新型超高壓輸電線路鳥害防范措施研究

王德吉，趙　強，屈　明

(國網(wǎng)四川省檢修公司綿陽運維分部，四川 成都　621000)

新型超高壓輸電線路鳥害防范措施研究

王德吉，趙強，屈明

(國網(wǎng)四川省檢修公司綿陽運維分部，四川 成都621000)

摘要：鳥害跳閘對超高壓輸電線路及附近直流系統(tǒng)穩(wěn)定運行帶來很大的影響?；诔邏狠旊娋€路鳥害跳閘故障特征，提出了超高壓線路防范鳥害應(yīng)重視的運行維護基礎(chǔ)工作。通過對傳統(tǒng)防鳥害措施效果進行梳理分析，改進傳統(tǒng)防鳥害裝置形成新型防鳥害措施，并在超高壓輸電線路上得到成功應(yīng)用。通過對安裝方式的創(chuàng)新，便拆式防鳥罩提高了防鳥效果，降低了檢修作業(yè)的強度，對輸電線路安全穩(wěn)定運行起到了良好的作用；風(fēng)車驅(qū)鳥刺在防鳥驅(qū)鳥功能、能源利用率等方面有所創(chuàng)新，有效降低了線路鳥害事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：超高壓輸電線路；鳥害；新型防鳥裝置

0引言

近年來，隨著環(huán)境保護意識的增強以及經(jīng)濟的發(fā)展，各地區(qū)生態(tài)環(huán)境愈發(fā)適應(yīng)鳥類的繁衍棲息，這給超高壓輸電線路的安全運行帶來了較大威脅。面對日益頻繁的鳥類活動，有效采取防鳥害措施，減少鳥害故障的發(fā)生，確保電網(wǎng)的安全運行是超高壓輸電線路運行維護的重要工作之一[1-4]。

對超高壓輸電線路鳥害造成線路跳閘故障特征進行分析，提出了超高壓線路防范鳥害差異化的運行維護基礎(chǔ)工作；對傳統(tǒng)防鳥害措施效果進行梳理，改進了防鳥害裝置，形成了新型的有效防鳥害措施。

1超高壓輸電線路鳥害跳閘故障特征

1.1　超高壓輸電線路鳥害跳閘原因

超高壓輸電線路發(fā)生鳥害跳閘對電網(wǎng)安全運行及附近直流系統(tǒng)會造成一定的擾動。鳥害造成線路跳閘原因一般可分為4類：1)鳥類在線路導(dǎo)線和鐵塔附近活動，大型鳥類身體或張開的翅膀造成線路相間或單相接地故障；2)絕緣子上方構(gòu)筑鳥窩的材料如樹枝、雜草等下落或被吹落，造成橫擔(dān)和導(dǎo)線之間電氣距離不足，引起線路跳閘；3)鳥類在鐵塔絕緣子上方活動，鳥糞掉落在絕緣子表面，然后沿絕緣子傘群邊沿下滑，污染嚴(yán)重的絕緣子發(fā)生閃絡(luò)；4)鳥糞從絕緣子表面以外一定距離處下落，鳥糞由于重力作用下落拉長，具有一定導(dǎo)電性的鳥糞通道的介入使絕緣子周圍的電場分布發(fā)生嚴(yán)重畸變，鳥糞通道的前端與絕緣子高壓端之間的空氣間隙的電場強度大大增加，絕緣子承受的大部分電壓都加在了這一段空氣間隙上，空氣間隙擊穿，造成線路單相接地故障。

超高壓輸電線路塔頭及相間電氣距離較大，第一類鳥害對超高壓線路威脅不大；超高壓輸電線路絕緣子片數(shù)多、距離長，第二類鳥害情況也不多見；而第三類鳥害情況引起的超高壓輸電線路跳閘比重較大；第四種由鳥糞下落引發(fā)的事故，鳥糞殘留痕跡可能很不明顯或根本找不到，因此在無法確定原因的事故中，有不小比例是屬于鳥糞事故[5]。

1.2　鳥害易發(fā)區(qū)環(huán)境特征和時間分布

鳥害易發(fā)區(qū)域具有典型的環(huán)境特征和時間分布特性。地形地貌多在靠近河流(排水渠)、稻田、魚池、低洼潮濕地帶，有較大樹木和村莊少、僻靜開闊的莊稼地帶；鳥類一旦選擇在某基鐵塔上筑巢，在一段時間內(nèi)即便是受到外界較大的干擾也不會輕易離開，即使將鐵塔上的鳥巢清除掉，鳥類依然會在原地筑巢，而且搭建的鳥巢比先前的還要緊密結(jié)實。輸電線路鳥害跳閘具有一定的時間分布規(guī)律性：隨著季節(jié)變化，鳥害跳閘在鳥類遷徙時候居多；從時段上看，多為夜間21:00～06:00點左右，鳥一般在凌晨覓食前排出大量的糞便，因此鳥糞事故多出現(xiàn)在這段時間。

1.3　差異化線路防鳥害日常運維工作

根據(jù)上述鳥害故障的地形地貌、季節(jié)、頑固等特征，防范線路鳥害應(yīng)做好如下日常運維工作：

1)準(zhǔn)確劃分超高壓線路鳥害區(qū)域。針對鳥害故障時間分布特性、地形地貌特征，在線路日常運維工作中加強對鳥類活動跡象的觀察，摸清靠近冬季不干枯的河流、湖泊、水庫和魚塘的桿塔，位于山區(qū)、丘陵植被較好且群鳥和大鳥活動頻繁的塔位，以及筑有鳥巢和發(fā)生過鳥害的塔位，合理劃定鳥害區(qū)，為輸電線路防鳥害工作提供支撐。

2)及時發(fā)現(xiàn)并積極消除鳥害隱患。鳥類活動頻繁時期加強對防鳥重點區(qū)段的特巡工作，特別加強對線路附近有河道、林區(qū)、水庫、養(yǎng)魚池及鳥食種植地等鳥害易發(fā)區(qū)段的巡視力度，觀察鐵塔塔身、塔頭及橫擔(dān)上是否有鳥類筑巢現(xiàn)象，及時開展鳥巢清除工作，尤其是針對橫擔(dān)上的鳥巢及時進行帶電消除，避免因鳥巢散落發(fā)生絕緣子串短路故障。對筑巢塔位進行記錄存檔，并加強日后的巡視工作，防范鳥巢重筑等鳥害現(xiàn)象；重視鳥害區(qū)絕緣子表面臟污情況的觀察，對鳥糞污染和表面臟污的絕緣子及時安排帶電清掃；關(guān)注防鳥設(shè)施，發(fā)現(xiàn)損壞的和有必要增添防鳥設(shè)施的情況，及時更換和補充。適時開展已采取的防鳥措施效果評估，并科學(xué)合理選擇有效的防鳥措施。

2傳統(tǒng)防鳥害裝置有效性分析

防鳥害裝置形式各樣，從預(yù)防效果上可分為3類[6-8]：1)防止鳥類在鐵塔上棲息，即驅(qū)鳥措施；2)防止鳥糞形成放電通道，即隔離措施；3)主動幫助鳥類在鐵塔不宜造成鳥害故障的地方搭建人工鳥巢，即引鳥措施。目前四川地區(qū)現(xiàn)在主要采取前兩種預(yù)防措施，現(xiàn)對其分別進行效果分析。

2.1　防鳥罩

500 kV的德寶直流線路的所有懸垂絕緣子串頂部均安裝有防鳥罩(如圖1(a)所示)，但由于其盤徑較小，直徑僅40 cm，能起到的防鳥害作用有限，在2013年5月8日00時51分，德寶直流40號塔極Ⅱ線路就發(fā)生了鳥害故障。同時，該防鳥罩安裝方法繁瑣，不便于高處作業(yè)時裝卸。

2.2　常規(guī)防鳥刺

防鳥刺安裝在懸垂絕緣子掛點處，隔離鳥類在絕緣子掛點位置活動，防止產(chǎn)生鳥糞故障。常規(guī)防鳥刺為一端集束固定，一端呈30°向上半圓式散開，如圖1(b)所示。常規(guī)防鳥刺價格低、安裝方便、對低電壓線路防鳥害工作有一定的效果；但由于其放射狀面積較小，且長時間運行后，鋼材質(zhì)的鳥刺容易銹蝕斷落，防鳥效果降低，因此在超高壓輸電線路實際運維中，常規(guī)防鳥刺的效果并不理想，在線路巡視中多次發(fā)現(xiàn)鳥巢就筑在鐵塔防鳥刺旁，如圖1(b)所示。

圖1　傳統(tǒng)防鳥害裝置

2.3　智能驅(qū)鳥裝置

智能驅(qū)鳥裝置具有雷達主動感知判斷鳥類的靠近和遠離，使用多普勒和聲音輔助方式對鳥類的靠近進行有效監(jiān)測并通過內(nèi)部算法發(fā)送不同頻率的聲音，局部惡化鳥生存環(huán)境，從而達到有效的驅(qū)鳥作用。但經(jīng)過兩年多的運行來看，其驅(qū)鳥的效果并不理想，部分已安裝驅(qū)鳥器的塔位仍然存在鳥兒筑巢情況，如圖2所示。分析原因為其提供的變頻聲波時間長了后被鳥類適應(yīng)所致。

圖2　智能驅(qū)鳥裝置

綜上所述，傳統(tǒng)防鳥害裝置在防范鳥害及運行維護方面仍存在很多不足，各種防、驅(qū)鳥的裝置在功能和實際效果上都存在一定的缺陷。僅依靠傳統(tǒng)方鳥裝置很難達到超高壓輸電線路防鳥害需求。

3新型防鳥害裝置

選擇科學(xué)有效的防鳥措施，是做好防鳥害工作的關(guān)鍵，通過分析上述傳統(tǒng)防鳥措施功能的特點及缺陷，對防鳥害裝置進行了技術(shù)革新改進，形成了新型防鳥害措施。

3.1　便拆式防鳥罩

傳統(tǒng)防鳥罩罩面直徑設(shè)計小，利用多顆螺栓對防鳥罩進行對接安裝，應(yīng)用在500 kV及以上輸電線路絕緣子串上效果不佳，而且安裝、拆卸繁瑣，不利于檢修作業(yè)等缺點。

圖3　便拆式防鳥罩結(jié)構(gòu)示意圖

從“驅(qū)、隔、引”3個防鳥害方面分別著手分析防鳥害現(xiàn)狀，主要以“隔”鳥為原則，根據(jù)500 kV輸電線路絕緣子串長度，放大設(shè)計防鳥罩傘邊半徑(盤徑在800 mm左右)，利用新型FNBW高分子絕緣材質(zhì)噴繪紅色涂料制作而成。該防鳥罩巧妙設(shè)計防分離式對接結(jié)構(gòu)，如圖3所示，極大方便檢修作業(yè)時安裝、拆卸，帶電、停電作業(yè)均可，有效降低作業(yè)強度。這種新型防鳥罩具備隔斷散落鳥巢的功能，避免鳥糞污染絕緣子，可以有效防止500 kV及以上輸電線路因鳥糞污穢引起絕緣子串閃絡(luò)和鳥糞下落引發(fā)電場畸變導(dǎo)致線路跳閘的事故發(fā)生。

圖4給出便拆式防鳥罩鳥糞下落分析圖解，絕緣子瓷瓶直徑為d，絕緣子串長度為H，當(dāng)設(shè)計風(fēng)速達到最大Vmax時，鳥糞下落作拋物線運動，假設(shè)鳥糞下落到最下層絕緣子時所需的時間為t，取重力加速度為g，可知

圖4　便拆式防鳥罩分析圖解

鳥糞下降到最底部的絕緣子串時經(jīng)過的水平距離L為

因此便拆式防鳥罩傘罩設(shè)計直徑D為

D=2×(0.5d+L)

由上式可知防鳥傘罩越大、β角越大，獲得的保護范圍也就越強，防鳥罩傘徑根據(jù)不同絕緣子外徑及有效絕緣長度具體確定。同時，為防止雨水堆積對防鳥罩的損害，防鳥罩外延設(shè)計20°弧度。

3.2　風(fēng)車驅(qū)鳥刺

基于傳統(tǒng)防鳥害裝置具有隔鳥不能驅(qū)鳥、驅(qū)鳥不能隔鳥的弊端，綿陽運維分部設(shè)計了驅(qū)隔功能相結(jié)合的一體式防鳥裝置——風(fēng)車驅(qū)鳥刺，有效地解決了傳統(tǒng)隔鳥、驅(qū)鳥各自單一的弊端，通過自身整體旋轉(zhuǎn)所占有立體空間結(jié)合反光材料反光和防鳥刺阻隔綜合作用達到“驅(qū)隔結(jié)合”。圖5給出風(fēng)車驅(qū)鳥刺實物圖。

圖5　風(fēng)車驅(qū)鳥刺實物圖

圖6　風(fēng)車驅(qū)鳥刺整體結(jié)構(gòu)簡圖

圖6給出風(fēng)車驅(qū)鳥刺整體結(jié)構(gòu)設(shè)計簡圖。為了便于安裝及檢修時拆卸，風(fēng)車驅(qū)鳥刺由緊固構(gòu)件和轉(zhuǎn)動構(gòu)件兩部分組成[9]。U型固定夾板用于與鐵塔橫擔(dān)或塔頭處角鋼進行連接，通過雙螺帽緊固螺栓加以固定。在U型夾板上方焊接活動桿件，活動桿件與轉(zhuǎn)動構(gòu)件的連接管內(nèi)嵌連接，通過活動連接螺栓與卡槽固定。當(dāng)鐵塔處于檢修狀態(tài)時，鐵塔上作業(yè)人員可先將轉(zhuǎn)動構(gòu)件直接分離取下，并將活動桿件轉(zhuǎn)動90°使其保持水平狀態(tài)。轉(zhuǎn)動構(gòu)件將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能，是整個產(chǎn)品設(shè)計的核心部分。通過連接管與深溝球軸承作緊連接，連接管與緊固構(gòu)件中的活動桿件內(nèi)嵌連接作為固定軸。軸承外置軸承保護鋼套，防止雨水或其他外部因素對軸承損壞。軸承保護套側(cè)邊平均焊接3面長度為300～400 mm定長的扇葉，扇葉外邊側(cè)點焊9～10根不銹鋼針，鋼針由產(chǎn)品內(nèi)側(cè)向外側(cè)長度遞減，目的使其轉(zhuǎn)動時形成刺猬狀。當(dāng)扇葉受風(fēng)力作用將帶動風(fēng)車驅(qū)鳥刺整體旋轉(zhuǎn)，當(dāng)風(fēng)速達不到啟動風(fēng)速時，靜止的風(fēng)車可以阻隔鳥類棲息。扇葉外側(cè)用紅色噴漆進行色標(biāo)，內(nèi)側(cè)用反光鏡紙進行粘貼，充分利用鳥類對紅色和太陽光的敏感性進行驅(qū)鳥并不傷害鳥類，同時增大了驅(qū)鳥的實際范圍。

4小結(jié)

超高壓線路的安全運行關(guān)系著國家社會穩(wěn)定、經(jīng)濟發(fā)展和人民的用電需求，日益活動頻繁的鳥類活動給輸電線路安全運行帶來了較大的威脅。防鳥害工作越來越引起電力企業(yè)的重視和關(guān)注，線路鳥害防范工作應(yīng)在注重日常運行維護的基礎(chǔ)工作上。傳統(tǒng)防鳥害裝置具有一定的局限性，應(yīng)結(jié)合鳥害特征和傳統(tǒng)防鳥害措施的優(yōu)缺點綜合分析，從“驅(qū)、隔、引”3個方面開拓思路，積極研發(fā)更加有效的新型防鳥害裝置，增強線路防鳥害效果，確保電網(wǎng)安全運行。

1)便拆式防鳥罩通過對安裝方式的創(chuàng)新，大大降低了檢修作業(yè)的強度，同時防鳥傘徑的合理增大也提高了防鳥傘罩的防鳥效果，對輸電線路安全穩(wěn)定運行起到了良好的作用。

2)風(fēng)車驅(qū)鳥刺在防鳥驅(qū)鳥功能、能源利用率、安裝拆卸便捷性等方面有了極大的提升，應(yīng)用在輸電線路上將大大降低線路鳥害事故的發(fā)生。

參考文獻

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[9]王德吉, 風(fēng)車驅(qū)鳥刺[Z].CN203884532U, 2014.

中圖分類號：TM723

文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：1003-6954(2015)04-0033-04

作者簡介：

王德吉(1989)，助理工程師，從事輸電線路安全管理工作；

趙強(1975)，高級工程師，從事輸電線路安全管理工作；

屈明(1963)，經(jīng)濟師，從事輸電線路安全管理工作。

(收稿日期：2015-05-11)

Abstract：Tripping caused by bird damage has great effects on long-term stable operation of EHV transmission lines and nearby DC transmission lines. Based on the properties of tripping caused by bird damage on EHV transmission lines, the daily operational maintenance work is proposed to prevent bird damage for EHV transmission lines. Through analyzing the effects of traditional bird-resistant devices, new bird-resistant devices are investigated and have been successfully applied to EHV transmission lines. The new type bird shields provide an effective bird-resistant effect, reduce the maintenance intensity, and play a good role in the safe and stable operation of transmission lines through improving the installation of conventional bird shields. The new windmill-sting is innovated in the effectiveness of bird-resistant, bird-dispersal and energy utilization, which effectively reduces the tripping caused by bird damage.

Key words：EHV transmission line; bird damage; new bird-resistant device