上海架空輸電線路涉鳥故障分析及其防范措施

喬飛 劉芮 秦子越 趙昊

摘要：21世紀(jì)以來，在中國(guó)持續(xù)加大對(duì)生態(tài)環(huán)境治理力度的同時(shí)，綠地覆蓋率逐步提升，鳥類擁有了比以往更舒適的生存環(huán)境，而由鳥類引發(fā)的架空電網(wǎng)輸電線路故障也同比增高。涉鳥故障是影響輸電線路安全穩(wěn)定運(yùn)行的一大重要隱患，因此，有必要采取既有效驅(qū)趕鳥類又不對(duì)其產(chǎn)生傷害的措施，減少鳥類活動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的干擾，提升輸電線路運(yùn)行的可靠性。鑒于此，從2020年上海部分地區(qū)架空輸電線路的涉鳥故障情況出發(fā)，結(jié)合當(dāng)前使用的各項(xiàng)防鳥裝置及其存在問題，對(duì)架空輸電線路涉鳥故障的特征、形成機(jī)理進(jìn)行了分析、分類。同時(shí)，對(duì)輸電線路鳥害問題的未來趨勢(shì)進(jìn)行了展望，制訂了針對(duì)上海地區(qū)輸電線路鳥害問題的現(xiàn)代化解決方案，為實(shí)現(xiàn)“人鳥和諧” “線鳥和諧”提供了新思路。

關(guān)鍵詞：涉鳥故障;架空輸電線路;驅(qū)鳥防護(hù)

中圖分類號(hào)：TM726.3? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? 文章編號(hào)：1671-0797（2022）01-0006-05

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.01.002

0? ? 引言

隨著中國(guó)生態(tài)保護(hù)、退耕還林政策的逐年推進(jìn)，我國(guó)綠地覆蓋率顯著提升。2020年全國(guó)共完成造林677萬hm2，全國(guó)濕地保護(hù)率達(dá)50%以上，城市人均公園綠地面積達(dá)14.8 m2[1]。綠化狀況的改善也為地處長(zhǎng)江口的上海地區(qū)提供了比以往更適宜鳥類生存的環(huán)境。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2018年底，上海實(shí)際用地面積大約為6 340 km2，僅占全國(guó)的0.066%，但本地記錄的鳥類達(dá)484種，超過了中國(guó)鳥類總種群（1 471種）的30%[2]。鳥類的數(shù)量擴(kuò)大，加上其活動(dòng)頻繁，妨礙了配電線路的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。據(jù)筆者對(duì)上海市崇明地區(qū)電網(wǎng)公司進(jìn)行的一次調(diào)研資料分析可知，在2020年期間，因鳥害導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)區(qū)域內(nèi)110（66）kV及以上電壓等級(jí)的配電線路屢次出現(xiàn)故障，其中供電中斷32次，約占全年供電中斷事故的1/4。由鳥類活動(dòng)引發(fā)的輸電線路故障已成為影響國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)安全運(yùn)行的重大隱患。

1? ? 上海地區(qū)鳥類資源分布特點(diǎn)

1.1? ? 上海地域概況

上海位于中國(guó)東部沿海，屬亞熱帶季風(fēng)性氣候，具有豐富的濕地資源，年平均降水量在1 100～1 300 mm，季節(jié)分明、日照充分、雨量充沛。作為長(zhǎng)江三角洲沖積平原的一部分，上海林業(yè)用地面積1 133 km2（170余萬畝），森林覆蓋率達(dá)18.2%，鎮(zhèn)區(qū)綠化覆蓋率達(dá)20%，具有11個(gè)植被類型、571個(gè)植物群落[3-4]。多樣化豐富的城市森林生態(tài)系統(tǒng)框架，為不同類型的鳥類提供了良好的生活場(chǎng)所。

上海電網(wǎng)是我國(guó)最大的城市電網(wǎng)，據(jù)2020年負(fù)荷用電量數(shù)據(jù)可知，全年上海全市的用電量為1 576億kW·h，電力需求2 850萬kW，處于持續(xù)穩(wěn)定的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。上海電網(wǎng)對(duì)變電站保護(hù)等二次系統(tǒng)的配置、設(shè)計(jì)原則及運(yùn)行管理有其特殊要求，有必要開展對(duì)變電站保護(hù)及二次系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)[5-6]。目前對(duì)上海電網(wǎng)中母線保護(hù)、線路保護(hù)、主變壓器保護(hù)及母聯(lián)分段保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)工作已完成，但缺乏對(duì)涉鳥故障及其應(yīng)對(duì)措施的研究。

1.2? ? 上海地區(qū)鳥類活動(dòng)情況

上海位于東亞—澳新候鳥遷徙路線的中間位置，對(duì)于鳥類而言，無論是春季從中國(guó)東南沿海沿海岸線一路北上，還是秋季將路線顛倒一路南下，在遷徙途中都要在上海停歇。據(jù)調(diào)查，上海目前已記錄484種野生鳥類，其中有78種屬于國(guó)家一、二級(jí)保護(hù)動(dòng)物，候鳥的種類大大超過留鳥[2]。上海地區(qū)的鳥類棲息地主要為崇明東灘、南匯東灘、九段沙及部分濕地水系地區(qū)，豐富的河流系統(tǒng)以及適宜的氣候都為鳥類提供了優(yōu)質(zhì)的生活環(huán)境。以崇明東灘為例，崇明東灘鳥類自然保護(hù)區(qū)棲息的鳥類是以鷸、雁鴨、鷺、鷗與鶴五種為代表的遷徙鳥類。據(jù)統(tǒng)計(jì)，至2010年底，該地區(qū)已環(huán)志鸻鷸類共46種，其中大濱鷸、黑腹濱鷸和翹嘴鷸是環(huán)志數(shù)量最多的3種[4，7]。

2? ? 上海地區(qū)線路涉鳥故障分析

2.1? ? 涉鳥故障種類

輸電線路涉鳥故障是由于鳥類在輸電線路上活動(dòng)造成的輸電設(shè)備損壞、跳閘等故障。據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，涉鳥故障可分為如表1所示的幾種。相關(guān)研究表明，鳥糞閃絡(luò)是輸電線路鳥害最重要的原因，約占鳥類引起線路跳閘故障的90%[8-10]。

2.2? ? 上海電網(wǎng)涉鳥故障統(tǒng)計(jì)與特征分析

以上海市崇明地區(qū)輸電線路為例，該地區(qū)自然保護(hù)區(qū)、生態(tài)綠地面積較大，鳥類活動(dòng)頻繁，表2為2020年該地區(qū)輸電線路的涉鳥故障情況。據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)年統(tǒng)計(jì)區(qū)域110（66）kV及以上電壓等級(jí)的配電線路，鳥類造成供電中斷共32次，約占全年供電中斷事故總數(shù)的1/4。

分析2020年上海市崇明地區(qū)輸電線路涉鳥故障情況可知，該地區(qū)的涉鳥故障主要涉及以下幾個(gè)因素：

（1）季節(jié)因素：如圖1（a）所示，鳥類活動(dòng)具有明顯的季節(jié)性。鳥類遷徙的路線較為固定，并且遷徙數(shù)量龐大，遷徙的高峰期也正是沿途輸電線路鳥害的高發(fā)期。且春季時(shí)鳥類筑巢和繁殖旺盛;秋季時(shí)農(nóng)作物豐收，鳥類食物較多。總體上，春秋季（尤以3月和9月為甚）鳥害發(fā)生次數(shù)較多。

（2）時(shí)間因素：如圖1（b）所示，鳥類往往在22：00—次日07：00活動(dòng)較為頻繁，此時(shí)輸電線路發(fā)生供電中斷的概率較高。夜晚空氣濕度較白天更大，鳥類在輸電線路上活動(dòng)，易發(fā)生鳥糞閃絡(luò)等故障，造成供電中斷。

（3）其他因素：鳥類選擇筑巢的位置范圍有限，大多在自然保護(hù)區(qū)、生態(tài)綠地和農(nóng)田的周圍。即使巡檢人員清理了鳥巢，鳥類也很可能會(huì)在短時(shí)間內(nèi)于原位置或相近位置重新筑巢，鳥類筑巢的迅速性和重復(fù)性給清理工作造成了很大的工作難度。

3? ? 上海電網(wǎng)現(xiàn)有防鳥技術(shù)措施及其應(yīng)用評(píng)估

當(dāng)前上海電網(wǎng)采用的防鳥裝置如表3所示，基本覆蓋所有線路運(yùn)行單位。對(duì)本地防鳥裝置應(yīng)用情況進(jìn)行對(duì)比評(píng)估可知，現(xiàn)有傳統(tǒng)防鳥害裝置應(yīng)用效果具有一定局限性。

4? ? 防范架空輸電線路涉鳥故障的可行性措施

4.1? ? 輸電線路鳥害防護(hù)管理措施

（1）針對(duì)電力系統(tǒng)輸電線路分布情況，準(zhǔn)確劃分鳥害區(qū)域。準(zhǔn)確記錄適宜鳥類活動(dòng)區(qū)域的輸電線路桿塔，以及發(fā)生過鳥害的桿塔，在巡線作業(yè)時(shí)重點(diǎn)檢查，將此類桿塔列為重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象。發(fā)現(xiàn)鳥類筑巢，立即拆除，并安裝驅(qū)鳥裝置來控制相應(yīng)區(qū)域的鳥類活動(dòng)。

（2）對(duì)應(yīng)鳥害區(qū)域，在輸電線路的設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)維3個(gè)階段分別考慮鳥害防護(hù)措施。設(shè)計(jì)階段考慮驅(qū)鳥器安裝預(yù)留位置、抗鳥類糞便污染的絕緣子設(shè)計(jì);建設(shè)單位在桿塔架設(shè)時(shí)，要切實(shí)執(zhí)行防護(hù)裝置的安裝工作;運(yùn)維單位要及時(shí)對(duì)輸電線路鳥害防護(hù)裝置查漏補(bǔ)缺，并及時(shí)更換受損絕緣子和驅(qū)鳥器。

（3）開發(fā)新的可有效用于輸電線路鳥害防治的高性價(jià)比驅(qū)鳥器，利于安裝，價(jià)格合理，適應(yīng)氣候變化，能夠持續(xù)發(fā)揮驅(qū)鳥功能而不影響輸電線路的安全運(yùn)行及線路檢修人員的正常作業(yè)。組建輸電線路鳥害防護(hù)班組，完善鳥害防護(hù)工作資料，加強(qiáng)鳥害防護(hù)宣傳。

4.2? ? 涉鳥故障的防治與現(xiàn)代化解決方案

目前對(duì)于輸電線路鳥害還需進(jìn)一步深入研究并提出更為有效的防治方案。多功能的驅(qū)鳥設(shè)備有助于降低裝置應(yīng)用效果的局限性，加強(qiáng)防鳥驅(qū)鳥效果，也能為架空輸電線路故障問題的解決提供新的可能。

激光驅(qū)鳥器具備覆蓋范圍廣（最大半徑可達(dá)2 500 m）、掃描方式多、安全無害等優(yōu)點(diǎn)。鳥類的視覺器官異常靈敏，當(dāng)其感受到強(qiáng)烈的激光照射時(shí)，會(huì)驚嚇逃離。據(jù)ZDNet報(bào)道，俄亥俄州Meduri農(nóng)場(chǎng)使用由荷蘭Bird Control Group團(tuán)隊(duì)開發(fā)的農(nóng)用激光驅(qū)鳥器，長(zhǎng)期運(yùn)行測(cè)試后，效果出色。田治富等人[11]也提出以強(qiáng)白光和超聲波結(jié)合的思路研制多功能綜合驅(qū)鳥器。

基于紅外感應(yīng)的驅(qū)鳥系統(tǒng)，在滿足環(huán)境性、經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上，無須直接接觸，不對(duì)鳥類產(chǎn)生任何傷害，可在一定的距離范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)有效驅(qū)鳥。田安華等人[12]提出利用紅外線報(bào)警系統(tǒng)來迅速提醒工作人員和驅(qū)逐鳥類。閔建平團(tuán)隊(duì)[13]則采用將紅外感應(yīng)技術(shù)和超聲波技術(shù)相結(jié)合的方法，利用超聲波代替紅外線報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)有效驅(qū)鳥。

語音風(fēng)力驅(qū)鳥器利用無源風(fēng)動(dòng)能，安裝方便、免維護(hù)、壽命長(zhǎng)、清潔環(huán)保，可保障電力線路暢通且不傷害鳥類;通過在風(fēng)力驅(qū)鳥器的側(cè)面增加太陽能聲響裝置，釋放不同的聲音，以達(dá)到更好的驅(qū)鳥效果;適用于人煙稀少區(qū)域，以保障可聞聲波對(duì)居民生活的干擾性較低。

新型智能驅(qū)鳥器是目前較為先進(jìn)的驅(qū)鳥設(shè)備，基于Arduino等開源硬件平臺(tái)，融入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)[14]。據(jù)鳥害防治特點(diǎn)，可將新型智能驅(qū)鳥器原型設(shè)計(jì)工作拆解為鳥類檢測(cè)、驅(qū)鳥和物聯(lián)網(wǎng)通信三大主要環(huán)節(jié)。該驅(qū)鳥器將各類驅(qū)鳥方式相結(jié)合，大幅降低了人力工作成本，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了智能電網(wǎng)的監(jiān)控與維護(hù)。

5? ? 總結(jié)與建議

（1）上海地區(qū)電網(wǎng)涉鳥故障具有明顯的季節(jié)性，主要集中在3月與9月，停電時(shí)間主要集中在22：00—次日07：00，大多由鳥巢類、鳥糞類故障引起，靠近自然保護(hù)區(qū)、生態(tài)綠地和農(nóng)田的地區(qū)發(fā)生鳥害概率相對(duì)較高。鳥類筑巢具有迅速性和重復(fù)性特點(diǎn)，給巡檢人員的及時(shí)清理造成了很大的工作難度。

（2）上海電網(wǎng)主要采取傳統(tǒng)驅(qū)鳥裝置來防止鳥害故障，作用范圍有限，不能主動(dòng)驅(qū)鳥。

（3）應(yīng)合理利用輸電線路鳥害防護(hù)管理措施，將新型智能鳥情監(jiān)控裝置與多功能新型綜合驅(qū)鳥裝置應(yīng)用于涉鳥故障的監(jiān)測(cè)與防范中，并結(jié)合實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，提前做好隱患處理、裝備研制等工作。

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收稿日期：2021-09-10

作者簡(jiǎn)介：?jiǎn)田w（1967—），男，安徽人，高級(jí)工程師，研究方向：電力工程技術(shù)。