王井營(yíng)，李龍坤，杜玉營(yíng),馬文臣，王潤(rùn)澤

(1.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司泰安供電公司，山東 泰安 271000；2.山東理工大學(xué)，山東 淄博 255000)

0 引言

近年來(lái)，國(guó)家高度重視環(huán)保，治理投入不斷增加，我國(guó)地面綠化率明顯提升。2019年全國(guó)土地綠化狀況公報(bào)顯示，當(dāng)年全國(guó)完成706.7萬(wàn)公頃綠化造林、撫育773.3萬(wàn)公頃森林、保護(hù)修復(fù)9.3萬(wàn)公頃濕地，已建城市區(qū)域綠化覆蓋率達(dá)41.11%[1]。地表綠化植物覆蓋率的增加促進(jìn)了鳥(niǎo)類(lèi)的繁衍、棲息，截至2019年底，中國(guó)區(qū)域內(nèi)棲息的鳥(niǎo)類(lèi)數(shù)已達(dá)1 445種，約占世界鳥(niǎo)類(lèi)種數(shù)的1/6[2]。生態(tài)環(huán)境的改善加速了鳥(niǎo)類(lèi)的繁衍，但卻給輸電線路運(yùn)行維護(hù)造成了困擾。對(duì)國(guó)網(wǎng)山東省電力公司的調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，2014—2019年，220 kV及以上電壓等級(jí)架空輸電線路因鳥(niǎo)類(lèi)活動(dòng)跳閘次數(shù)逐年攀升。分析架空線路附近的鳥(niǎo)類(lèi)活動(dòng)特性，研究鳥(niǎo)害跳閘機(jī)理，采取針對(duì)性防鳥(niǎo)措施對(duì)輸電線路安全運(yùn)行具有重大意義。文獻(xiàn)[3]采用樣線法對(duì)河南區(qū)域架空輸電線路附近分布鳥(niǎo)類(lèi)調(diào)查研究，確定引起跳閘的鳥(niǎo)類(lèi)。文獻(xiàn)[4]分析研究鳥(niǎo)害跳閘過(guò)程、原因，摸清了鳥(niǎo)糞跳閘引起絕緣子閃絡(luò)的機(jī)理。文獻(xiàn)[5]對(duì)湖南區(qū)域2006年至2016年發(fā)生的架空輸電線路鳥(niǎo)害故障統(tǒng)計(jì)分析，得出鳥(niǎo)害主要發(fā)生在秋冬季的10月份至1月份。文獻(xiàn)[6]提出了基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的鳥(niǎo)類(lèi)檢測(cè)方法。文獻(xiàn)[7]認(rèn)為鳥(niǎo)害發(fā)生與鳥(niǎo)類(lèi)是否集中、絕緣子材質(zhì)等有關(guān)，研究分析了復(fù)合絕緣子防鳥(niǎo)害的措施。文獻(xiàn)[8]介紹了普遍采用的驅(qū)鳥(niǎo)裝置。然而，現(xiàn)有文獻(xiàn)缺乏對(duì)電網(wǎng)周邊鳥(niǎo)類(lèi)活動(dòng)情況和故障分析的綜合研判，缺乏防治措施的綜合建議。

下面通過(guò)對(duì)泰安電網(wǎng)周?chē)镍B(niǎo)類(lèi)活動(dòng)觀察、統(tǒng)計(jì)，分析鳥(niǎo)類(lèi)活動(dòng)特點(diǎn)。對(duì)2014—2019年發(fā)生的鳥(niǎo)害故障進(jìn)行分析，確定故障特征。根據(jù)實(shí)際繪制鳥(niǎo)害風(fēng)險(xiǎn)分布圖。對(duì)防鳥(niǎo)裝置安裝效果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和評(píng)估，提出防鳥(niǎo)害的意見(jiàn)。

1 鳥(niǎo)類(lèi)活動(dòng)情況

通過(guò)觀察泰安地區(qū)輸電線路附近鳥(niǎo)類(lèi)活動(dòng)情況并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，引起輸電線路涉鳥(niǎo)故障的鳥(niǎo)類(lèi)主要以隼類(lèi)、鷹類(lèi)等食肉猛禽鳥(niǎo)類(lèi)為主，這些食水果、動(dòng)物脂肪和蟲(chóng)類(lèi)的鳥(niǎo)排出的糞便易溏稀、黏稠，容易造成絕緣子閃絡(luò)。摸清隼類(lèi)、鷹類(lèi)等食肉猛禽鳥(niǎo)類(lèi)的分布情況是采取針對(duì)性措施的必要前提。對(duì)輸電線路桿塔所處區(qū)域、附近的水源、與村莊距離、植被覆蓋情況、筑巢桿塔塔高度進(jìn)行綜合分析，確定猛禽的分布特點(diǎn)。

1.1 筑巢桿塔與水源的關(guān)系

按發(fā)現(xiàn)隼類(lèi)、鷹類(lèi)等猛禽鳥(niǎo)類(lèi)鳥(niǎo)巢附近最近水源查找原則，對(duì)隼類(lèi)、鷹類(lèi)等猛禽鳥(niǎo)類(lèi)鳥(niǎo)巢與水源距離進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)在距離水源3 km范圍內(nèi)，隼類(lèi)、鷹類(lèi)等猛禽鳥(niǎo)類(lèi)分布集中，占比達(dá)到88 %；在3 km至4 km分布范圍內(nèi)，隼類(lèi)、鷹類(lèi)等猛禽鳥(niǎo)類(lèi)分布較少，占比9 %；在4 km至5 km范圍內(nèi)，隼類(lèi)、鷹類(lèi)等猛禽鳥(niǎo)類(lèi)零星分布，占比3 %。所以，從水源遠(yuǎn)近分析隼類(lèi)、鷹類(lèi)等猛禽鳥(niǎo)類(lèi)分布來(lái)看，在距離水源3 km范圍內(nèi)隼類(lèi)、鷹類(lèi)等猛禽鳥(niǎo)類(lèi)出現(xiàn)的概率最大，需要采取針對(duì)性防鳥(niǎo)措施；在距離4 km至5 km范圍內(nèi)可對(duì)某些地域采取針對(duì)性防鳥(niǎo)措施，從確保線路防鳥(niǎo)害治理工作萬(wàn)無(wú)一失角度，需要考慮水源5 km范圍內(nèi)所有桿塔加裝防鳥(niǎo)措施。

1.2 筑巢桿塔地形情況

對(duì)隼類(lèi)、鷹類(lèi)等猛禽鳥(niǎo)類(lèi)鳥(niǎo)巢與村莊距離進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如圖1所示，發(fā)現(xiàn)隼類(lèi)、鷹類(lèi)等猛禽鳥(niǎo)類(lèi)鳥(niǎo)巢與村莊距離較近，范圍在0～1.8 km，這與目前輸電線路和村莊的距離較近、桿塔途經(jīng)地域有很大關(guān)系[9]。

圖1 筑巢桿塔與村莊距離

對(duì)隼類(lèi)、鷹類(lèi)等猛禽鳥(niǎo)類(lèi)筑巢桿塔附近地形與植被情況進(jìn)行實(shí)地觀察。如圖2所示，經(jīng)統(tǒng)計(jì)與分析，發(fā)現(xiàn)隼類(lèi)、鷹類(lèi)等猛禽鳥(niǎo)類(lèi)集中在植被高大的林地和開(kāi)闊的農(nóng)田區(qū)域，這與隼類(lèi)、鷹類(lèi)等猛禽鳥(niǎo)類(lèi)撲食小哺乳動(dòng)物、鳥(niǎo)等有很大關(guān)系[10]。

1.3 筑巢桿塔高度分析

對(duì)所發(fā)現(xiàn)的鷹類(lèi)、隼類(lèi)等猛禽鳥(niǎo)類(lèi)筑巢桿塔高度進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，筑巢桿塔平均高度為36.85 m，其中110 kV線路筑巢桿塔平均高度35.8 m，220 kV線路筑巢桿塔平均高度為37.9 m，結(jié)果表明猛禽性鳥(niǎo)類(lèi)偏向高桿塔筑巢。

2 輸電線路鳥(niǎo)害故障分析

2.1 鳥(niǎo)害故障的種類(lèi)

當(dāng)鳥(niǎo)類(lèi)在架空輸電線路上空飛行、搭巢、啄食、排便等行為時(shí)，引起架空導(dǎo)線凈空安全距離不足，造成線路跳閘，這些情況稱(chēng)之為鳥(niǎo)害[11]。按照發(fā)生線路跳閘原因不同，鳥(niǎo)害可分為鳥(niǎo)啄類(lèi)、鳥(niǎo)體短接類(lèi)、鳥(niǎo)巢類(lèi)、鳥(niǎo)糞類(lèi)[12]。

2013年至今泰安地區(qū)架空輸電線路鳥(niǎo)害跳閘數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，鳥(niǎo)害主要原因?yàn)轼B(niǎo)糞短接空氣間隙，占比達(dá)到95.5 %，其他為鳥(niǎo)巢材料短接，未發(fā)生過(guò)鳥(niǎo)糞污染絕緣子閃絡(luò)、鳥(niǎo)體短接類(lèi)、鳥(niǎo)啄絕緣子導(dǎo)致的線路故障[13-14]。

2.2 涉鳥(niǎo)故障的區(qū)域特征

2014年1月至2020年5月期間，泰安電網(wǎng)110 kV及以上架空輸電線路發(fā)生鳥(niǎo)害故障16起。對(duì)故障點(diǎn)附件地理環(huán)境統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，故障點(diǎn)附近水源豐沛、樹(shù)木高大、農(nóng)田開(kāi)闊，充足的水源、農(nóng)田中的小動(dòng)物為鳥(niǎo)類(lèi)的棲息、生存提供了良好的環(huán)境。受人類(lèi)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的影響，城鎮(zhèn)區(qū)域發(fā)生鳥(niǎo)害的概率較小。

2.3 鳥(niǎo)害故障的時(shí)間特征

由圖3可知，泰安地區(qū)架空輸電線路鳥(niǎo)害跳閘發(fā)生在清晨5：00—8：00概率較大，占總鳥(niǎo)害跳閘次數(shù)的50 %。

圖3 鳥(niǎo)害跳閘時(shí)段分布

這與鳥(niǎo)類(lèi)在這期間進(jìn)行覓食和回巢有關(guān)。在桿塔附近休憩時(shí)，易發(fā)生排泄行為，排泄物可能引起輸電線路與桿塔、鳥(niǎo)體或相間線路凈空安全距離不足。尤其是秋冬季節(jié)，氣候濕潤(rùn)，絕緣子表面濕度增強(qiáng)，絕緣子表面污穢和鳥(niǎo)糞的雙向影響下，絕緣性能降低，引起表面閃絡(luò)。

由圖4可知，泰安地區(qū)鳥(niǎo)害跳閘主要集中在每年1—5月，占鳥(niǎo)害總跳閘次數(shù)的87.5 %；4月和5月跳閘相對(duì)較多，占總鳥(niǎo)害跳閘次數(shù)的75 %。每年1—5月是鳥(niǎo)類(lèi)遷徙或定居的季節(jié)，鳥(niǎo)類(lèi)活動(dòng)頻繁，其覓食行為頻繁，加上附近水源、食物影響，稀濕的排泄物易導(dǎo)致線路跳閘。

圖4 鳥(niǎo)害跳閘月份統(tǒng)計(jì)

2.4 涉鳥(niǎo)故障的鳥(niǎo)種特征

2014—2020年期間泰安地區(qū)共發(fā)生鳥(niǎo)巢類(lèi)跳閘3次，占鳥(niǎo)害跳閘總次數(shù)的18.75 %；發(fā)生鳥(niǎo)糞類(lèi)跳閘14次，占比87.5 %。由此可見(jiàn)泰安電網(wǎng)引起鳥(niǎo)害事故的主要原因是鳥(niǎo)糞閃絡(luò)，鳥(niǎo)巢類(lèi)原因較少。泰安地區(qū)沒(méi)有大型鳥(niǎo)類(lèi)，故無(wú)鳥(niǎo)體類(lèi)故障。近幾年，輸電線路運(yùn)維人員加大了鳥(niǎo)巢遷移力度，故鳥(niǎo)巢類(lèi)故障逐年減少，但鳥(niǎo)糞閃絡(luò)故障無(wú)法避免。

2.5 鳥(niǎo)害故障重合閘特征

對(duì)歷年鳥(niǎo)害跳閘時(shí)重合閘情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，重合閘全部成功。表明鳥(niǎo)害故障具有瞬時(shí)性、短暫性。這與鳥(niǎo)糞降落過(guò)程時(shí)間短，無(wú)法持久形成放電通道有關(guān)。

2.6 鳥(niǎo)害風(fēng)險(xiǎn)分布

對(duì)泰安電網(wǎng)鳥(niǎo)害歷史數(shù)據(jù)分析可知，泰安地區(qū)鳥(niǎo)害主要以鳥(niǎo)糞類(lèi)為主，鳥(niǎo)巢類(lèi)較少，鳥(niǎo)體短接類(lèi)、鳥(niǎo)啄類(lèi)從未發(fā)生過(guò)[15]。因此，只需要繪制鳥(niǎo)糞類(lèi)故障風(fēng)險(xiǎn)分布圖。

3 防鳥(niǎo)措施及評(píng)估

3.1 防鳥(niǎo)措施及原理

現(xiàn)有防鳥(niǎo)措施主要從占位、阻擋、驅(qū)趕三個(gè)方面著手，通過(guò)消除鳥(niǎo)糞閃絡(luò)通道，增大線路與桿塔間隙方式達(dá)到避免鳥(niǎo)害的目的[16-17]。

(1) 防鳥(niǎo)刺和防鳥(niǎo)針板。防鳥(niǎo)刺和針板利用占位原理，占據(jù)鐵塔空間，使鳥(niǎo)類(lèi)無(wú)法立足或筑巢。

(2) 防鳥(niǎo)擋板和驅(qū)鳥(niǎo)占位器。防鳥(niǎo)擋板和驅(qū)鳥(niǎo)占位器用于阻擋鳥(niǎo)糞排泄通道，避免鳥(niǎo)糞污染絕緣子。因此防鳥(niǎo)擋板和驅(qū)鳥(niǎo)占位器安裝在絕緣子上方的橫擔(dān)上，達(dá)到防鳥(niǎo)害目的。

(3) 驅(qū)鳥(niǎo)裝置。驅(qū)鳥(niǎo)裝置按工作原理分為風(fēng)車(chē)式和超聲波式兩種。風(fēng)車(chē)式利用風(fēng)速的變化發(fā)出噪聲，加之風(fēng)葉上涂抹反光材料來(lái)驅(qū)鳥(niǎo)。超聲波驅(qū)鳥(niǎo)裝置依靠發(fā)出的超聲波對(duì)鳥(niǎo)類(lèi)造成聽(tīng)覺(jué)的不適驅(qū)趕鳥(niǎo)類(lèi)，達(dá)到防鳥(niǎo)害目的。

3.2 防鳥(niǎo)技術(shù)措施應(yīng)用評(píng)估

當(dāng)前泰安電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)人員采取多措并舉、多管齊下的思路，按照驅(qū)鳥(niǎo)原理主要采用4類(lèi)防鳥(niǎo)裝置。其應(yīng)用情況及評(píng)估如表1所示。通過(guò)防鳥(niǎo)效果數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)該4大類(lèi)防鳥(niǎo)害效果有限。

表1 泰安電網(wǎng)防鳥(niǎo)裝置應(yīng)用情況及其評(píng)估

4 結(jié)論

(1) 隼類(lèi)、鷹類(lèi)等猛禽鳥(niǎo)類(lèi)多數(shù)集中在水源3 km范圍內(nèi)，少數(shù)分布在3～5 km范圍；與村莊距離1.08 km內(nèi)鳥(niǎo)巢附近開(kāi)闊的農(nóng)田。近年，輸電線路監(jiān)拍裝置覆蓋率較高，利用監(jiān)拍裝置對(duì)鳥(niǎo)害頻發(fā)區(qū)進(jìn)行鳥(niǎo)類(lèi)活動(dòng)情況觀察，掌握鳥(niǎo)類(lèi)活動(dòng)規(guī)律，確定引起鳥(niǎo)害的種類(lèi)，為輸電線路防鳥(niǎo)措施的制定具有重要意義。

(2) 鳥(niǎo)害故障點(diǎn)附近有豐沛的水源，時(shí)間集中在清晨5：00—8：00鳥(niǎo)類(lèi)覓食時(shí)間段；鳥(niǎo)害跳閘集中在4—5月，4月為鳥(niǎo)害故障率高峰期；故障類(lèi)型以鳥(niǎo)糞類(lèi)為主，集中在110 kV和220 kV高電壓等級(jí)輸電線路。根據(jù)歷史跳閘數(shù)據(jù)和鳥(niǎo)類(lèi)活動(dòng)特性制定鳥(niǎo)害風(fēng)險(xiǎn)分布圖是非常必要的。

(3) 當(dāng)前防鳥(niǎo)措施效果有限，需加強(qiáng)線路防護(hù)。從保障電網(wǎng)安全運(yùn)行角度出發(fā)，鳥(niǎo)類(lèi)頻繁在桿塔上方活動(dòng)，導(dǎo)致鳥(niǎo)害跳閘風(fēng)險(xiǎn)增加，防治結(jié)合是降低鳥(niǎo)害的主要方面。在防鳥(niǎo)刺、針板等預(yù)防措施發(fā)揮效果不佳情況下，移除桿塔上方鳥(niǎo)巢仍然是當(dāng)前降低鳥(niǎo)害風(fēng)險(xiǎn)的主要手段。

(4) 鳥(niǎo)類(lèi)活動(dòng)區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估是采取針對(duì)性防護(hù)措施的基礎(chǔ)性工作，建議將防鳥(niǎo)害納入新建線路可研評(píng)審，為新建線路提供良好的運(yùn)行環(huán)境。