摘要：隨著電網建設的不斷發展和自然環境的逐步改善，輸電線路走廊區域內鳥類活動造成的電網故障呈逐年增加的趨勢。傳統的驅鳥裝置大多需要后期安裝，需要運行維護和定期更換，在鳥類適應后防鳥效果逐漸降低甚至失效。本文采取“避”的思路，從桿塔結構設計源頭出發，在桿塔設計時通過改變橫擔端部的結構型式，簡化橫擔端部構造，降低鳥類在掛點上方筑巢的概率，從而降低鳥巢落物和鳥糞對絕緣子串的放電風險。通過此設計降低線路后期運維的工作強度，能大幅度減少防鳥費用支出。

　　關鍵詞：線路鳥害;結構設計;鋼管;鳥糞閃絡;橫擔結構

　　0引言架空輸電線路鳥害是電網安全穩定運行的一大安全隱患，相關統計資料表明，除雷害和外力破壞以外，由于鳥類活動引起的輸電線路故障最多[1]。高壓輸電線路走廊內鳥類活動造成故障的主要原因有鳥糞閃絡(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、鳥類身體觸碰閃絡、鳥類啄食復合絕緣子[2-3]等。隨著自然環境的逐步改善，輸電線路走廊區域內鳥類活動造成的電網故障呈逐年增加的趨勢[4]。

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

　　1 新型防鳥橫擔設計思路

　　根據運檢經驗總結，輸電線路鳥害主要集中在220kV及以下的直線塔上，主要原因是現有的鐵塔橫擔均按桁架體系進行設計，直線塔橫擔尺寸相對較小，且下平面端頭部分由于需要設置導線掛點，桿件密集，有利于鳥類筑巢和長時間停留，直接威脅下方絕緣子和導線，易造成線路故障。本文采取“避”的思路，從結構設計源頭出發，尋求一種新型簡化的橫擔結構布置型式，降低鳥類在掛點附近停留和筑巢的可能性[6]。

　　主要思路為：

　　1)取消直線塔橫擔下平面端部交叉斜材，改變常規橫擔桁架桿單元結構型式，采用桿、梁單元或索、桿、梁單元的新型橫擔結構型式簡化端部構造。

　　2)將橫擔端部的雙拼掛線角鋼改為鋼管結構。根據以往學者做過的模擬鳥糞閃絡試驗[7]結果可知，鏈狀下垂鳥糞距離絕緣子串距離大于150mm時，閃絡概率可降低為0[7-8]。同時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。新型防鳥橫擔優點：通過改變橫擔端部的結構型式，旨在簡化橫擔端部構造，橫擔端頭無交叉桿件，降低鳥類部掛點上方筑巢的概率，圓管構造可降低鳥類在掛點上方長期駐留可能性，從而降低了鳥糞下落閃絡、鳥類身體觸碰閃絡、鳥類啄食復合絕緣子等放電風險。

　　2 有限元計算分析

　　由于新型防鳥橫擔結構上的變化，已不能按照全桁架體系進行受力計算，采用有限元分析軟件MIDAS進行建模分析。以國網典設2E5-SZC2塔型中導線橫擔的斷線工況為例進行計算。1)梁、桿單元有限元計算將主材設置為梁單元、斜材設置為桿單元，并將端頭構造按照空500封口、空300不封口兩種型式，分別進行建模計算。通過計算分析：主材應力增加，原橫擔主材規格需要適當加強。

　　3 真型足尺試驗

　　3.1試驗必要性

　　本次提出的防鳥橫擔方案改變了鐵塔常規橫擔的結構型式，在國內鐵塔使用中尚屬首次。雖經過了有限元模擬分析，但是橫擔受力復雜，實際受力結構既非純梁單元也非純桁架單元，難以準確模擬實際受力狀態。根據《架空輸電線路桿塔結構設計技術規定》1.0.6條“桿塔結構設計采用新理論、新材料或新結構型式，當缺乏實踐經驗時，應經過試驗驗證”。為了驗證橫擔結構的安全可靠性[9]，確保工程長期安全運行，有必要針對改變后的橫擔結構型式進行鐵塔真型試驗驗證。

　　3.2試驗方案為對比多種新型防鳥橫擔結構布置型式的優缺點，分析結構受力特性，掌握新型橫擔結構型式的設計方法，設計了五種橫擔結構布置方案，對每種橫擔進行安裝、斷線工況試驗，并與常規直線塔橫擔結構型式進行對比，故試驗塔共設置6個橫擔。

　　3.3試驗工況根據結構力學理論分析及軟件計算，橫擔主材的控制工況為安裝和斷線工況，故本次試驗工況和加載方法。

　　3.4試驗結果

　　試驗塔在良鄉試驗基地順利完成真型試驗。試驗分七個工況進行，各橫擔型式均順利通過了的試驗荷載考驗，未發生失效破壞。其中導6橫擔在取消端部交叉材后，僅增加了一根水平封口材，未對橫擔主材進行加強。因此，導6橫擔最易發生破壞，但在實際試驗中并未發生破壞。據分析，初步認為是以下原因：1)橫擔上下平面主材的最大受力位置在橫擔根部，端部裕度較大;2)由于連接板的有利影響，主材的實際節間長度小于理論計算長度，抗彎和受壓承載力有較大提高。根據試驗結果，通過分析認為上述橫擔方案均安全可靠，具備工程應用條件。

　　4 工程實例

　　4.1工程概況

　　本次新型橫擔的依托工程為安慶三配套220kV線路工程子項目：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，恢復架線長度0.483km。線路大部分經過二級、三級鳥害區。

　　4.2工程應用情況

　　結合配套工程工期和鳥害實際情況，并考慮到防鳥型橫擔在輸電線路工程中屬首次應用，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。其平行的配套線路采用傳統防鳥措施，以便長期觀測新型防鳥橫擔實踐效果。該工程采用國網通用設計2E3、2E5模塊，直線塔為雙回路鼓型塔，新型防鳥橫擔采用塔重增加少的梁、桿結構型式，兩回線路分別采用端頭空500封口和空300不封口兩種型式，根據試驗結果，橫擔主材均不增加規格。該工程雙回路直線塔上、中、下導線橫擔全面采用防鳥型橫擔。

　　5 結論

　　本文從設計源頭考慮防鳥方案，防鳥效果可持續鐵塔、構架的整個使用周期。極大降低線路后期運維的工作強度。減少常規防鳥裝置的使用和維護費用，應用價值明顯。本文分析得到以下結論：1)通過改變橫擔端部的結構型式，簡化橫擔端部構造。橫擔端頭無交叉桿件，降低鳥類在掛點上方筑巢的概率;圓管構造也可降低鳥類在掛點上方長期駐留可能性，從而降低了鳥巢落物和鳥糞對絕緣子串的放電風險。2)在線路設計階段通過簡化桿塔結構局部構造，改變結構型式來解決防鳥害的問題，從設計源頭考慮防鳥方案，防鳥效果可持續鐵塔的整個使用周期。不用定期更換防鳥裝置，極大降低線路后期運維的工作強度。3)通過簡化橫擔端部掛線處結構構造，增加鐵塔造價不到1%，但同時省去了常規防鳥裝置的安裝和維護費用。

　　參考文獻

　　[1]袁檢，張建榮，方志，等.國外電網的鳥害事故與對策[J].電工技術，2002(l1)：5-6.

　　[2]王銳，于盛林，高麗霞.220kV線路鳥害故障分析及防治對策[J].電網與水利發電進展，2008，24(4)：48-52.

　　[3]王宏宇，翟洪濤.架空送電線路鳥害及其防治措施[J].中國高新技術企業，2009(4)：101-102.

　　[4]繆壽成.輸電線路防鳥害技術的研究與實踐[J].浙江電力，2007(1)：33-36.

　　[5]余雷，李勝利.輸電線路鳥害規律分析及防治對策[J].湖北電力，2004，28(4)：57-58.

　　作者：錢程1，甘先苗2，胡雄飛2，余斌2，張樹林1，孟凱1