摘要
为了降低鸟粪闪络事故发生的概率，开发了一种新型绝缘包覆引流线，采用高性能硅橡胶绝缘材料对钢芯铝绞线进行全面包覆，并在引流线表面加装伞裙. 通过仿真分析硅橡胶绝缘层和鸟粪对引流线空间电场分布的影响，模拟实验研究了绝缘包覆引流线防鸟粪闪络特性. 仿真结果表明，随着绝缘层厚度增加，其表面电场强度逐渐减小；半导体层厚度增加，引流线表面电场强度减小. 实验结果表明，裸导线包覆绝缘层能显著提高引流线的绝缘性能，且硅橡胶绝缘包覆明显优于卡扣式硅橡胶绝缘护套；硅橡胶绝缘层的厚度每增加1 mm，击穿电压提高约10.7 kV，半导体层可以进一步提高绝缘性能；伞裙可有效阻止绝缘包覆引流线表面电弧的蔓延.
鸟类活动是导致架空输电线路跳闸和停运的重要原因之
针对输电线路的鸟粪闪络问题，国内外研究者进行了广泛研究，并提出了多种有效的绝缘防护方
目前，一些学者采用数值计算和试验相结合的方法研究电场的影响规律. 刘世涛
鉴于上述引流线存在的问题，本研究制备了一种新型的硅橡胶绝缘包覆引流线，并对该新型绝缘包覆引流线的鸟粪闪络特性进行了研究. 研究绝缘包覆引流线抵御鸟粪闪络特性具有实际意义，本研究的结果可为绝缘引流线的设计、维护和运行提供指导，以确保输电线路的稳定运
1 绝缘包覆引流线防鸟粪闪络理论分析
基于综合考虑各类研究现状以及实际运行环境，本研究成功研发了一种创新型的绝缘跳线，即绝缘包覆引流线，部分结构如
（a） 绝缘包覆引流线结构图
（b） 绝缘层电容简化模型
图1 绝缘包覆引流线结构及等效模型示意图
Fig.1 Schematic diagram of the structure and equivalent model of the insulated coated drainage line
| （1） |
式中： b为导体的直径；a为绝缘层的厚度；ε为绝缘层的介电常数；L为金具的长度.
（a） 无鸟粪情况
（b） 有鸟粪情况
图2 有、无鸟粪条件下绝缘包覆引流线绝缘体系示意图
Fig.2 Schematic diagram of the insulation system of the insulated coated drainage line with and without bird
droppings condition
由
| （2） |
式中：C1为硅橡胶绝缘层等效电容；C2为复合绝缘子等效电容.
由
当引流线上方存在鸟粪时，引流线绝缘体系等效电路如
2 仿真模型建立与分析
2.1 电场仿真模型建立
绝缘包覆引流线电场仿真模型如
图3 绝缘包覆引流线电场仿真模型
Fig.3 Electric field simulation model of insulated coated drainage line
绝缘包覆引流线模型使用LGJ-400/35型号的导体线芯，其导体半径为11.3 mm，绝缘层厚度为7 mm，伞裙直径为130 mm，长度为5 000 mm. 为确保良好的导电性能，横担、导线和金具均采用铝制材料. 仿真模型中，不同绝缘介质的材料特性用相对介电常数εr来表示，具体参数如
| 材料 | 相对介电常数εr |
|---|---|
| 空气 | 1 |
| 铁 |
4×1 |
| 硅橡胶 | 3.2 |
| 铝 |
4×1 |
| 芯棒 | 3.6 |
| 半导体层 | 5.3 |
2.2 绝缘层、鸟粪对空间电场分布影响
假设鸟粪长度足够长，一端未离开横担，另一端靠近高压端，鸟粪保持接地状态，即鸟粪的电位一直保持在零电位. 鸟粪的低端与高压端的垂直距离为65 mm，与均压环的水平距离为50 m
图4 绝缘体系电场分布情况
Fig.4 Distribution of electric field in the insulation system
由
| 绝缘措施 | 均压环表面电场强度/（kV·c | 鸟粪端部电场强度/（kV·c |
|---|---|---|
| 无绝缘层 | 58.4 | 103.53 |
| 有绝缘层 | 15.1 | 34.45 |
从
2.3 不同绝缘层厚度下电场仿真结果及其分析
为研究绝缘包覆引流线绝缘层厚度变化对绝缘体系电场分布的影响，调整鸟粪通道与引流线共面，与均压环水平距离10 cm，鸟粪端部与引流线表面垂直距离10 cm，进行引流线绝缘体系电场仿真分析，设置绝缘层厚度分别为5.6 mm、7.6 mm、9.6 mm和11.6 mm. 不同位置电场分布情况如
图5 不同位置电场分布情况
Fig.5 Electric field distribution at different positions
（a）鸟粪端部 （b）金具周围
不同绝缘层厚度下绝缘包覆引流线表面电场分布如
| 绝缘层厚度/mm | 金具处电场强度/（kV·c | 鸟粪端部电场强度/（kV·c |
|---|---|---|
| 5.6 | 5.82 | 34.8 |
| 7.6 | 5.14 | 30.5 |
| 9.6 | 4.60 | 26.2 |
| 11.6 | 4.05 | 20.8 |
由
2.4 不同半导体层厚度下电场仿真结果及其分析
为研究半导体层厚度对绝缘包覆引流线绝缘体系电场分布的影响，对半导体层厚度分别为0.5 mm、1.0 mm和1.5 mm的绝缘包覆引流线（绝缘层厚度为5.6 mm）进行了仿真分析. 不同半导体层厚度下绝缘包覆引流线电场分布如
| 半导体层厚度/mm | 金具处电场强度/（kV·c | 鸟粪端部电场强度/（kV·c |
|---|---|---|
| 0.5 | 5.82 | 57.33 |
| 1.0 | 5.14 | 41.07 |
| 1.5 | 5.04 | 34.80 |
由
3 实验样品、平台搭建及实验方法
3.1 实验样品
为对比现有绝缘措施和绝缘引流线的绝缘效果，选取了裸导线、XLPE绝缘电缆、卡扣式硅橡胶绝缘护套和绝缘包覆引流线作为实验用线. 具体参数如
| 引流线类型 | 导线直径/mm | 绝缘层 材料 | 绝缘层 厚度/mm | 半导体层厚度/mm | 伞裙数量 |
|---|---|---|---|---|---|
| 裸导线 | 26.8 | — | — | — | — |
| XLPE绝缘电缆 | 26.8 | XLPE | 5.6 | — | — |
| 卡扣式硅橡胶绝缘护套 | 26.8 | 硅橡胶 | 5.6 | — | — |
|
绝缘包覆 引流线 | 26.8 | 硅橡胶 | 5.6 | 0.5 | 20 |
| 7.6 | — | 20 | |||
| 7.6 | 0.5 | 20 | |||
| 7.6 | 1.0 | 20 | |||
| 9.6 | 0.5 | 20 | |||
| 11.6 | 0.5 | 20 |
3.2 实验平台搭建
鸟粪闪络特性实验的实验平台如
图6 绝缘包覆引流线闪络实验平台
Fig.6 Insulated coated drainage line flashover test platform
3.3 实验方法
本次实验采用均匀升压法，在相同条件下进行多次实验，每次实验间隔5 min. 在模拟鸟粪短接均压环的耐受实验中，使用铜棒短接到均压环表面；对绝缘引流线施加63.5 kV的工频电压，耐受时间为15 min. 如果耐受期间发生一次放电现象，那么该绝缘引流线鸟粪短接均压环耐受实验视为未通过.
4 鸟粪闪络实验结果及其分析
4.1 不同引流线鸟粪闪络实验结果及其分析
铜棒（模拟鸟粪）一端接地，另一端置于导线上方，绝缘包覆引流线厚度为5.6 mm. 铜棒在导线的垂直方向上分别位于0 mm、20 mm、40 mm、60 mm、 80 mm、100 mm处，与均压环的水平距离为150 mm. 对引流线一端持续升压，直至发生击穿. 分别进行10次击穿实验，取平均值后得到不同绝缘措施下引流线的击穿特性，如
图7 不同绝缘措施下引流线击穿特性
Fig.7 Breakdown characteristics of drainage line under different insulation measures
通过曲线拟合可得出击穿电压与空气间隙的对应关系，如
| （3） |
由
绝缘包覆引流线有较高闪络电压，其原因可能为：它是在裸导线的外部添加了一层一体成型的硅橡胶绝缘层，使得硅橡胶绝缘层与空气组成了一种气-固组合绝缘体系，如
图8 气-固组合绝缘体系示意图
Fig.8 Schematic diagram of gas-solid combined insulation system
4.2 不同绝缘措施下耐受实验结果及其分析
在实际运行中，鸟粪可能会直接短接至均压环表
| 实验次数 | XLPE绝缘 电缆 | 卡扣式硅橡胶 绝缘护套 | 绝缘包覆引流线 |
|---|---|---|---|
| 10 | × | × | √ |
注： × 表示至少1次耐受失败；√ 表示10次耐受全部成功.
由
此外，由于卡扣式硅橡胶绝缘护套存在间隙，电弧沿着护套间隙从导线侧扩展至金具侧，最终导致击穿. 当鸟粪短接至均压环表面时，均压环处于零电
图9 不同绝缘措施下导线击穿点
Fig.9 Breakdown point with different insulation measures
（a）XLPE绝缘电缆 （b）卡扣式硅橡胶绝缘护套
由
4.3 绝缘层短接击穿实验结果及其分析
绝缘层是绝缘包覆引流线绝缘性能的关键因
图10 不同绝缘层厚度下引流线表面电弧现象
Fig.10 Arc phenomenon on the surface of the drainage line with different insulation thickness
由
持续升高电压直至绝缘包覆引流线表面发生击穿，击穿点如
图11 绝缘包覆引流线表面击穿点
Fig. 11 Breakdown point on the surface of insulated coated drainage line
分析电介质材料性能时，绘制击穿电压的Weibull分布的结果图是一个重要的步
图12 不同厚度绝缘包覆引流线击穿电压Weibull分布
Fig.12 Weibull distribution of breakdown voltage of insulated coated drainage lines with different thicknesses
由
为进一步探究硅橡胶绝缘层厚度与击穿电压的关系，对不同绝缘层厚度的平均击穿电压数据进行拟合，如
| （4） |
式中：Uj为平均击穿电压；l为绝缘层厚度.
图13 不同绝缘层厚度下绝缘包覆引流线的击穿特性
Fig.13 Breakdown characteristics of insulated coated drainage lines with different insulation thickness
由
4.4 伞裙对绝缘包覆引流线表面电弧爬伸的影响
为验证硅橡胶伞裙能有效地防止电弧向两端蔓延的效果，对硅橡胶绝缘层厚度分别为5.6 mm、 7.6 mm、9.6 mm和11.6 mm的绝缘包覆引流线进行引流线伞裙短接击穿实验. 使用接有地线的悬垂线夹模拟短接通道，然后将其安装于绝缘包覆引流线表面伞裙之间，并逐渐升高电压，观察绝缘包覆引流线表面闪络情况. 绝缘包覆引流线短接实验现象及表面击穿情况如
图14 绝缘包覆引流线短接实验现象及表面击穿情况
Fig.14 Short circuit test phenomenon and surface breakdown of insulation coated drainage line
（a）表面电弧 （b）击穿点
实验结果显示，绝缘层厚度分别为5.6 mm、 7.6 mm、9.6 mm和11.6 mm的绝缘包覆引流线的最大爬电距离分别为第1片伞裙、第2片伞裙、第5片伞裙和第8片伞裙. 如
4.5 引流线挂网运行情况
近年来，国内的杆塔防鸟设施得到了广泛装设，但这却导致大型鸟类被赶至地线位置. 由于转角塔中相引流跳线横担较长，无法安装绝缘护套，从而导致大型鸟类的粪便会短接中相挑担与地线. 且由于部分耐张或转角塔杆塔的水平面与导线走向不平行，一侧跳线与地线距离较近，鸟类的排便导致线路单相接地.
在宁夏固原地区多次因转角塔鸟害而发生跳闸事件.目前，新型绝缘包覆引流线已在该地区成功挂网运行（
图15 绝缘包覆引流线挂网运行
Fig.15 Insulation coated drainage line hooked up for operation
5 结 论
1）仿真结果表明，在引流线包覆硅橡胶绝缘层后，能显著改善鸟粪附近的电场分布. 但包覆绝缘层后，鸟粪靠近横担一侧的电场强度略有增加. 随着绝缘层厚度的增加，引流线表面电场强度逐渐降低；半导体层厚度增加时，引流线表面电场强度同样呈现逐渐减小的趋势.
2）通过模拟鸟粪闪络实验，随着间隙距离的增加，闪络电压逐渐升高. 而当裸导线表面包覆绝缘护套层后，闪络电压显著升高. 这意味着包覆绝缘层能够显著提升引流线的绝缘性能，有效降低闪络故障的发生概率，且对引流线采用硅橡胶进行一体化包覆处理，对鸟粪闪络的防护效果更佳.
3）通过模拟鸟粪短接均压环实验，本文绝缘包覆引流线相较于目前常用的XLPE绝缘电缆和卡扣式硅橡胶绝缘护套，在绝缘性能方面有显著提升. 在工频电压下，绝缘包覆引流线没有被击穿.
4）随着绝缘层厚度的增加，绝缘包覆引流线的击穿电压逐渐升高，绝缘层厚度每增加1 mm，击穿电压提升约10.7 kV. 在相同电压下，较薄的绝缘层表面会更容易发生燃弧现象. 此外，硅橡胶伞裙能够阻碍绝缘包覆引流线表面的电弧传播，但也会导致伞裙部位被击穿，建议在伞裙根部以及引流线接触部位进行光滑处理.
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