摘要：隨著電網(wǎng)建設(shè)的不斷發(fā)展和自然環(huán)境的逐步改善，輸電線路走廊區(qū)域內(nèi)鳥類活動(dòng)造成的電網(wǎng)故障呈逐年增加的趨勢。傳統(tǒng)的驅(qū)鳥裝置大多需要后期安裝，需要運(yùn)行維護(hù)和定期更換，在鳥類適應(yīng)后防鳥效果逐漸降低甚至失效。本文采取“避”的思路，從桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)源頭出發(fā)，在桿塔設(shè)計(jì)時(shí)通過改變橫擔(dān)端部的結(jié)構(gòu)型式，簡化橫擔(dān)端部構(gòu)造，降低鳥類在掛點(diǎn)上方筑巢的概率，從而降低鳥巢落物和鳥糞對(duì)絕緣子串的放電風(fēng)險(xiǎn)。通過此設(shè)計(jì)降低線路后期運(yùn)維的工作強(qiáng)度，能大幅度減少防鳥費(fèi)用支出。

　　關(guān)鍵詞：線路鳥害;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);鋼管;鳥糞閃絡(luò);橫擔(dān)結(jié)構(gòu)

　　0引言架空輸電線路鳥害是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的一大安全隱患，相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料表明，除雷害和外力破壞以外，由于鳥類活動(dòng)引起的輸電線路故障最多[1]。高壓輸電線路走廊內(nèi)鳥類活動(dòng)造成故障的主要原因有鳥糞閃絡(luò)(包括鳥糞污染絕緣子表面造成污閃和鳥糞下落形成放電通道)、鳥類筑巢材料閃絡(luò)、鳥類身體觸碰閃絡(luò)、鳥類啄食復(fù)合絕緣子[2-3]等。隨著自然環(huán)境的逐步改善，輸電線路走廊區(qū)域內(nèi)鳥類活動(dòng)造成的電網(wǎng)故障呈逐年增加的趨勢[4]。

　　電力方向評(píng)職知識(shí)：南方電網(wǎng)技術(shù)期刊評(píng)職稱級(jí)別

　　因此，研究掌握鳥類活動(dòng)特點(diǎn)[5]，研究現(xiàn)有的防鳥裝置的不足，研制和選擇適合架空輸電線路特點(diǎn)的防鳥害裝置對(duì)確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行有重要意義。目前輸電線路常用的防鳥裝置主要思路是從“封堵”和“驅(qū)逐”的角度，通過在絕緣子串正上方掛點(diǎn)橫擔(dān)處安裝防鳥刺、防鳥風(fēng)車、防鳥擋板、防鳥封堵箱等措施來預(yù)防鳥害，各有特點(diǎn)，也都存在不足，并且大多是運(yùn)行部門后期加裝，增加了運(yùn)行工作量和成本。

　　1 新型防鳥橫擔(dān)設(shè)計(jì)思路

　　根據(jù)運(yùn)檢經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，輸電線路鳥害主要集中在220kV及以下的直線塔上，主要原因是現(xiàn)有的鐵塔橫擔(dān)均按桁架體系進(jìn)行設(shè)計(jì)，直線塔橫擔(dān)尺寸相對(duì)較小，且下平面端頭部分由于需要設(shè)置導(dǎo)線掛點(diǎn)，桿件密集，有利于鳥類筑巢和長時(shí)間停留，直接威脅下方絕緣子和導(dǎo)線，易造成線路故障。本文采取“避”的思路，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)源頭出發(fā)，尋求一種新型簡化的橫擔(dān)結(jié)構(gòu)布置型式，降低鳥類在掛點(diǎn)附近停留和筑巢的可能性[6]。

　　主要思路為：

　　1)取消直線塔橫擔(dān)下平面端部交叉斜材，改變常規(guī)橫擔(dān)桁架桿單元結(jié)構(gòu)型式，采用桿、梁單元或索、桿、梁單元的新型橫擔(dān)結(jié)構(gòu)型式簡化端部構(gòu)造。

　　2)將橫擔(dān)端部的雙拼掛線角鋼改為鋼管結(jié)構(gòu)。根據(jù)以往學(xué)者做過的模擬鳥糞閃絡(luò)試驗(yàn)[7]結(jié)果可知，鏈狀下垂鳥糞距離絕緣子串距離大于150mm時(shí)，閃絡(luò)概率可降低為0[7-8]。同時(shí)考慮主材受力和檢修人員下塔檢修通道綜合考慮，端頭空出距離選為300～500mm。新型防鳥橫擔(dān)優(yōu)點(diǎn)：通過改變橫擔(dān)端部的結(jié)構(gòu)型式，旨在簡化橫擔(dān)端部構(gòu)造，橫擔(dān)端頭無交叉桿件，降低鳥類部掛點(diǎn)上方筑巢的概率，圓管構(gòu)造可降低鳥類在掛點(diǎn)上方長期駐留可能性，從而降低了鳥糞下落閃絡(luò)、鳥類身體觸碰閃絡(luò)、鳥類啄食復(fù)合絕緣子等放電風(fēng)險(xiǎn)。

　　2 有限元計(jì)算分析

　　由于新型防鳥橫擔(dān)結(jié)構(gòu)上的變化，已不能按照全桁架體系進(jìn)行受力計(jì)算，采用有限元分析軟件MIDAS進(jìn)行建模分析。以國網(wǎng)典設(shè)2E5-SZC2塔型中導(dǎo)線橫擔(dān)的斷線工況為例進(jìn)行計(jì)算。1)梁、桿單元有限元計(jì)算將主材設(shè)置為梁單元、斜材設(shè)置為桿單元，并將端頭構(gòu)造按照空500封口、空300不封口兩種型式，分別進(jìn)行建模計(jì)算。通過計(jì)算分析：主材應(yīng)力增加，原橫擔(dān)主材規(guī)格需要適當(dāng)加強(qiáng)。

　　3 真型足尺試驗(yàn)

　　3.1試驗(yàn)必要性

　　本次提出的防鳥橫擔(dān)方案改變了鐵塔常規(guī)橫擔(dān)的結(jié)構(gòu)型式，在國內(nèi)鐵塔使用中尚屬首次。雖經(jīng)過了有限元模擬分析，但是橫擔(dān)受力復(fù)雜，實(shí)際受力結(jié)構(gòu)既非純梁單元也非純桁架單元，難以準(zhǔn)確模擬實(shí)際受力狀態(tài)。根據(jù)《架空輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》1.0.6條“桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用新理論、新材料或新結(jié)構(gòu)型式，當(dāng)缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證”。為了驗(yàn)證橫擔(dān)結(jié)構(gòu)的安全可靠性[9]，確保工程長期安全運(yùn)行，有必要針對(duì)改變后的橫擔(dān)結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行鐵塔真型試驗(yàn)驗(yàn)證。

　　3.2試驗(yàn)方案為對(duì)比多種新型防鳥橫擔(dān)結(jié)構(gòu)布置型式的優(yōu)缺點(diǎn)，分析結(jié)構(gòu)受力特性，掌握新型橫擔(dān)結(jié)構(gòu)型式的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)了五種橫擔(dān)結(jié)構(gòu)布置方案，對(duì)每種橫擔(dān)進(jìn)行安裝、斷線工況試驗(yàn)，并與常規(guī)直線塔橫擔(dān)結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行對(duì)比，故試驗(yàn)塔共設(shè)置6個(gè)橫擔(dān)。

　　3.3試驗(yàn)工況根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)理論分析及軟件計(jì)算，橫擔(dān)主材的控制工況為安裝和斷線工況，故本次試驗(yàn)工況和加載方法。

　　3.4試驗(yàn)結(jié)果

　　試驗(yàn)塔在良鄉(xiāng)試驗(yàn)基地順利完成真型試驗(yàn)。試驗(yàn)分七個(gè)工況進(jìn)行，各橫擔(dān)型式均順利通過了的試驗(yàn)荷載考驗(yàn)，未發(fā)生失效破壞。其中導(dǎo)6橫擔(dān)在取消端部交叉材后，僅增加了一根水平封口材，未對(duì)橫擔(dān)主材進(jìn)行加強(qiáng)。因此，導(dǎo)6橫擔(dān)最易發(fā)生破壞，但在實(shí)際試驗(yàn)中并未發(fā)生破壞。據(jù)分析，初步認(rèn)為是以下原因：1)橫擔(dān)上下平面主材的最大受力位置在橫擔(dān)根部，端部裕度較大;2)由于連接板的有利影響，主材的實(shí)際節(jié)間長度小于理論計(jì)算長度，抗彎和受壓承載力有較大提高。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，通過分析認(rèn)為上述橫擔(dān)方案均安全可靠，具備工程應(yīng)用條件。

　　4 工程實(shí)例

　　4.1工程概況

　　本次新型橫擔(dān)的依托工程為安慶三配套220kV線路工程子項(xiàng)目：武昌—黎河π入安慶三變電站220kV線路工程，全線新建雙回線路路徑長度37.951km，單回線路路徑長度0.532km，恢復(fù)架線長度0.483km。線路大部分經(jīng)過二級(jí)、三級(jí)鳥害區(qū)。

　　4.2工程應(yīng)用情況

　　結(jié)合配套工程工期和鳥害實(shí)際情況，并考慮到防鳥型橫擔(dān)在輸電線路工程中屬首次應(yīng)用，在武昌—黎河π入安慶三變電站220kV線路工程中全線共73基直線塔(除去重要跨越段)，采用新型防鳥橫擔(dān)。其平行的配套線路采用傳統(tǒng)防鳥措施，以便長期觀測新型防鳥橫擔(dān)實(shí)踐效果。該工程采用國網(wǎng)通用設(shè)計(jì)2E3、2E5模塊，直線塔為雙回路鼓型塔，新型防鳥橫擔(dān)采用塔重增加少的梁、桿結(jié)構(gòu)型式，兩回線路分別采用端頭空500封口和空300不封口兩種型式，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，橫擔(dān)主材均不增加規(guī)格。該工程雙回路直線塔上、中、下導(dǎo)線橫擔(dān)全面采用防鳥型橫擔(dān)。

　　5 結(jié)論

　　本文從設(shè)計(jì)源頭考慮防鳥方案，防鳥效果可持續(xù)鐵塔、構(gòu)架的整個(gè)使用周期。極大降低線路后期運(yùn)維的工作強(qiáng)度。減少常規(guī)防鳥裝置的使用和維護(hù)費(fèi)用，應(yīng)用價(jià)值明顯。本文分析得到以下結(jié)論：1)通過改變橫擔(dān)端部的結(jié)構(gòu)型式，簡化橫擔(dān)端部構(gòu)造。橫擔(dān)端頭無交叉桿件，降低鳥類在掛點(diǎn)上方筑巢的概率;圓管構(gòu)造也可降低鳥類在掛點(diǎn)上方長期駐留可能性，從而降低了鳥巢落物和鳥糞對(duì)絕緣子串的放電風(fēng)險(xiǎn)。2)在線路設(shè)計(jì)階段通過簡化桿塔結(jié)構(gòu)局部構(gòu)造，改變結(jié)構(gòu)型式來解決防鳥害的問題，從設(shè)計(jì)源頭考慮防鳥方案，防鳥效果可持續(xù)鐵塔的整個(gè)使用周期。不用定期更換防鳥裝置，極大降低線路后期運(yùn)維的工作強(qiáng)度。3)通過簡化橫擔(dān)端部掛線處結(jié)構(gòu)構(gòu)造，增加鐵塔造價(jià)不到1%，但同時(shí)省去了常規(guī)防鳥裝置的安裝和維護(hù)費(fèi)用。

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　　作者：錢程1，甘先苗2，胡雄飛2，余斌2，張樹林1，孟凱1