徐國棟，顧海明，閆少波

(國網(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提供了有利條件。但是，鳥類在變電站內(nèi)的活動易引起站內(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)定運行的重要隱患之一。蘇州是中國重要的工商業(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。

目前，已有專家學(xué)者對電力系統(tǒng)鳥害問題進行了研究，并取得了一定成果。文獻[1-5]分別針對具體電網(wǎng)，基于歷史數(shù)據(jù)對輸電線路鳥害特征進行了統(tǒng)計分析，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[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[7]提出了一種新型激光驅(qū)鳥裝置，采用綠色激光，可實現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)。文獻[8]研發(fā)了一種變電站門型架構(gòu)防鳥網(wǎng)，可實現(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。文獻[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[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間內(nèi)巡視大量設(shè)備，加之缺少對變電站不同月份鳥害風(fēng)險的量化認(rèn)識，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，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、針對性不強的問題，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段的鳥害風(fēng)險特性，有針對性地采取措施，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)合的綜合評價法確定相關(guān)參數(shù)，然后進行變電站鳥害風(fēng)險等級劃分，提出不同風(fēng)險分級的相應(yīng)防治措施，并給出變電站鳥害防治方法的具體實施步驟，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)某變電運維班管轄變電站的2019—2020年鳥害統(tǒng)計數(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70個。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，進而影響變電站對鳥類筑巢的吸引力。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)場調(diào)研相結(jié)合的方式，對變電站周邊1 km范圍內(nèi)區(qū)域進行調(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，變電站對鳥類筑巢的吸引力強。

2 變電站鳥害風(fēng)險評價

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

2.1 變電站鳥害風(fēng)險指標(biāo)

變電站類型與變電站地理位置均會顯著影響變電站對鳥類筑巢的吸引力。同一變電站在不同月份對鳥類筑巢的吸引力存在差異：在鳥類繁殖期，變電站對鳥類筑巢吸引力強，反之弱。鑒于此，提出了變電站鳥害風(fēng)險指標(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)險指標(biāo)，指標(biāo)取值越大，變電站鳥害風(fēng)險越大；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 綜合評價法應(yīng)用

采用專家打分法與層次分析法相結(jié)合的綜合評價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，其對鳥窩數(shù)量的影響要明顯強于變電站地理位置。

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，具有較強的筑巢需求。因此，有必要研究變電站筑巢鳥類的繁殖期，進而修正不同時間的變電站鳥類筑巢吸引力指標(biāo)。

據(jù)統(tǒng)計，變電站鳥類筑巢位置主要包括刀閘基座、開關(guān)機構(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，存在人類活動設(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、鳥巢特點等信息，根據(jù)變電站鳥類筑巢特點，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，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，橫跨全年。

結(jié)合圖5，采用專家打分法，確定12個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)險等級

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

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

3.2 變電站鳥害防治方法的實施步驟

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

圖7 變電站鳥害防治方法實施步驟

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)險閾值等；隨后，計算各變電站的鳥害風(fēng)險等級指標(biāo)，并參照分類標(biāo)準(zhǔn)劃分變電站鳥害風(fēng)險等級；然后，針對不同風(fēng)險等級，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)險等級劃分及防治措施如下：

(1) 一級，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)計數(shù)據(jù)，包括發(fā)現(xiàn)位置、時間等；著重檢查施工單位清理后的戶外設(shè)備區(qū)工作現(xiàn)場，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，增加臨時移動驅(qū)鳥設(shè)備。

(2) 二級，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，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，μi,t＜μrt,2，正常巡視頻率，結(jié)合生產(chǎn)計劃適時處理鳥窩；注意檢查施工單位清理后的戶外設(shè)備區(qū)工作現(xiàn)場；安排驅(qū)鳥設(shè)備檢修。

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

4 算例分析

以蘇州電網(wǎng)某變電運維班管轄的變電站為例，驗證所提方法的有效性。運維班管轄變電站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進一步給出了運維班管轄的不同類型戶外站、半戶內(nèi)站的數(shù)量。

圖8 運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)險等級劃分中，參照專家意見，鳥害風(fēng)險閾值1取為變電站7 (220 kV戶外型C、周邊區(qū)域為農(nóng)業(yè)區(qū)) 2月的鳥害風(fēng)險指標(biāo)，數(shù)值為0.437 5；鳥害風(fēng)險閾值2取為變電站26 （35 kV戶外型、周邊區(qū)域為農(nóng)業(yè)區(qū)) 2月的鳥害風(fēng)險指標(biāo)，數(shù)值為0.253 8。參照表3，變電站鳥害風(fēng)險等級的劃分標(biāo)準(zhǔn)如圖9所示。

圖9 變電站鳥害風(fēng)險等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

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

表3給出了運維班管轄的戶外站、半戶內(nèi)站全年12個月的鳥害風(fēng)險指標(biāo)及鳥害風(fēng)險等級。其中，深灰、淺灰、白底色分別表示鳥害風(fēng)險等級一級、二級、三級。由表3可知，各變電站全年12個月的鳥害風(fēng)險指標(biāo)范圍是 [0.028 8， 0.800 0]。變電站鳥害一級風(fēng)險集中在2—7月，二級風(fēng)險分布在1—8月，各變電站9—12月間鳥害風(fēng)險較低，均為三級風(fēng)險。由此可知，變電站鳥害風(fēng)險指標(biāo)與鳥害風(fēng)險等級可有效量化變電站鳥害風(fēng)險，進而參照分級采取針對性措施，降低變電站鳥害風(fēng)險。

表3 變電站鳥害風(fēng)險指標(biāo)與風(fēng)險等級

采用以上方法對變電運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，鳥害防治措施及時恰當(dāng)，未發(fā)生因鳥害造成的停電事故。此外，變電運維人員可借助該方法有效掌握變電站鳥害風(fēng)險、鳥害歷史數(shù)據(jù)等信息，進而提高變電站鳥害巡視工作質(zhì)效。

5 結(jié)束語

以上提出了一種基于風(fēng)險預(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)險指標(biāo)，可有效量化不同變電站不同月份的鳥害風(fēng)險，按照劃分的變電站鳥害風(fēng)險等級，預(yù)先采取針對性防治措施，提高了鳥害防治工作質(zhì)效。實際生產(chǎn)應(yīng)用驗證了所提方法的有效性。