基于風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的蘇州電網(wǎng)變電站鳥害防治

徐國(guó)棟，顧海明，閆少波

(國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司蘇州供電公司，江蘇 蘇州 215000)

0 引言

近年來，生態(tài)環(huán)境狀況持續(xù)好轉(zhuǎn)，為鳥類的繁衍和活動(dòng)提供了有利條件。但是，鳥類在變電站內(nèi)的活動(dòng)易引起站內(nèi)設(shè)備跳閘，危害設(shè)備安全與供電可靠性。目前，鳥害已成為影響變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要隱患之一。蘇州是中國(guó)重要的工商業(yè)城市，境內(nèi)變電站數(shù)量多，而蘇州境內(nèi)的山林、濕地等多元化環(huán)境使其成為鳥類棲息繁殖的理想?yún)^(qū)域。蘇州電網(wǎng)的變電站鳥害問題較為突出，僅2019—2020年就巡視發(fā)現(xiàn)變電站內(nèi)可能引發(fā)設(shè)備跳閘停電的隱患鳥窩371個(gè)。

目前，已有專家學(xué)者對(duì)電力系統(tǒng)鳥害問題進(jìn)行了研究，并取得了一定成果。文獻(xiàn)[1-5]分別針對(duì)具體電網(wǎng)，基于歷史數(shù)據(jù)對(duì)輸電線路鳥害特征進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，繪制了鳥害分布圖，并給出了輸電線路防鳥害建議。然而，上述文獻(xiàn)僅聚焦于輸電線路鳥害問題，未涉及變電站鳥害問題的分析討論，結(jié)論建議難以直接用于變電站鳥害防治工作。文獻(xiàn)[6]介紹了變電站已采用的鳥害防范措施，包括電噪音器、閃光器、丙烷槍等。文獻(xiàn)[7]提出了一種新型激光驅(qū)鳥裝置，采用綠色激光，可實(shí)現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)。文獻(xiàn)[8]研發(fā)了一種變電站門型架構(gòu)防鳥網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)門型架構(gòu)防鳥全覆蓋，降低了構(gòu)架下方主變鳥害跳閘風(fēng)險(xiǎn)。文獻(xiàn)[9]分析了變電站鳥害原因，總結(jié)了鳥害防治技術(shù)措施，給出了鳥害防治建議。文獻(xiàn)[6-9]均側(cè)重于論述變電站已采用或新研發(fā)的驅(qū)鳥設(shè)備。目前，變電站的鳥害防治方法主要有兩類：變電站鳥害巡視和站內(nèi)配置驅(qū)鳥設(shè)備。變電站鳥害巡視多與設(shè)備日常巡視結(jié)合進(jìn)行。蘇州電網(wǎng)由于變電站數(shù)量多，值班員日常巡視任務(wù)繁重。這就意味著值班員需在有限時(shí)間內(nèi)巡視大量設(shè)備，加之缺少對(duì)變電站不同月份鳥害風(fēng)險(xiǎn)的量化認(rèn)識(shí)，導(dǎo)致鳥害巡視質(zhì)效欠佳。驅(qū)鳥設(shè)備多為固定永久布置，而鳥類適應(yīng)能力強(qiáng)，在鳥類適應(yīng)后，設(shè)備驅(qū)鳥效果下降明顯?？偟膩碚f，變電站鳥害防治工作仍存在前瞻性不夠、針對(duì)性不強(qiáng)的問題，降低了鳥害防治工作的質(zhì)量與效率。因此，有必要開展基于風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的變電站鳥害防治方法研究，通過預(yù)先掌握變電站不同時(shí)段的鳥害風(fēng)險(xiǎn)特性，有針對(duì)性地采取措施，從而提高變電站鳥害防治效果。

下面從變電站類型、地理位置兩個(gè)維度分析蘇州電網(wǎng)變電站鳥害特征，隨后提出變電站鳥害風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，并利用專家打分法與層次分析法相結(jié)合的綜合評(píng)價(jià)法確定相關(guān)參數(shù)，然后進(jìn)行變電站鳥害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分，提出不同風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)的相應(yīng)防治措施，并給出變電站鳥害防治方法的具體實(shí)施步驟，以指導(dǎo)鳥害防治工作，更好保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 蘇州電網(wǎng)變電站鳥害特征

變電站鳥害的基本形式有2種：鳥窩危害和鳥糞閃絡(luò)[9]。鳥窩危害是指鳥類筑巢材料下落短接下方的套管、絕緣子串等，引起開關(guān)跳閘；鳥糞閃絡(luò)是指鳥糞污染套管、絕緣子等，使其絕緣水平下降，導(dǎo)致閃絡(luò)引起開關(guān)跳閘。綜合現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，變電站內(nèi)鳥窩危害更為突出，以下所稱變電站鳥害指鳥窩危害。基于蘇州電網(wǎng)某變電運(yùn)維班管轄變電站的2019—2020年鳥害統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，開展變電站鳥害特征分析。

1.1 變電站類型

變電站包括戶外型、半戶內(nèi)型、戶內(nèi)型三類(具體分類見表1)。為更好地說明變電站類型與變電站鳥害間關(guān)系，依據(jù)不同變電站類型，統(tǒng)計(jì)變電站的數(shù)量和鳥窩數(shù)量，結(jié)果如圖1所示。

表1 變電站類型分類

圖1 不同類型變電站數(shù)量與隱患鳥窩數(shù)量

由圖1可知，變電站類型對(duì)變電站內(nèi)發(fā)現(xiàn)的鳥窩數(shù)量影響顯著。戶外型、半戶內(nèi)型、戶內(nèi)型變電站數(shù)量占比分別為 51.11 %，13.33 %，35.56 %，但鳥窩數(shù)量占比分別為96.55 %，3.45 %，0。其中，220 kV戶外型A類變電站發(fā)現(xiàn)的鳥窩數(shù)量最多，高達(dá)70個(gè)。這是由于220 kV戶外型A類變電站戶外面積大、設(shè)備多，存在眾多易于鳥類筑巢的孔、洞等，對(duì)鳥類筑巢的吸引力最大。

需指出的是，戶內(nèi)型變電站由于主變與配電裝置均在戶內(nèi)，基本不受鳥害影響。因此，重點(diǎn)關(guān)注戶外型與半戶內(nèi)型變電站的鳥害防治問題。

1.2 變電站地理位置

變電站地理位置不同會(huì)導(dǎo)致變電站周邊人員密集程度以及鳥類獲取食物區(qū)域的差異，進(jìn)而影響變電站對(duì)鳥類筑巢的吸引力。蘇州地區(qū)鳥類食物較為充足，依據(jù)變電站周邊人員密集程度將變電站周邊區(qū)域劃為居民區(qū)、工業(yè)區(qū)、農(nóng)業(yè)區(qū)三類，人員密集程度關(guān)系如下：居民區(qū)＞工業(yè)區(qū)＞農(nóng)業(yè)區(qū)。采用網(wǎng)絡(luò)地圖、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研相結(jié)合的方式，對(duì)變電站周邊1 km范圍內(nèi)區(qū)域進(jìn)行調(diào)研，確定各變電站周邊最主要區(qū)域類型。圖2給出了不同位置變電站發(fā)現(xiàn)的隱患鳥窩數(shù)量。

圖2 不同地理位置變電站隱患鳥窩數(shù)量

由圖2可知，變電站周邊人員密集程度對(duì)站內(nèi)發(fā)現(xiàn)的鳥窩數(shù)量有較為明顯的影響，具體表現(xiàn)為：變電站周邊人員稀疏，站內(nèi)發(fā)現(xiàn)的鳥窩數(shù)量多，變電站對(duì)鳥類筑巢的吸引力強(qiáng)。

2 變電站鳥害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

為有效量化變電站鳥害風(fēng)險(xiǎn)，提出變電站鳥害風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，并采用綜合評(píng)價(jià)法確定相關(guān)參數(shù)。

2.1 變電站鳥害風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)

變電站類型與變電站地理位置均會(huì)顯著影響變電站對(duì)鳥類筑巢的吸引力。同一變電站在不同月份對(duì)鳥類筑巢的吸引力存在差異：在鳥類繁殖期，變電站對(duì)鳥類筑巢吸引力強(qiáng)，反之弱。鑒于此，提出了變電站鳥害風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)和筑巢吸引力指標(biāo)，如式(1)(2)所示。

式(1)中：μi,t為變電站i在t月的鳥害風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，指標(biāo)取值越大，變電站鳥害風(fēng)險(xiǎn)越大；αi為變電站i的鳥類筑巢吸引力指標(biāo)，該指標(biāo)量化了變電站空間屬性對(duì)鳥類筑巢吸引力的影響；βt為t月的吸引力修正因子。

式(2)中：xi，yi分別為變電站i的變電站類型與變電站地理位置指標(biāo)；u，v分別為變電站類型、地理位置指標(biāo)在鳥類筑巢吸引力指標(biāo)中的權(quán)重系數(shù)。

2.2 綜合評(píng)價(jià)法應(yīng)用

采用專家打分法與層次分析法相結(jié)合的綜合評(píng)價(jià)法確定變電站鳥類筑巢吸引力指標(biāo)、月度吸引力修正因子。

2.2.1 變電站鳥類筑巢吸引力指標(biāo)

1.1節(jié)“變電站類型”與1.2節(jié)“變電站地理位置”分別基于鳥害歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，分析了變電站類型、地理位置與變電站發(fā)現(xiàn)的隱患鳥窩數(shù)量間關(guān)系。隱患鳥窩數(shù)量的多少可反映變電站鳥類筑巢吸引力的大小，隱患鳥窩數(shù)量越多反映變電站鳥類筑巢吸引力越大。需注意的是，變電站戶外敞開式設(shè)備數(shù)量越多，鳥類潛在筑巢位置越多，變電站鳥類筑巢吸引力也相應(yīng)較大。因此，基于1.1節(jié)與1.2節(jié)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果以及不同類型變電站戶外設(shè)備類型與數(shù)量，參照10位專家的意見，采用專家打分法確定變電站類型、地理位置指標(biāo)的取值，分別如圖3、圖4所示。其中，指標(biāo)取值越大，變電站對(duì)鳥類筑巢的吸引力越大，變電站越容易發(fā)現(xiàn)鳥窩隱患。

圖3 變電站類型取值

圖4 變電站地理位置取值

采用層次分析法確定變電站類型、地理位置指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。基于1～10分度法，結(jié)合專家意見，構(gòu)建判斷矩陣如表2所示。變電站類型決定了站內(nèi)適宜鳥類筑巢的位置數(shù)量多少，綜合圖1與圖2，其對(duì)鳥窩數(shù)量的影響要明顯強(qiáng)于變電站地理位置。

表2 判斷矩陣

經(jīng)求解，變電站類型、地理位置指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)分別為 0.875，0.125，一致性指標(biāo)CI為 0，具有完全一致性，滿足要求。

2.2.2 月度吸引力修正因子

鳥類臨近或處于繁殖期時(shí)，具有較強(qiáng)的筑巢需求。因此，有必要研究變電站筑巢鳥類的繁殖期，進(jìn)而修正不同時(shí)間的變電站鳥類筑巢吸引力指標(biāo)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，變電站鳥類筑巢位置主要包括刀閘基座、開關(guān)機(jī)構(gòu)箱、門型架、流變底座、主變本體瓦斯繼電器防雨罩等。這些位置類似于自然界中大樹枝杈、窟窿、洞穴、縫隙等。此外，變電站地理位置雖不同，但附近均有人活動(dòng)，存在人類活動(dòng)設(shè)施。由此推斷，鳥類筑巢位置應(yīng)涵蓋大樹枝杈、窟窿、洞穴、縫隙等，并且鳥類棲息環(huán)境應(yīng)包括道路、公園、農(nóng)田等人類活動(dòng)區(qū)域的全部或部分。

截至2018年5月，蘇州地區(qū)共觀察記錄鳥類346種，隸屬21目63科[10]?？紤]到同一科鳥類具有相似特性，在此以鳥類科目為篩選對(duì)象：每科選一種代表性鳥類，調(diào)研鳥類的外形特征、棲息環(huán)境、鳥巢特點(diǎn)等信息，根據(jù)變電站鳥類筑巢特點(diǎn)，篩選出15科鳥類為變電站潛在的筑巢鳥類[11-12]。圖5給出了這15科代表性鳥類的繁殖期分布。據(jù)調(diào)研，變電站曾出現(xiàn)鳥窩破壞后，非猛禽類鳥攻擊值班員的情況。由此推測(cè)，變電站筑巢的某些鳥類具有一定攻擊性。雀形目鴉科、鶇科等具有類似特性，宜引起關(guān)注。

由圖5可知，代表性鳥類的繁殖期主要集中在春季和夏初(3—7月)，而雀形目雀科(麻雀)、雀形目梅花雀科(白腰文鳥)的繁殖期較長(zhǎng)，橫跨全年。

結(jié)合圖5，采用專家打分法，確定12個(gè)月的吸引力修正因子，如圖6所示。

圖5 15科變電站潛在筑巢代表性鳥類的繁殖期

圖6 月度吸引力修正因子

在鳥類主要繁殖期(3—7月)，吸引力修正因子為1，在9—12月，絕大多數(shù)鳥類不處于繁殖期，變電站對(duì)鳥類筑巢的吸引力最低，吸引力修正因子為0.1。需注意，1月和2月是鳥類非主要繁殖期向主要繁殖期過渡的重要階段，部分鳥類開始銜材筑巢，吸引力修正因子逐漸增大，分別為0.4，0.7。

3 變電站鳥害防治方法

3.1 變電站鳥害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

為了便于變電站鳥害風(fēng)險(xiǎn)管控，基于鳥害風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)提出一種變電站鳥害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分方法，設(shè)置相應(yīng)鳥害防治措施，降低鳥害風(fēng)險(xiǎn)。

變電站鳥害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃為3級(jí)，分別為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)，風(fēng)險(xiǎn)大小為一級(jí)＞二級(jí)＞三級(jí)，劃分標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)防治措施。其中，鳥害風(fēng)險(xiǎn)閾值可選用重點(diǎn)關(guān)注變電站的鳥害風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)值。

3.2 變電站鳥害防治方法的實(shí)施步驟

由于鳥害具有周期特性，實(shí)際生產(chǎn)中變電站鳥害防治工作通常以年為周期?；陲L(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的變電站鳥害防治方法實(shí)施步驟，如圖7所示。

圖7 變電站鳥害防治方法實(shí)施步驟

首先，輸入基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括變電站鳥類筑巢吸引力指標(biāo)、月度吸引力修正因子、鳥害風(fēng)險(xiǎn)閾值等；隨后，計(jì)算各變電站的鳥害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)指標(biāo)，并參照分類標(biāo)準(zhǔn)劃分變電站鳥害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)；然后，針對(duì)不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，采取相應(yīng)防治措施，每月更新調(diào)整，直至全年結(jié)束。變電站鳥害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分及防治措施如下：

(1) 一級(jí)，μi,t≥μrt,1，增加巡視頻率，盡快處理高危鳥窩；向巡視值班員發(fā)送變電站鳥窩統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，包括發(fā)現(xiàn)位置、時(shí)間等；著重檢查施工單位清理后的戶外設(shè)備區(qū)工作現(xiàn)場(chǎng)，開展戶外設(shè)備區(qū)高危筑巢材料集中清理；保證驅(qū)鳥設(shè)備正常工作，增加臨時(shí)移動(dòng)驅(qū)鳥設(shè)備。

(2) 二級(jí)，μrt,1＞μi,t＞μrt,2，正常巡視頻率，盡快處理高危鳥窩；著重檢查施工單位清理后的戶外設(shè)備區(qū)工作現(xiàn)場(chǎng)，開展戶外設(shè)備區(qū)高危筑巢材料集中清理；保證驅(qū)鳥設(shè)備正常工作。

(3) 三級(jí)，μi,t＜μrt,2，正常巡視頻率，結(jié)合生產(chǎn)計(jì)劃適時(shí)處理鳥窩；注意檢查施工單位清理后的戶外設(shè)備區(qū)工作現(xiàn)場(chǎng)；安排驅(qū)鳥設(shè)備檢修。

其中，μrt,1，μrt,2分別為鳥害風(fēng)險(xiǎn)閾值1與鳥害風(fēng)險(xiǎn)閾值2，且μrt,1＞μrt,2。

4 算例分析

以蘇州電網(wǎng)某變電運(yùn)維班管轄的變電站為例，驗(yàn)證所提方法的有效性。運(yùn)維班管轄變電站45座，其中戶外型變電站23座、半戶內(nèi)型變電站6座、戶內(nèi)型變電站16座。圖8進(jìn)一步給出了運(yùn)維班管轄的不同類型戶外站、半戶內(nèi)站的數(shù)量。

圖8 運(yùn)維班管轄的不同類型戶外站、半戶內(nèi)站數(shù)量

在變電站鳥害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分中，參照專家意見，鳥害風(fēng)險(xiǎn)閾值1取為變電站7 (220 kV戶外型C、周邊區(qū)域?yàn)檗r(nóng)業(yè)區(qū)) 2月的鳥害風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，數(shù)值為0.437 5；鳥害風(fēng)險(xiǎn)閾值2取為變電站26 （35 kV戶外型、周邊區(qū)域?yàn)檗r(nóng)業(yè)區(qū)) 2月的鳥害風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，數(shù)值為0.253 8。參照表3，變電站鳥害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的劃分標(biāo)準(zhǔn)如圖9所示。

圖9 變電站鳥害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

如圖9所示，當(dāng)變電站鳥害風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)不小于鳥害風(fēng)險(xiǎn)閾值1時(shí)，變電站鳥害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為一級(jí)；當(dāng)變電站鳥害風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)小于鳥害風(fēng)險(xiǎn)閾值2時(shí)，變電站鳥害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為三級(jí)；當(dāng)變電站鳥害風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)介于風(fēng)險(xiǎn)閾值1與閾值2之間時(shí)(包含閾值2，但不包含閾值1)，變電站鳥害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為二級(jí)。

表3給出了運(yùn)維班管轄的戶外站、半戶內(nèi)站全年12個(gè)月的鳥害風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)及鳥害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。其中，深灰、淺灰、白底色分別表示鳥害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)。由表3可知，各變電站全年12個(gè)月的鳥害風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)范圍是 [0.028 8， 0.800 0]。變電站鳥害一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)集中在2—7月，二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)分布在1—8月，各變電站9—12月間鳥害風(fēng)險(xiǎn)較低，均為三級(jí)風(fēng)險(xiǎn)。由此可知，變電站鳥害風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)與鳥害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)可有效量化變電站鳥害風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而參照分級(jí)采取針對(duì)性措施，降低變電站鳥害風(fēng)險(xiǎn)。

表3 變電站鳥害風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)與風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

采用以上方法對(duì)變電運(yùn)維班管轄變電站開展鳥害防治工作，2021年1—8月，共巡視發(fā)現(xiàn)隱患鳥窩43個(gè)，鳥害防治措施及時(shí)恰當(dāng)，未發(fā)生因鳥害造成的停電事故。此外，變電運(yùn)維人員可借助該方法有效掌握變電站鳥害風(fēng)險(xiǎn)、鳥害歷史數(shù)據(jù)等信息，進(jìn)而提高變電站鳥害巡視工作質(zhì)效。

5 結(jié)束語(yǔ)

以上提出了一種基于風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的蘇州電網(wǎng)變電站鳥害防治方法。該方法提出了變電站鳥害風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，可有效量化不同變電站不同月份的鳥害風(fēng)險(xiǎn)，按照劃分的變電站鳥害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，預(yù)先采取針對(duì)性防治措施，提高了鳥害防治工作質(zhì)效。實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用驗(yàn)證了所提方法的有效性。