架空輸電線路鳥害分析及防范措施

王井營，李龍坤，杜玉營,馬文臣，王潤澤

(1.國網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，山東 淄博 255000)

0 引言

近年來，國家高度重視環(huán)保，治理投入不斷增加，我國地面綠化率明顯提升。2019年全國土地綠化狀況公報顯示，當年全國完成706.7萬公頃綠化造林、撫育773.3萬公頃森林、保護修復9.3萬公頃濕地，已建城市區(qū)域綠化覆蓋率達41.11%[1]。地表綠化植物覆蓋率的增加促進了鳥類的繁衍、棲息，截至2019年底，中國區(qū)域內棲息的鳥類數已達1 445種，約占世界鳥類種數的1/6[2]。生態(tài)環(huán)境的改善加速了鳥類的繁衍，但卻給輸電線路運行維護造成了困擾。對國網山東省電力公司的調研數據顯示，2014—2019年，220 kV及以上電壓等級架空輸電線路因鳥類活動跳閘次數逐年攀升。分析架空線路附近的鳥類活動特性，研究鳥害跳閘機理，采取針對性防鳥措施對輸電線路安全運行具有重大意義。文獻[3]采用樣線法對河南區(qū)域架空輸電線路附近分布鳥類調查研究，確定引起跳閘的鳥類。文獻[4]分析研究鳥害跳閘過程、原因，摸清了鳥糞跳閘引起絕緣子閃絡的機理。文獻[5]對湖南區(qū)域2006年至2016年發(fā)生的架空輸電線路鳥害故障統(tǒng)計分析，得出鳥害主要發(fā)生在秋冬季的10月份至1月份。文獻[6]提出了基于卷積神經網絡的鳥類檢測方法。文獻[7]認為鳥害發(fā)生與鳥類是否集中、絕緣子材質等有關，研究分析了復合絕緣子防鳥害的措施。文獻[8]介紹了普遍采用的驅鳥裝置。然而，現有文獻缺乏對電網周邊鳥類活動情況和故障分析的綜合研判，缺乏防治措施的綜合建議。

下面通過對泰安電網周圍的鳥類活動觀察、統(tǒng)計，分析鳥類活動特點。對2014—2019年發(fā)生的鳥害故障進行分析，確定故障特征。根據實際繪制鳥害風險分布圖。對防鳥裝置安裝效果進行統(tǒng)計和評估，提出防鳥害的意見。

1 鳥類活動情況

通過觀察泰安地區(qū)輸電線路附近鳥類活動情況并進行統(tǒng)計，引起輸電線路涉鳥故障的鳥類主要以隼類、鷹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溏稀、黏稠，容易造成絕緣子閃絡。摸清隼類、鷹類等食肉猛禽鳥類的分布情況是采取針對性措施的必要前提。對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、筑巢桿塔塔高度進行綜合分析，確定猛禽的分布特點。

1.1 筑巢桿塔與水源的關系

按發(fā)現隼類、鷹類等猛禽鳥類鳥巢附近最近水源查找原則，對隼類、鷹類等猛禽鳥類鳥巢與水源距離進行統(tǒng)計分析，發(fā)現在距離水源3 km范圍內，隼類、鷹類等猛禽鳥類分布集中，占比達到88 %；在3 km至4 km分布范圍內，隼類、鷹類等猛禽鳥類分布較少，占比9 %；在4 km至5 km范圍內，隼類、鷹類等猛禽鳥類零星分布，占比3 %。所以，從水源遠近分析隼類、鷹類等猛禽鳥類分布來看，在距離水源3 km范圍內隼類、鷹類等猛禽鳥類出現的概率最大，需要采取針對性防鳥措施；在距離4 km至5 km范圍內可對某些地域采取針對性防鳥措施，從確保線路防鳥害治理工作萬無一失角度，需要考慮水源5 km范圍內所有桿塔加裝防鳥措施。

1.2 筑巢桿塔地形情況

對隼類、鷹類等猛禽鳥類鳥巢與村莊距離進行統(tǒng)計分析，結果如圖1所示，發(fā)現隼類、鷹類等猛禽鳥類鳥巢與村莊距離較近，范圍在0～1.8 km，這與目前輸電線路和村莊的距離較近、桿塔途經地域有很大關系[9]。

圖1 筑巢桿塔與村莊距離

對隼類、鷹類等猛禽鳥類筑巢桿塔附近地形與植被情況進行實地觀察。如圖2所示，經統(tǒng)計與分析，發(fā)現隼類、鷹類等猛禽鳥類集中在植被高大的林地和開闊的農田區(qū)域，這與隼類、鷹類等猛禽鳥類撲食小哺乳動物、鳥等有很大關系[10]。

1.3 筑巢桿塔高度分析

對所發(fā)現的鷹類、隼類等猛禽鳥類筑巢桿塔高度進行數據統(tǒng)計分析，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，結果表明猛禽性鳥類偏向高桿塔筑巢。

2 輸電線路鳥害故障分析

2.1 鳥害故障的種類

當鳥類在架空輸電線路上空飛行、搭巢、啄食、排便等行為時，引起架空導線凈空安全距離不足，造成線路跳閘，這些情況稱之為鳥害[11]。按照發(fā)生線路跳閘原因不同，鳥害可分為鳥啄類、鳥體短接類、鳥巢類、鳥糞類[12]。

2013年至今泰安地區(qū)架空輸電線路鳥害跳閘數據統(tǒng)計顯示，鳥害主要原因為鳥糞短接空氣間隙，占比達到95.5 %，其他為鳥巢材料短接，未發(fā)生過鳥糞污染絕緣子閃絡、鳥體短接類、鳥啄絕緣子導致的線路故障[13-14]。

2.2 涉鳥故障的區(qū)域特征

2014年1月至2020年5月期間，泰安電網110 kV及以上架空輸電線路發(fā)生鳥害故障16起。對故障點附件地理環(huán)境統(tǒng)計分析發(fā)現，故障點附近水源豐沛、樹木高大、農田開闊，充足的水源、農田中的小動物為鳥類的棲息、生存提供了良好的環(huán)境。受人類生產經營活動的影響，城鎮(zhèn)區(qū)域發(fā)生鳥害的概率較小。

2.3 鳥害故障的時間特征

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

圖3 鳥害跳閘時段分布

這與鳥類在這期間進行覓食和回巢有關。在桿塔附近休憩時，易發(fā)生排泄行為，排泄物可能引起輸電線路與桿塔、鳥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，絕緣子表面濕度增強，絕緣子表面污穢和鳥糞的雙向影響下，絕緣性能降低，引起表面閃絡。

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

圖4 鳥害跳閘月份統(tǒng)計

2.4 涉鳥故障的鳥種特征

2014—2020年期間泰安地區(qū)共發(fā)生鳥巢類跳閘3次，占鳥害跳閘總次數的18.75 %；發(fā)生鳥糞類跳閘14次，占比87.5 %。由此可見泰安電網引起鳥害事故的主要原因是鳥糞閃絡，鳥巢類原因較少。泰安地區(qū)沒有大型鳥類，故無鳥體類故障。近幾年，輸電線路運維人員加大了鳥巢遷移力度，故鳥巢類故障逐年減少，但鳥糞閃絡故障無法避免。

2.5 鳥害故障重合閘特征

對歷年鳥害跳閘時重合閘情況進行統(tǒng)計發(fā)現，重合閘全部成功。表明鳥害故障具有瞬時性、短暫性。這與鳥糞降落過程時間短，無法持久形成放電通道有關。

2.6 鳥害風險分布

對泰安電網鳥害歷史數據分析可知，泰安地區(qū)鳥害主要以鳥糞類為主，鳥巢類較少，鳥體短接類、鳥啄類從未發(fā)生過[15]。因此，只需要繪制鳥糞類故障風險分布圖。

3 防鳥措施及評估

3.1 防鳥措施及原理

現有防鳥措施主要從占位、阻擋、驅趕三個方面著手，通過消除鳥糞閃絡通道，增大線路與桿塔間隙方式達到避免鳥害的目的[16-17]。

(1) 防鳥刺和防鳥針板。防鳥刺和針板利用占位原理，占據鐵塔空間，使鳥類無法立足或筑巢。

(2) 防鳥擋板和驅鳥占位器。防鳥擋板和驅鳥占位器用于阻擋鳥糞排泄通道，避免鳥糞污染絕緣子。因此防鳥擋板和驅鳥占位器安裝在絕緣子上方的橫擔上，達到防鳥害目的。

(3) 驅鳥裝置。驅鳥裝置按工作原理分為風車式和超聲波式兩種。風車式利用風速的變化發(fā)出噪聲，加之風葉上涂抹反光材料來驅鳥。超聲波驅鳥裝置依靠發(fā)出的超聲波對鳥類造成聽覺的不適驅趕鳥類，達到防鳥害目的。

3.2 防鳥技術措施應用評估

當前泰安電網運行維護人員采取多措并舉、多管齊下的思路，按照驅鳥原理主要采用4類防鳥裝置。其應用情況及評估如表1所示。通過防鳥效果數據統(tǒng)計分析，發(fā)現該4大類防鳥害效果有限。

表1 泰安電網防鳥裝置應用情況及其評估

4 結論

(1) 隼類、鷹類等猛禽鳥類多數集中在水源3 km范圍內，少數分布在3～5 km范圍；與村莊距離1.08 km內鳥巢附近開闊的農田。近年，輸電線路監(jiān)拍裝置覆蓋率較高，利用監(jiān)拍裝置對鳥害頻發(fā)區(qū)進行鳥類活動情況觀察，掌握鳥類活動規(guī)律，確定引起鳥害的種類，為輸電線路防鳥措施的制定具有重要意義。

(2) 鳥害故障點附近有豐沛的水源，時間集中在清晨5：00—8：00鳥類覓食時間段；鳥害跳閘集中在4—5月，4月為鳥害故障率高峰期；故障類型以鳥糞類為主，集中在110 kV和220 kV高電壓等級輸電線路。根據歷史跳閘數據和鳥類活動特性制定鳥害風險分布圖是非常必要的。

(3) 當前防鳥措施效果有限，需加強線路防護。從保障電網安全運行角度出發(fā)，鳥類頻繁在桿塔上方活動，導致鳥害跳閘風險增加，防治結合是降低鳥害的主要方面。在防鳥刺、針板等預防措施發(fā)揮效果不佳情況下，移除桿塔上方鳥巢仍然是當前降低鳥害風險的主要手段。

(4) 鳥類活動區(qū)域風險等級評估是采取針對性防護措施的基礎性工作，建議將防鳥害納入新建線路可研評審，為新建線路提供良好的運行環(huán)境。