青島電網(wǎng)輸電線路鳥害故障分析與防范措施

王永昆，李 波，孫永杰，田 資，王善軍

（國網(wǎng)山東省電力公司青島供電公司，山東 青島 266002）

0 引言

縱觀國外治理輸電線路鳥害的措施，主要以保護鳥類資源為重點［1-2］，包括采用新型的桿塔結構或改造現(xiàn)有桿塔結構對鳥類進行棲息管理［1］。國內(nèi)研究則偏向于從鳥害對輸電線路的危害以及如何預防鳥害故障的發(fā)生，主要集中在鳥害形成、鳥害發(fā)生地點的環(huán)境、鳥害發(fā)生的規(guī)律性以及防鳥、驅(qū)鳥設施的研究等方面，并提出了防鳥害措施和建議［3-14］。文獻［3］提出依據(jù)地理環(huán)境特征等劃定鳥害區(qū)域等級的原則和方法，文獻［4］詳細介紹了繪制天津電網(wǎng)涉鳥故障風險分布圖的方法，但這些方法都是由定性分析繪制。本文介紹量化分析繪制方法，提出根據(jù)鳥害活躍系數(shù)修正專業(yè)化巡視周期的計算方法，總結防鳥害綜合治理措施。

1 青島電網(wǎng)涉鳥故障特點

1.1 青島氣候及鳥類特征

青島地處山東半島南端，位于北緯35°35′～37°09′、東經(jīng)119°31′～121°00′，年平均降雨800～900 mm，沿海有大小港灣、灘涂1 800 km2，內(nèi)陸有季節(jié)性河流224 條，水庫576 座，濕地總 面積17.765 萬km2［5，15］。境內(nèi)氣候溫和，降雨適中，每年有數(shù)百萬計的候鳥遷徙過境，是亞太地區(qū)候鳥遷徙的重要“驛站”［16］。

境內(nèi)候鳥162 種，以雀形目最多，主要種類有雀科、鶯科、鳩科、鹟科、燕科、繡眼鳥科以及鸮形目、隼形目及鶴形目。猛禽有雀鷹、松雀鷹、燕隼、紅隼 等［15］。

1.2 鳥害故障規(guī)律及分析

對青島電網(wǎng)2007 年1 月至2019 年6 月故障數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，結果見表1。35～220 kV 線路發(fā)生跳閘共計1 006 次，其中鳥害造成的跳閘78 次，占線路總跳閘次數(shù)的7.75%。

表1 青島電網(wǎng)2007 年1 月至2019 年6 月故障跳閘次數(shù)

由表1 數(shù)據(jù)可知，外力、異物、雷擊、鳥害是各電壓等級線路故障的主要因素。其中，鳥害導致的線路故障在35 kV、110 kV、220 kV 電壓等級線路故障中分別占2.6%、9.86%和16.76%，可見鳥害導致的線路故障在35 kV 線路發(fā)生概率遠低于110 kV 和220 kV線路。

1.2.1 鳥害故障的電壓等級特點

鳥害的種類主要包括鳥糞污閃、鳥巢材料短路、鳥體接觸線路、鳥啄食復合絕緣子。表2 是青島電網(wǎng)近13 年不同原因鳥害故障的次數(shù)，可以得出鳥巢短路是35 kV 線路鳥害故障的主要原因，鳥糞閃絡是110 kV 和220 kV 線路鳥害故障的主要原因，分別占80.5%和96.7%。

1.2.2 鳥害故障的時間特點

將青島電網(wǎng)近13 年78 次不同電壓等級線路鳥害故障按月份和故障時間進行統(tǒng)計，得出鳥害故障時間分布，如圖1 所示，可知鳥害故障總體上有兩個高發(fā)期：3—5 月 的05∶00—12∶00 和8—11 月 的02∶00—06∶00。35 kV 和110 kV 線路鳥害主要分布在3—5 月06∶00—12∶00，220 kV 線路鳥害主要分布在3—5 月05∶00—12∶00 和8—11 月02∶00—06∶00。

表2 青島電網(wǎng)2007 年1 月至2019 年6 月各類型鳥害故障次數(shù)

圖1 青島電網(wǎng)不同電壓等級鳥害故障時間分布

分析原因為：

1）青島候鳥春季遷徙期是2—5 月，遷徙種群增多，包括各類雜食性、食蟲性鳥類及食肉猛禽［15］。3—5 月是鳥類筑巢繁殖的季節(jié)，上午進行頻繁的筑巢活動，此時間段35 kV 線路鳥巢鳥害事故多發(fā)的主要原因。在筑巢以及在候鳥遷徙過程中，鳥類在桿塔上的起降、排糞等行為增加了110 kV 和220 kV 線路鳥糞鳥害故障的發(fā)生。

2）5 月下旬至6 月、11 月至次年2 月大批候鳥遷徙完畢，此時多是本地候鳥，以鵑形目、雀形目居多，各電壓等級發(fā)生鳥害故障較少。

3）秋季遷徙期是8—11 月，此時大中型猛禽增多。

4）引起鳥糞故障的鳥類以鷹類、隼類等食肉猛禽鳥類為主，這些食水果、動物脂肪和蟲類的鳥排出的糞便易稀糖、黏稠。

5）白天鳥類飛翔的次數(shù)較多，排便頻率較高，每次排出糞便的量相對較小，而夜間鳥類活動較少，清晨第一次起飛時糞便最多，極易發(fā)生鳥糞閃絡。02∶00—06∶00 正好是夜行猛禽夜間活動和晝行猛禽清晨首次排便的時間［15］，此時間段是鳥糞閃絡高發(fā)期。

1.2.3 鳥害故障的區(qū)域特點

圖2 是青島電網(wǎng)涉鳥故障區(qū)域分布圖，可知青島電網(wǎng)涉鳥故障桿塔分布分散，這與青島市鳥類遷徙路徑跨度較大不無關系，但大部分鳥害故障發(fā)生在附近有水庫、水塘或河流，人煙稀少的丘陵、山地、田地。

圖2 2007—2019 年青島電網(wǎng)涉鳥故障區(qū)域分布

1.2.4 鳥害故障機理特征

鳥糞含水和電解質(zhì)較多，下落時使絕緣子串附近的電場畸變，在上下均壓環(huán)之間形成導電回路，絕緣子串傘裙不一定有閃絡痕跡，但上下均壓環(huán)處均會存在明顯的閃絡痕跡。鳥糞閃絡具有明顯的特征，研究表明，鳥糞通道距離均壓環(huán)大于13 cm 時，閃絡概率迅速降至0［6］。防鳥措施安裝不規(guī)范或質(zhì)量不合格，并不能防止鳥類在均壓環(huán)13 cm 以內(nèi)處停留排糞，導致安裝防鳥措施的桿塔也會發(fā)生鳥糞閃絡，閃絡位置一般在絕緣子的桿塔側。

2 防鳥害措施介紹

目前鳥害防治技術措施分為驅(qū)鳥型（包括風車驅(qū)鳥器、防鳥刺、聲音驅(qū)鳥器、脈沖驅(qū)鳥器、超聲波驅(qū)鳥器）、隔離型（包括防鳥隔板、防鳥罩、封堵帽、大傘裙罩）、引導型（人工鳥巢）。

2.1 驅(qū)鳥器

驅(qū)鳥器是第一代防鳥設備，利用鏡面反光驚嚇鳥類的原理來驅(qū)鳥，初期效果較好，長期裸露野外，易受風、雨、雪等天氣影響而損壞，反光和轉動功能下降而失去驅(qū)鳥效用。

2.2 防鳥刺

防鳥刺是第二代防鳥設備，安裝到導線正上方橫擔處，針刺材質(zhì)有鍍鋅鐵絲和不銹鋼，由于設計和制造原因，市面上大部分防鳥刺的針刺在數(shù)量、長度和材質(zhì)上不滿足要求，長期運行或者針刺銹蝕斷落為鳥巢提供了支撐和固定點。但由于其牢固、美觀等特點，山東電網(wǎng)防鳥害措施以防鳥刺為主［7］。

2.3 聲音或超聲波驅(qū)鳥裝置

驅(qū)鳥裝置通過太陽能蓄電池提供動力，發(fā)出聲音或超聲波使鳥類感到害怕或不適，缺點是成本高，短時間效果明顯，但使用一段時間后，鳥類會適應聲音或超聲波，聲音驅(qū)鳥裝置不易在市區(qū)使用。

2.4 新型防鳥罩

國網(wǎng)青島供電公司研制一款新型防鳥罩，由玻璃鋼材質(zhì)制成，光滑且上方三角形不適宜鳥類停留，同時封堵絕緣子上方位置，如圖3 所示，使鳥類無法筑巢。該防鳥罩安裝簡便、牢固，不影響檢修作業(yè)。

圖3 防鳥罩

所有的防鳥害措施都各有優(yōu)缺點，要防止輸電線路鳥害事故的發(fā)生，應根據(jù)不同的電壓等級、鳥類、地理環(huán)境和防治措施的特點，采取針對性措施［8］。

3 架空輸電線路防鳥害建議

3.1 制定專業(yè)化巡視周期

3.1.1 制作鳥害分布圖

排查桿塔周圍河流、湖泊、水庫、魚塘、沼澤、草叢和樹林等利于鳥類繁殖、生活的區(qū)域，并根據(jù)歷年鳥害故障點和桿塔上鳥巢位置、數(shù)量等信息，將輸電線路按區(qū)段劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級鳥害區(qū)域，形成輸電線路鳥害分布圖。鳥害區(qū)域分級數(shù)值按式（1）計算，鳥害區(qū)域分級如表3 所示，該方法參考DL／T 1570—2016 《架空輸電線路涉鳥故障風險分級及分布圖繪制》 風險等級劃分原理并結合青島電網(wǎng)運行經(jīng)驗總結得出，各地市可適當調(diào)整。

式中：A 為鳥害區(qū)域分級數(shù)值，分級方法見表3；α 為區(qū)段內(nèi)環(huán)境系數(shù)，區(qū)段內(nèi)有河流、湖泊、水庫、魚塘等時α=1，不利于鳥類繁殖的區(qū)段α=0；N 為歷年鳥害發(fā)生次數(shù)；m 為區(qū)段內(nèi)鳥巢數(shù)量，統(tǒng)計鳥巢時可采用人工巡視、檢修記錄、通道監(jiān)控裝置、無人機巡視等手段；βi為桿塔上鳥巢所在位置，鳥巢在絕緣子正上方時βi=1，鳥巢在橫擔處時βi=0.5，鳥巢在桿塔主干時βi=0.4。

表3 鳥害區(qū)域分級

3.1.2 制定鳥害活躍系數(shù)

根據(jù)青島鳥害故障特征，鳥害發(fā)生時間主要集中在每年的3—5 月和8—11 月，其中3—5 月為鳥害最嚴重時間，制定鳥害活躍系數(shù)φj，如表4 所示。

表4 鳥害活躍系數(shù)

3.1.3 制定專業(yè)化巡視周期

根據(jù)鳥害分布等級，初步制定輸電線路巡視周期Tk，如表5 所示，然后結合鳥害活躍系數(shù)φj，根據(jù)公式（2）重新修正巡視周期。

表5 專業(yè)化巡視周期

式中：t 為專業(yè)化巡視周期；φj為鳥害活躍系數(shù)；Tk為修正前巡視周期。

3.2 防鳥害綜合治理措施

根據(jù)鳥害分布圖，對鳥害嚴重區(qū)域采取多種防鳥設施，并經(jīng)常檢查、補充和更換，在鳥害故障高發(fā)期開展鳥害集中整治，及時清除影響線路安全運行的鳥巢。

鳥害故障多發(fā)生在直線塔或有懸垂跳線串的耐張桿塔，對于緊湊型耐張桿塔，間隙較小易發(fā)生鳥糞閃絡，也應在其導線上方安裝防鳥措施。

防鳥刺的材質(zhì)、數(shù)量和長度，安裝數(shù)量和打開角度均應滿足要求，防鳥刺保護范圍大于均壓環(huán)外13 cm。

對一級鳥害區(qū)域增加無人機巡視，發(fā)現(xiàn)有積糞絕緣子及時對其補加防鳥措施，對嚴重者進行帶電更換或清掃。

運行經(jīng)驗表明鳥類不易在鋼管桿上筑巢，考慮經(jīng)濟性和維護工作量，鋼管桿上可減少防鳥刺的使用，若防鳥刺安裝不當可能給鳥類筑巢提供便利。

4 結語

青島電網(wǎng)鳥害在35 kV 電壓等級線路設備發(fā)生的概率遠低于110 kV 線路和220 kV 線路。鳥害故障總體上有兩個高發(fā)期：3—5 月的05∶00—12∶00 和8—11 月的02∶00—06∶00。青島電網(wǎng)采取了防鳥刺、防鳥罩、聲音驅(qū)鳥器等措施來防治鳥害，以防鳥刺和防鳥罩為主。

建議制作鳥害分布圖并根據(jù)鳥類活躍系數(shù)重新修正專業(yè)化巡視周期，結合運行經(jīng)驗在鳥害高發(fā)期開展集中整治。