企业电力实践和经验
本周文章
保护装置的应用在持续增长 降低野生动物引发的停电故障
企 业 电 力 实 践 和 经 验
保护装置的应用在持续增长 降低野生动物引发的停电故障 Growing Application of Protective Devices Aims to Reduce Outages Triggered by Wildlife
20
第三期2013
中 国
INMR Issue 101 China.indd 20
13-09-05 1:44 PM
去年六月的一个半晌时分，南卡罗 来纳州石山(Rock Hill)的7200个 用户突然遭遇至少45分钟的停电， 有些用户的停电时间甚至更长。据 市政电力公司的消息，松鼠设法进 入了当地一家学校附近的变电站 内部，在跳过带电的连接线路的间 隔时，造成了系统短路。仅在2周 后，又有一台变压器爆炸，导致了 新泽西州霍博肯(Hoboken)数百居 民遭遇停电，确信鸟类是这次事故 的祸根。公共服务电力及天然气 (Public Service Electric & Gas)
的一名发言人解释说，在维修人员 修复供电问题期间，近800个受影 响的用户一段时间内没电，其中50 个不走运的用户在黑暗中度过了更 长的时间。 这样的事件不是孤立的，而且发生 的频率似乎在持续增加。 的确，在许多电网中，其中最脆弱 的一处是架空线路和变电站设备之 间的连接处，它是动物王国的巢穴 地，尤其是鸟类、爬行动物以及食 肉动物或食腐动物的天下。上述动 物加在一起便对关键的电网设施的 安全运行构成了持续不断的威胁。 充斥着大量啮齿类动物或流浪猫被 电死，以及‘黑掉’整个街区或地 区的传闻，同时也对断路器和变压 器造成了价值数十万，甚至数百万 的损坏。举套管为例，闪络发出的 巨大冲击波如炸弹爆炸，可以将瓷 套管炸为碎片，造成更大的损坏。
照片由 FortisBC 提供
鉴于上述风险，目前防护装置的研 发范围一直在扩大，目的是缩小该 问题波及的规模。INMR采访了这 一行业的一些主要供应商，探讨确 定这类产品长期有效的因素何在 。
INMR Issue 101 China.indd 21
21 13-09-05 1:44 PM
照片由 FortisBC 提供
照片: INMR ©
仅在美国，因野生动物与电网接触造成的 照片由 TE Connectivity 提供
经济损失估计每年在200到300亿美元之间
美
照片由 TE Connectivity 提供
国能源部汇编的统计表明，美 国经济每年因为意外停电和其 它供电中断的损失约1500亿 美元。此外，EPRI九十年代晚期收集的 数据显示，停电事故中有明显的比例是 野生动物与带电线路和设备发生接触所 致，估计约12%。如果事故原因的归类 中包括了‘不明原因’（约2/3的事故 被认为与野生动物有关），那么此类事 故造成的年度影响的最终的损失在200到 300亿美元之间。这还仅是一个国家的 损失。
照片由 TE Connectivity 提供
的确，在世界的任何地方，只有为数极少 的线路工人和变电站维修人员未曾在第一 时间亲眼目睹过此类不幸接触的结局，行 业内的许多人都相信，这是导致意外停电 的主要原因之一（其它原因是严酷的天气 和事故）。例如，密西西比州的一家大型 供应商仅在一年间便记录了超过1100起 野生动物引发的停电，导致565,000用户分钟的供电中断。
与野生动物直接相关的电网设施损坏的实例
此外，随着公众的压力，促使更多的电力 基础设施从人口密集中心迁到有更多动物 出没的地区，这类停电事故的风险显然在 增多。除此之外，电力行业努力降低成 本，节省空间，以及通过架设紧凑型线路 使电力基础设施更加隐形，需要打破常规 拉近距离，但却制造了缺陷，上述做法 加剧了问题的严重性。大型鸟类准备起飞 时张开的翅膀足有一米多，当地的蛇类， 如德克萨斯的蛇类也能轻而易举地达到这 个长度。 鉴于上述状况，人们或许有理由预期， 绝大部分5kV到38kV电压等级的绝缘间 隔，同时又有野生动物出没的地区，受到 的威胁会最大，因此这些地区将安装附加
22 INMR Issue 101 China.indd 22
13-09-05 1:44 PM
Parker报道说，尽管这些装置的市场渗 透率相对较低，但是目前有三个因素正 在推动着令人鼓舞的销售增长，特别是 在北美。其中居于首位的因素是协调一 致地努力改善系统的可靠性，从而论证 提出的、必须得到公共电力委员会审查 和批准的涨价建议 。Parker说，“评估 建议的部门不愿意听到松鼠能‘毁灭’ 整个变电站这样的故事。” 第二个因素的重要性因国家和地区的不 同而各异，如果相对相或相对地接触导 致受保护鸟类被电死，将牵扯到潜在的 昂贵诉讼和罚款。例如，在美国西部， 几年前，其中的一家最大的电力公司 因为在所管辖的一些乡村线路附近，金 雕和其它候鸟被意外电死而被判非法有 罪。该电力公司被下令投资一千多万 美元用于系统更新，目的是保护这些 鸟类。的确，限制此类问题的发生是 成立鸟类与输电线路互动委员会工作 小组（Avian Power Line Interaction Committee，简称APLIC）的目标。该 工作小组各处行走宣传降低鸟类触电死 亡的知识，向从事此项工作的电力公司 提供指导。
照片: INMR ©
防护装置。然而，根据防护装置供货商 的反馈，在这些地区的应用估计不到 20%，其年度世界市场比较适中，仅为 约五千万到一亿美元。Steve Parker负 责拓展泰科电子(TE Connectivity)野 生动物线路区的产品安装业务。Steve Parker说，“我见到的许多变电站基本 都处于事故一触即发的状态。”
高至约38kV配电设备的套管，如图中未加保护的组件， 是遭受野生动物破坏风险最高的。
“ 我所见到的许多 变电站基本上仍处 于事故一触即发 的状态 ”
市场上供应的各种野生动物防护装置，其 设计各不相同，采用不同的材料制造，而 且颜色常常各异。Marty Niles是加拿大 公司Cantega Technologies的创始人， 他说，性能优异的野生动物防护产品的关 键因素之一是量体裁衣，只有根据被保
照片: INMR ©
最后一个因素，资产管理的基本原则表 明，动物与带电构件相互作用所产生的
后果不仅只是停电和潜在的罚款，而且还 有因设备损坏所付出的高昂代价。Parker 预计说，例如，选择性地采用设计正确的 野生动物保护产品，可以将此类破坏变电 站的风险降低60%到80%，这为任何性价 比的分析增加了极大的附加值利益。
从经济和公共关系上来说，大型鸟类中受保护的 鸟种被电死对电力公司是潜在的威胁。
23 INMR Issue 101 China.indd 23
13-09-05 1:44 PM
据估计，
泰国的避雷器上松散 不适用的防护帽，
采用设计正确的
对当地的野生动物 不起任何防护作用，
野生动物防护产品，
包括猴子。
可以将变电站遭到 破坏的风险 降低60%到80% 精确的配合被看作 是性能长期有效的关键。
照片: INMR ©
(下图)
照片由 Cantega Technologies 提供
照片: INMR ©
护设备的精确外形和尺寸量身定制的产 品才能达到这一点。Niles说，“精确 的配合是这一行业必不可少的。工频电 弧在空气中流动，意即动物和带电金具 之间的间隙是至关重要的。防护装置外 壳的任何裂缝或裂纹都可能导致电弧穿 过，且电压越高，风险越大。”
图中杆塔上的鸟巢引来了食腐动物， 地上的头盖骨讲述了鸟类厄运的故事。
Niles之前是Alberta省的线路工人，其 间的二十年来目睹了多次这样的问题。 他说，防护装置必须严格适用野生动物 的习性才能达到最好的长期效果。他强 调说，“包括猫，蛇，鬣蜥和负鼠在内 的这些动物，在奋力接近鸟巢时能轻而 易举地移走或移开安装不牢靠的防护 罩。” 材料本身也很重要。Robert Vojtila是 Midsun集团公司的主管，他说，“从 长远看，需要经久耐用的高品质产品。
容易安装和唾手可得也是很重要的考 虑因素。”Vojtila也指出，最近颁发了 IEEE对这些产品应用的指南，指南颁发 的目的之一是确保野生动物防护装置在 长期的使用中不会产生新的问题。 泰科电子的Parker指出，关于用于野生 动物防护装置的材料成分，其中的一个 关键考虑因素是必须适用于电场与持续 紫外线（UV）并存的户外环境。他评 述说，生产在此类环境下性能可靠的优 异材料的方法之一是，模压后再进行辐 照以确保聚合物完全交联。 他说，“这一切都是材料科学，材料本 身必须是惰性的并且抗漏电起痕和电蚀
24 INMR Issue 101 China.indd 24
13-09-05 1:45 PM
损。这是因为材料面临的问题和绝缘子相 同，包括干带形成可以在表面留下碳化点 并导致漏电起痕。我们建议用户，对于他 们计划要安装的任何野生动物防护装置， 不仅必须考虑UV测试数据，也必须考虑 漏电起痕和电蚀损的性能。不良的材料随 处可见，有时甚至是回收的塑料瓶制成的 材料。” Parker也强调，无论防护和设备之间是 何种闭锁，确保闭锁长时间绝对不发生脆 断、被腐蚀或被风化是必不可少 。如果 发生了上述事件，一旦刮风，防护装置将 被毁坏。 Vojtila和销售经理Brad Macculloch解释 说，过去，许多防护装置习惯用PVC或 EPDM制成，但Midsun集团公司决定在 自己的新增线路上，开发使用定制的硅橡 胶混料，据称这种材料具备防臭氧、防 火及良好的环境稳定性，更适合应用于 电力行业。这些材料可以提供挤压成型的 片材，即可以模板化，适用于任何被保护 的设备，或者如果批量生产得到了论证， 可以在工厂预模压成型为特定的形状。还 有硅橡胶带，厚度达到相当于15kV的绝 缘。Macculloch说，“在潜在苛刻的运 行环境下，用户需要知道产品能使用多 年，因此材料至关重要。” Niles评述，Cantega Technologies公司 凭借着据称比其它诸如聚丙烯等备选材料 更坚固更柔韧的聚脲配方，达到更佳的适 用性，并且在输油和天然气领域已经证 明是用于管道的涂料。他补充说，材料 经过稍加调整用于高压系统，确保防火 的功效。 除了材料必须经久耐用，在配电线路上 足以使用5到10年，变电站中足以使用10 到20年之外，从用户的角度来看，野生
套管上的野生动物 防护帽的材料设计， 必须能够在暴露于紫外光、 风化以及漏电起痕的环境下 仍然长期保持 可靠的性能。
照片由Cantega Technologies提供
INMR Issue 101 China.indd 25
25 13-09-05 1:45 PM
照片由 Midsun Specialty Products 提供
用于母线的硅橡胶片和硅橡胶带，设计用于套管的事先已经模压好的防护罩。
动物防护装置的另一个关键因素是速度 和效率，如果安装时必须停电，前者特 别重要。 Niles评述，例如设计精确合体的防护装 置不仅使性能达到最佳，而且通常转化为 安装时间更短。他说，而且目前已经研发 了新型带电作业操作棒，允许野生动物防 护罩安装在带电设备上。他认为，安排停 电确实越来越困难，这是如此之多的现有 变电站被置于没有防止野生动物入侵状态 的主要原因之一。因此，新的带电安装技 术有可能转化为提高此类防护装置的市场 渗透率。
施，这一直是众 多已有的变电站 仍然未受到野生 动物入侵保护的 主要原因之一
Parker赞同野生动物防护装置的明显倾 向是可以不用切断设备的电源便能安装。 他解释说，“到目前为止，最困难的一直 是安排停电计划然后待命。因此，带电安 装防护装置可以将整个安装时间缩短高达 三分之二。”Midsun集团公司的Todd Tremeglio评述，是否接受带电安装取决 于单个用户的政策，其中的一些用户更喜 欢停电安装。他说，相比之下，工业用户 几乎从不接受停电安装，所以，一般来 说，目标市场是工业用户的野生动物防护 装置必须带电安装。 野生动物防护装置行业的另一个趋势是 直接面向电力OEMs的销售持续增长，例 如，变压器、避雷器、自动继电器等制造
照片: INMR ©
Niles还评述说，理想状态是供货商必须 与用户合作开发，他称之为‘现场防护计 划’，目的是识别潜在的问题区域，并 且量身定制不同地区防护问题的解决方 案。他解释说，“就我们的情况来说，除
停电计划很难实
了供货清单上的产品以及安装在何处之 外，提供在线培训也是我们整套服务的一 部分。”
输电线路和变电站的野生动物防护装置必须足以经久耐用，从而耐受温度变化、风力以及持续的紫外线。 26 INMR Issue 101 China.indd 26
13-09-05 1:45 PM
“ 一种威慑野生 动物不靠近的装 置永远是本行业 的‘圣杯’， 但事实上动物很 快便适应了 ”
商，因此，用户在购买时设备已经安装 了防护装置。例如，Midsun公司管理层 报道，他们正经历着OEM要求增加此类 供货。但Vojtila提醒大家，现今，与野生 动物防护相比，OEM更聚焦在消减成本 上。其结果是工厂安装在设备上的外供 塑料帽有时可能来源于几乎没有野生动 物防护装置经验的公司，将无法承受长 期使用。
工人使用带电操作杆，精确测量将 安装野生动物防护装置的设备的尺寸，
Parker持类似的看法，但他评述说，通过 将目标对准最终用户，加大销售力度，泰 变压器和避雷器的防护罩已经就位， 科电子目前正在积极努力拓展OEM这一 将发运给用户。 市场。他指出，“OEM真正的业务是卖 设备，而不是野生动物防护罩。因此，他 改善野生动物防护装置以保护设备的真正 们将主要基于用户的要求进行筛选。” 可选方案依靠修复计划和继电器，或者重 展望未来，野生动物防护业的多数企业将 新配置铁塔，在相与相之间和相对地之间 不再重视阻碍鸟类和动物进入电气设备的 留出更多空间。但重新配置铁塔的解决方 法造价非常昂贵。 可选技术，如音波发射器或其它电子 装置 。Parker说，“能用某种方法使野 生动物远离设备的装置一直是我们行业 的‘圣杯’，但事实是动物很快便适应并 且对此不予理睬。”为了说明这一点，他 举了实例，松鼠咬穿了放置在变电站用于 威吓动物的塑料猫头鹰。
Parker总结说，“只有采用特殊的防护 产品完全覆盖变电站，包括现有和新建变 电站，才能解决与野生动物互动的问题。 有志者事竟成，这意味着动物总有办法 进入。” 27
INMR Issue 101 China.indd 27
13-09-05 1:45 PM