距离，还进一步加大了可能促发闪络的鸟类排粪范围。

因此，110kV和220kV电网最容易发生鸟粪闪络事故。

4．2均压环的作用
从鸟粪闪络机理来看，采用均压环增加了鸟粪闪络的可能性。

从综合考虑引弧与鸟粪闪络的角度看，对110kV和220kV绝缘子采用招弧角似乎是一个可以两者兼顾的措施。

如果将招弧角装在鸟粪不容易下落的方向，就更能减少鸟粪闪络的概率。

而均压环对金具的屏蔽作用，可以用大曲率半径的金具来实现。

若继续采用均压环，则在安装防鸟装置覆盖范围时，应该把均压环的尺寸也考虑在内。

这些设想还有待于运行的检验。

4．3鸟粪闪络事故预防措施的讨论
以往的防鸟粪措施大致可分为2类，一类是防止或减少鸟在绝缘子上方的停留，第二类是防止鸟粪沿伞裙下淌。

从本文揭示的鸟粪闪络机理来看，第二类防鸟粪措施的作用要打很大的折扣。

以110kV合成绝缘子为例，其均压环直径为25cm，最高运行相电压（73kV）下的最大空气击穿距离为15cm。

于是真正防鸟范围的直径为55cm（25＋2×15）。

只要防止鸟在这一范围内出现，就能大大降低鸟粪闪络事故。

这显然不是加一片大伞所能达到的。

5鸟粪闪络与不明原因闪络的关系
不明原因闪络事故即未查明原因的闪络事故。

对于可以找到原因的绝缘子闪络事故，电力部门通常都能找到方法尽量去预防或认可一定的闪络率。

而对于不明原因闪络，由于无任何思路可采取相应措施，因而容易对正在使用的合成绝缘子的可靠性产生怀疑。

从对鸟粪闪络的分析来看，相当多的鸟粪闪络由于鸟粪量不大、事故后的鸟粪痕迹不明显或根本就没有鸟粪痕迹，也就是说有相当一部分不明原因闪络实际上很可能就是鸟粪闪络，只是由于没有习惯上认为应该存在的鸟粪痕迹而被划分为不明原因闪络事故。

实际上不明原因闪络事故与鸟粪闪络事故有许多共同特点。

例如两者都是以110kV、220kV电压等级为主。

又比如都以半夜到凌晨，尤其是凌晨这段时间发生率最高，并且闪络后都能重合成功，检查不出绝缘子性能下降，无法再现运行电压下的闪络等。

美国佛罗里达电力公司的一份报告也认为有一部分不明原因闪络事故实际上是鸟粪闪络事故［2］。

在报告中使用了以下2种统计方法判断不明原因闪络事故中鸟粪闪络事故所占的比例：
（1）比较在使用防鸟装置前后不明闪络发生的次数多条线路的统计数据说明，在装防鸟装置前后，不明原因的闪络事故率通常都有统计意义上的下降。

例如某线路在加装防鸟装置及加长绝缘子串后不明闪络从33次／a降为10次／a。

（2）不同相之间的不明闪络事故的统计差别在杆塔的不同相之间，鸟停留的比例是不同的，鸟较少停留的相，不明闪络概率较低。

6结论
（1）鸟粪闪络的方式主要是鸟粪在距绝缘子一定距离内下落时导致的突然闪络，闪络的机理可以认为是鸟粪下落的瞬间畸变了绝缘子周围的电场分布，使鸟粪通道与绝缘子高压
均压环或金具之间发生了空气间隙击穿而导致的闪络。

而不是或主要不是以前直观认为的由于鸟粪淌落在绝缘子表面导致的沿面污秽闪络。

而且这种闪络机理对瓷、玻璃及合成绝缘子是一样的。

（2）对于由这种鸟粪下落方式引发的闪络事故，鸟粪残留痕迹可能很不明显或根本找不到，因此在以前无法确定原因的不明闪络中，应该有不小的比例是属于鸟粪闪络事故。

参考文献：
［1］LiangXidong，WangShaowu，FanJu，etal．ThedevelopmentofcompositeinsulatorsinChina ［J］．IEEETransonDielectricsandElectricalInsulation，1999，6（5）：586－594．
［2］BurnhamJT．BirdstreamerflashoveronFPLtransmissionlines ［J］．IEEETransonPowerDelivery，1995，10（2）：970-977.。