220kV双回路直线塔新型防鸟横担设计

　　摘要：随着电网建设的不断发展和自然环境的逐步改善，输电线路走廊区域内鸟类活动造成的电网故障呈逐年增加的趋势。传统的驱鸟装置大多需要后期安装，需要运行维护和定期更换，在鸟类适应后防鸟效果逐渐降低甚至失效。本文采取“避”的思路，从杆塔结构设计源头出发，在杆塔设计时通过改变横担端部的结构型式，简化横担端部构造，降低鸟类在挂点上方筑巢的概率，从而降低鸟巢落物和鸟粪对绝缘子串的放电风险。通过此设计降低线路后期运维的工作强度，能大幅度减少防鸟费用支出。

　　关键词：线路鸟害;结构设计;钢管;鸟粪闪络;横担结构

　　0引言架空输电线路鸟害是电网安全稳定运行的一大安全隐患，相关统计资料表明，除雷害和外力破坏以外，由于鸟类活动引起的输电线路故障最多[1]。高压输电线路走廊内鸟类活动造成故障的主要原因有鸟粪闪络(包括鸟粪污染绝缘子表面造成污闪和鸟粪下落形成放电通道)、鸟类筑巢材料闪络、鸟类身体触碰闪络、鸟类啄食复合绝缘子[2-3]等。随着自然环境的逐步改善，输电线路走廊区域内鸟类活动造成的电网故障呈逐年增加的趋势[4]。

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　　因此，研究掌握鸟类活动特点[5]，研究现有的防鸟装置的不足，研制和选择适合架空输电线路特点的防鸟害装置对确保电网安全稳定运行有重要意义。目前输电线路常用的防鸟装置主要思路是从“封堵”和“驱逐”的角度，通过在绝缘子串正上方挂点横担处安装防鸟刺、防鸟风车、防鸟挡板、防鸟封堵箱等措施来预防鸟害，各有特点，也都存在不足，并且大多是运行部门后期加装，增加了运行工作量和成本。

　　1 新型防鸟横担设计思路

　　根据运检经验总结，输电线路鸟害主要集中在220kV及以下的直线塔上，主要原因是现有的铁塔横担均按桁架体系进行设计，直线塔横担尺寸相对较小，且下平面端头部分由于需要设置导线挂点，杆件密集，有利于鸟类筑巢和长时间停留，直接威胁下方绝缘子和导线，易造成线路故障。本文采取“避”的思路，从结构设计源头出发，寻求一种新型简化的横担结构布置型式，降低鸟类在挂点附近停留和筑巢的可能性[6]。

　　主要思路为：

　　1)取消直线塔横担下平面端部交叉斜材，改变常规横担桁架杆单元结构型式，采用杆、梁单元或索、杆、梁单元的新型横担结构型式简化端部构造。

　　2)将横担端部的双拼挂线角钢改为钢管结构。根据以往学者做过的模拟鸟粪闪络试验[7]结果可知，链状下垂鸟粪距离绝缘子串距离大于150mm时，闪络概率可降低为0[7-8]。同时考虑主材受力和检修人员下塔检修通道综合考虑，端头空出距离选为300～500mm。新型防鸟横担优点：通过改变横担端部的结构型式，旨在简化横担端部构造，横担端头无交叉杆件，降低鸟类部挂点上方筑巢的概率，圆管构造可降低鸟类在挂点上方长期驻留可能性，从而降低了鸟粪下落闪络、鸟类身体触碰闪络、鸟类啄食复合绝缘子等放电风险。

　　2 有限元计算分析

　　由于新型防鸟横担结构上的变化，已不能按照全桁架体系进行受力计算，采用有限元分析软件MIDAS进行建模分析。以国网典设2E5-SZC2塔型中导线横担的断线工况为例进行计算。1)梁、杆单元有限元计算将主材设置为梁单元、斜材设置为杆单元，并将端头构造按照空500封口、空300不封口两种型式，分别进行建模计算。通过计算分析：主材应力增加，原横担主材规格需要适当加强。

　　3 真型足尺试验

　　3.1试验必要性

　　本次提出的防鸟横担方案改变了铁塔常规横担的结构型式，在国内铁塔使用中尚属首次。虽经过了有限元模拟分析，但是横担受力复杂，实际受力结构既非纯梁单元也非纯桁架单元，难以准确模拟实际受力状态。根据《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》1.0.6条“杆塔结构设计采用新理论、新材料或新结构型式，当缺乏实践经验时，应经过试验验证”。为了验证横担结构的安全可靠性[9]，确保工程长期安全运行，有必要针对改变后的横担结构型式进行铁塔真型试验验证。

　　3.2试验方案为对比多种新型防鸟横担结构布置型式的优缺点，分析结构受力特性，掌握新型横担结构型式的设计方法，设计了五种横担结构布置方案，对每种横担进行安装、断线工况试验，并与常规直线塔横担结构型式进行对比，故试验塔共设置6个横担。

　　3.3试验工况根据结构力学理论分析及软件计算，横担主材的控制工况为安装和断线工况，故本次试验工况和加载方法。

　　3.4试验结果

　　试验塔在良乡试验基地顺利完成真型试验。试验分七个工况进行，各横担型式均顺利通过了的试验荷载考验，未发生失效破坏。其中导6横担在取消端部交叉材后，仅增加了一根水平封口材，未对横担主材进行加强。因此，导6横担最易发生破坏，但在实际试验中并未发生破坏。据分析，初步认为是以下原因：1)横担上下平面主材的最大受力位置在横担根部，端部裕度较大;2)由于连接板的有利影响，主材的实际节间长度小于理论计算长度，抗弯和受压承载力有较大提高。根据试验结果，通过分析认为上述横担方案均安全可靠，具备工程应用条件。

　　4 工程实例

　　4.1工程概况

　　本次新型横担的依托工程为安庆三配套220kV线路工程子项目：武昌—黎河π入安庆三变电站220kV线路工程，全线新建双回线路路径长度37.951km，单回线路路径长度0.532km，恢复架线长度0.483km。线路大部分经过二级、三级鸟害区。

　　4.2工程应用情况

　　结合配套工程工期和鸟害实际情况，并考虑到防鸟型横担在输电线路工程中属首次应用，在武昌—黎河π入安庆三变电站220kV线路工程中全线共73基直线塔(除去重要跨越段)，采用新型防鸟横担。其平行的配套线路采用传统防鸟措施，以便长期观测新型防鸟横担实践效果。该工程采用国网通用设计2E3、2E5模块，直线塔为双回路鼓型塔，新型防鸟横担采用塔重增加少的梁、杆结构型式，两回线路分别采用端头空500封口和空300不封口两种型式，根据试验结果，横担主材均不增加规格。该工程双回路直线塔上、中、下导线横担全面采用防鸟型横担。

　　5 结论

　　本文从设计源头考虑防鸟方案，防鸟效果可持续铁塔、构架的整个使用周期。极大降低线路后期运维的工作强度。减少常规防鸟装置的使用和维护费用，应用价值明显。本文分析得到以下结论：1)通过改变横担端部的结构型式，简化横担端部构造。横担端头无交叉杆件，降低鸟类在挂点上方筑巢的概率;圆管构造也可降低鸟类在挂点上方长期驻留可能性，从而降低了鸟巢落物和鸟粪对绝缘子串的放电风险。2)在线路设计阶段通过简化杆塔结构局部构造，改变结构型式来解决防鸟害的问题，从设计源头考虑防鸟方案，防鸟效果可持续铁塔的整个使用周期。不用定期更换防鸟装置，极大降低线路后期运维的工作强度。3)通过简化横担端部挂线处结构构造，增加铁塔造价不到1%，但同时省去了常规防鸟装置的安装和维护费用。

　　参考文献

　　[1]袁检，张建荣，方志，等.国外电网的鸟害事故与对策[J].电工技术，2002(l1)：5-6.

　　[2]王锐，于盛林，高丽霞.220kV线路鸟害故障分析及防治对策[J].电网与水利发电进展，2008，24(4)：48-52.

　　[3]王宏宇，翟洪涛.架空送电线路鸟害及其防治措施[J].中国高新技术企业，2009(4)：101-102.

　　[4]缪寿成.输电线路防鸟害技术的研究与实践[J].浙江电力，2007(1)：33-36.

　　[5]余雷，李胜利.输电线路鸟害规律分析及防治对策[J].湖北电力，2004，28(4)：57-58.

　　作者：钱程1，甘先苗2，胡雄飞2，余斌2，张树林1，孟凯1