唐子峰，袁 翔，廖志雄，葉寶安，王 蓉，吳珍琪

（1.廣東電網(wǎng)韶關(guān)供電局，廣東韶關(guān)512026；2.武漢康普常青軟件技術(shù)股份有限公司，武漢430073）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和電網(wǎng)的快速建設(shè)，輸電線(xiàn)路架設(shè)的越來(lái)越稠密，跨越的地理環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜。隨著中國(guó)生態(tài)保護(hù)、退耕還林政策的逐年推進(jìn)，鳥(niǎo)類(lèi)數(shù)量增長(zhǎng)、活動(dòng)頻繁，鳥(niǎo)類(lèi)侵?jǐn)_架空輸電線(xiàn)路設(shè)施的現(xiàn)象有增長(zhǎng)趨勢(shì)，由此造成的損失也越來(lái)越大，電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行與鳥(niǎo)類(lèi)活動(dòng)的矛盾日漸凸出[1-2]。統(tǒng)計(jì)表明，輸電線(xiàn)路鳥(niǎo)害故障成為僅次于雷擊和外力破壞的第三大故障原因[3-4]，且近年來(lái)呈逐漸上升趨勢(shì)。研究表明，輸電線(xiàn)路鳥(niǎo)害故障類(lèi)型主要分為：鳥(niǎo)糞、鳥(niǎo)巢、鳥(niǎo)類(lèi)捕食、鳥(niǎo)體短接等4種類(lèi)型[5-7]。本文對(duì)廣東韶關(guān)電網(wǎng)2003—2016年鳥(niǎo)害故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分別從電壓等級(jí)、鳥(niǎo)害類(lèi)型、故障時(shí)間、鳥(niǎo)害故障占比等多維度對(duì)比分析，研究鳥(niǎo)害故障的分布規(guī)律，以期為廣東地區(qū)的架空輸電線(xiàn)路防鳥(niǎo)害工作提供參考，研究結(jié)果對(duì)確保輸電線(xiàn)路的安全運(yùn)行有重要意義。

1 輸電線(xiàn)路鳥(niǎo)害故障機(jī)理

中國(guó)是輸電線(xiàn)路鳥(niǎo)害故障頻繁發(fā)生的國(guó)家之一，特別是某些地區(qū)，鳥(niǎo)害已成為線(xiàn)路跳閘的主要故障原因之一[8]。按鳥(niǎo)害故障的形成原因和機(jī)理，可將鳥(niǎo)害故障主要分為鳥(niǎo)糞故障、鳥(niǎo)巢故障、鳥(niǎo)類(lèi)捕食、鳥(niǎo)體短接4種類(lèi)型[9]。

1）鳥(niǎo)糞閃絡(luò)故障：鳥(niǎo)類(lèi)飛行需要大量的能量，其食量大、代謝快，在飛行途中或棲息時(shí)隨時(shí)可能產(chǎn)生排便行為。鳥(niǎo)糞閃絡(luò)的機(jī)理是由于鳥(niǎo)糞含水量高、雜質(zhì)多、電解質(zhì)較高等特點(diǎn)，當(dāng)其出現(xiàn)在高壓輸電線(xiàn)路導(dǎo)體之間時(shí)很容易破壞周?chē)妶?chǎng)，導(dǎo)致空氣或絕緣子擊穿發(fā)生閃絡(luò)[10]。研究發(fā)現(xiàn)，鳥(niǎo)糞閃絡(luò)主要可分為兩種形式：一是鳥(niǎo)糞在絕緣子上日積月累達(dá)到一定程度，在遇到潮濕天氣時(shí)就有可能發(fā)生閃絡(luò)故障，此種類(lèi)型多發(fā)生在鳥(niǎo)類(lèi)在塔上橫擔(dān)筑巢、產(chǎn)卵、休息、打斗等活動(dòng)時(shí)；二是大型鳥(niǎo)類(lèi)在空中或塔線(xiàn)上排便，鳥(niǎo)糞在下落過(guò)程中產(chǎn)生拉長(zhǎng)，絕緣子串周?chē)目諝忾g隙在鳥(niǎo)糞下落的過(guò)程的變化畸變了周?chē)妶?chǎng)，導(dǎo)致絕緣子串直接或部分短接發(fā)生閃絡(luò)放電。

2）鳥(niǎo)巢故障：鳥(niǎo)巢故障主要與樹(shù)棲鳥(niǎo)類(lèi)繁育期在輸電線(xiàn)塔上筑巢有關(guān)[11]。在筑巢期間，親鳥(niǎo)經(jīng)常會(huì)叼銜樹(shù)枝、柴草、鐵絲等物，不停地在輸電線(xiàn)上空或?qū)Ь€(xiàn)之間穿行，柴草或鐵絲等掉落在橫擔(dān)絕緣子與導(dǎo)線(xiàn)附近造成閃絡(luò)故障。而且大風(fēng)陰雨天氣時(shí)，鳥(niǎo)巢材料被風(fēng)吹落在橫擔(dān)絕緣子附近也會(huì)造成閃絡(luò)跳閘故障。

3）鳥(niǎo)類(lèi)捕食故障：肉食類(lèi)鳥(niǎo)類(lèi)捕食小動(dòng)物，口叼動(dòng)物肢體在橫擔(dān)上進(jìn)食或穿越導(dǎo)線(xiàn)碰觸絕緣子等使得相間或相對(duì)地有效絕緣距離減少可能會(huì)引起閃絡(luò)跳閘故障，或者由于鳥(niǎo)類(lèi)啄損復(fù)合絕緣子傘裙或護(hù)套造成閃絡(luò)跳閘等[12]。

4）鳥(niǎo)體短接故障：體型較大的鳥(niǎo)類(lèi)如鷺類(lèi)、鶴類(lèi)，其翼展較大，在輸電線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)和塔間飛行時(shí)展開(kāi)的鳥(niǎo)體會(huì)使相間或相對(duì)地的有效絕緣距離降低，從而發(fā)生相間閃絡(luò)或單相接地故障[13]。

2 韶關(guān)電網(wǎng)鳥(niǎo)害故障統(tǒng)計(jì)分析

韶關(guān)位于廣東省最北部，位于東經(jīng)112°50′～114°45′，北緯23°57′～25°31′之間，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，地處南嶺南坡，多山多水，動(dòng)植物資源豐富。優(yōu)越的自然資源為不同類(lèi)型的鳥(niǎo)類(lèi)提供了覓食、筑巢、隱蔽、繁殖的良好場(chǎng)所。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅2015—2016年韶關(guān)供電局所轄35 kV及以上電網(wǎng)共發(fā)生鳥(niǎo)害故障15起，占年跳閘故障率13.27%，且呈逐年增加趨勢(shì)，可見(jiàn)鳥(niǎo)害故障已成威脅韶關(guān)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的主要因素之一。本文根據(jù)韶關(guān)電網(wǎng)統(tǒng)計(jì)的2003—2016年35 kV～500 kV輸電線(xiàn)路跳閘故障數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，重點(diǎn)對(duì)鳥(niǎo)害故障數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的特征分析，研究鳥(niǎo)害故障特點(diǎn)。

2.1 輸電線(xiàn)路跳閘故障分類(lèi)統(tǒng)計(jì)與分析

2003—2016年期間，韶關(guān)電網(wǎng)35 kV及以上線(xiàn)路共計(jì)發(fā)生故障跳閘657次，其中鳥(niǎo)害故障60起，年平均鳥(niǎo)害故障率9.13%。2003—2016年韶關(guān)電網(wǎng)跳閘故障數(shù)類(lèi)別統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 2003—2016年35 kV及以上線(xiàn)路跳閘分類(lèi)統(tǒng)計(jì)Table 1 35 kV and above line trip classification statistics for 2003—2016

圖1為韶關(guān)地區(qū)2003—2016年期間不同故障類(lèi)型的年平均占比分布圖。

圖1 該地區(qū)不同故障類(lèi)型年均比例分布Fig.1 Distribution of annual average proportion of different fault types in this area

從圖中可以看到該地區(qū)雷擊故障跳閘率最高達(dá)到66.51%，但鳥(niǎo)害故障成為僅次于雷擊災(zāi)害的輸電線(xiàn)路跳閘第二大原因，其鳥(niǎo)害年均故障率高達(dá)9.13%?？梢哉f(shuō)鳥(niǎo)害故障對(duì)該地區(qū)的電網(wǎng)運(yùn)行危害極大，必須予以重視。根據(jù)表1繪得該地區(qū)2003—2016年鳥(niǎo)害故障逐年分布趨勢(shì)圖見(jiàn)圖2。

圖2 鳥(niǎo)害故障逐年分布趨勢(shì)圖Fig.2 Bird damage yearly distribution trend chart

由圖2可看出，該地區(qū)從2003年到2016年期間鳥(niǎo)害故障整體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，特別是2012—2013、2015—2016年無(wú)論是鳥(niǎo)害故障跳閘總數(shù)還是所占比例均較高，其中2013年和2015年鳥(niǎo)害故障占比分別高達(dá)18.92%和18.75%，因此可以說(shuō)韶關(guān)電網(wǎng)防鳥(niǎo)害工作相當(dāng)嚴(yán)峻。但從圖中可以看到2014年是個(gè)特例，鳥(niǎo)害故障在總數(shù)和占比上均較低，這是因?yàn)?014年廣東省氣候與常年相比平均降雨量比常年偏少7.6%，全省平均高溫日數(shù)為31.5天，較常年偏多14天，可以說(shuō)2014年廣東省屬于一般偏差氣候年景[14]。此氣候非常不適合鳥(niǎo)類(lèi)活動(dòng)，因此造成2014年鳥(niǎo)害故障率呈明顯下降趨勢(shì)?？烧J(rèn)為氣候環(huán)境是影響輸電線(xiàn)路鳥(niǎo)害故障的重大因素之一。

2.2 鳥(niǎo)害故障類(lèi)型統(tǒng)計(jì)分析

筆者根據(jù)鳥(niǎo)害故障機(jī)理將鳥(niǎo)害故障類(lèi)型分為鳥(niǎo)糞故障、鳥(niǎo)巢故障、鳥(niǎo)類(lèi)捕食故障和鳥(niǎo)體短接故障4個(gè)大類(lèi)，統(tǒng)計(jì)了2003—2016年鳥(niǎo)害故障類(lèi)型分布數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

從表2可看出，該地區(qū)鳥(niǎo)害故障類(lèi)型中鳥(niǎo)糞故障總計(jì)發(fā)生22次，鳥(niǎo)巢故障總計(jì)發(fā)生28次，鳥(niǎo)類(lèi)捕食故障總計(jì)發(fā)生7次，鳥(niǎo)體短接故障總計(jì)發(fā)生3次，可以看到鳥(niǎo)糞故障和鳥(niǎo)巢故障占鳥(niǎo)害故障中的絕大多數(shù)。根據(jù)表2統(tǒng)計(jì)了該地區(qū)2003—2016年鳥(niǎo)害故障類(lèi)型累計(jì)分布比例圖見(jiàn)圖3。

從圖3中可看出，該地區(qū)鳥(niǎo)巢故障是鳥(niǎo)害故障中的主要故障類(lèi)型，其占比高達(dá)46.67%；其次是鳥(niǎo)糞故障，其故障占比達(dá)36.66%。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，僅鳥(niǎo)巢故障和鳥(niǎo)糞故障兩類(lèi)占鳥(niǎo)害故障比例為83.33%，可見(jiàn)鳥(niǎo)巢和鳥(niǎo)糞是鳥(niǎo)害故障的主要原因。鳥(niǎo)體短接故障類(lèi)型發(fā)生概率最小，此類(lèi)故障多在體型較大的鳥(niǎo)類(lèi)出現(xiàn)，且可從線(xiàn)路設(shè)計(jì)上進(jìn)行改善。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，一般情況下鳥(niǎo)糞故障為鳥(niǎo)害故障的主要類(lèi)型，但韶關(guān)地區(qū)比較特殊，其鳥(niǎo)巢故障反而是主要故障類(lèi)型，這是因?yàn)樵摰貐^(qū)水系豐富，稻田、河流、湖泊、魚(yú)塘等密布，韶關(guān)地處兩省交界，遠(yuǎn)離人類(lèi)活動(dòng)比較集中的城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)，非常適合鳥(niǎo)類(lèi)棲息繁殖，而附近又無(wú)高大的樹(shù)木，因此鳥(niǎo)類(lèi)多選擇在輸電線(xiàn)路桿塔上筑巢。另一方面該地區(qū)多采用防污型絕緣子也相對(duì)較少了鳥(niǎo)糞故障跳閘次數(shù)。

表2 2003—2016年鳥(niǎo)害故障類(lèi)型統(tǒng)計(jì)Table 2 2003—2016 bird fault type statistics

圖3 該地區(qū)累計(jì)鳥(niǎo)害故障類(lèi)型比例分布Fig.3 The proportion of birds in the region cumulative fault distribution

2.3 鳥(niǎo)害故障電壓等級(jí)特征分析

筆者對(duì)2003—2016年該地區(qū)鳥(niǎo)害故障按電壓等級(jí)分布統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分為35 kV、110 kV、220 kV、500 kV，其分布見(jiàn)圖4。

從圖4可看出，韶關(guān)電網(wǎng)鳥(niǎo)害故障主要集中在110 kV和220 kV線(xiàn)路，其中35 kV發(fā)生0次，110 kV發(fā)生48次，220 kV發(fā)生11次，500 kV線(xiàn)路發(fā)生1次。這是因?yàn)?10 kV和220 kV線(xiàn)路絕緣距離相對(duì)較小，且桿塔高度與大樹(shù)相當(dāng)，很容易吸引鳥(niǎo)類(lèi)來(lái)此棲息、筑巢，從而引起鳥(niǎo)糞和鳥(niǎo)巢等閃絡(luò)故障發(fā)生。35 kV線(xiàn)路多在城區(qū)等人類(lèi)活動(dòng)密集區(qū)域，因此鳥(niǎo)類(lèi)故障較少；500 kV線(xiàn)路在安全設(shè)計(jì)上絕緣強(qiáng)度要求較高，一般的鳥(niǎo)類(lèi)活動(dòng)很難對(duì)其構(gòu)成威脅。

圖4 35～500 kV線(xiàn)路每年鳥(niǎo)害跳閘數(shù)分布Fig.4 Distribution of the number of bird fault tripped in 35～500 kV lines

2.4 鳥(niǎo)害故障季節(jié)特征分析

統(tǒng)計(jì)了2003—2016年鳥(niǎo)害故障發(fā)生在1—12月逐月的累計(jì)發(fā)生次數(shù)，見(jiàn)圖5。從圖中可以看到3—7月為該地區(qū)鳥(niǎo)害故障高發(fā)期，占總鳥(niǎo)害故障率70%，特別是7月份發(fā)生次數(shù)最多，達(dá)到15次，占25%。這是因?yàn)?—7月份為鳥(niǎo)類(lèi)集中繁殖產(chǎn)卵期，大量鳥(niǎo)類(lèi)在塔上筑巢、棲息，再加上廣東地區(qū)該段時(shí)期正處于“梅雨季”，遇到刮風(fēng)下雨等潮濕天氣造成鳥(niǎo)害故障極易多發(fā)。

圖5 鳥(niǎo)害故障月份統(tǒng)計(jì)Fig.5 Bird fault statistics of the month

2.5 鳥(niǎo)害故障時(shí)間特征分析

圖6統(tǒng)計(jì)了60起鳥(niǎo)害故障在0—24時(shí)的不同時(shí)段發(fā)生的跳閘次數(shù)分布情況。

從圖中可看出，鳥(niǎo)害故障發(fā)生的高峰時(shí)段是早上6—8時(shí)，達(dá)到16次之多，占全天的26.67%，這是因?yàn)轼B(niǎo)類(lèi)早間覓食時(shí)間集中在6—8時(shí)，期間多在塔上進(jìn)食、排泄、嬉戲、喂哺等，因此6—8時(shí)是鳥(niǎo)害故障的高發(fā)時(shí)段。另外10—18時(shí)也是鳥(niǎo)害故障的主要發(fā)生時(shí)段，占比全天的51.67%，這是因?yàn)?0—18時(shí)期間鳥(niǎo)類(lèi)多處于棲息階段，其排泄具有隨機(jī)性，可以看到其分布也相對(duì)均勻，另一方面，白天光線(xiàn)好，鳥(niǎo)類(lèi)在進(jìn)食完畢后會(huì)開(kāi)始筑巢行為，鳥(niǎo)巢材料極易掉落在橫擔(dān)絕緣子處造成閃絡(luò)跳閘。

圖6 不同時(shí)間段鳥(niǎo)害故障次數(shù)統(tǒng)計(jì)Fig.6 birds at different times the number of fault statistics

3 鳥(niǎo)害故障防治措施

3.1 開(kāi)展鳥(niǎo)類(lèi)活動(dòng)規(guī)律研究

對(duì)該地區(qū)鳥(niǎo)種分布、遷徙路徑、筑巢特點(diǎn)、生活習(xí)性等進(jìn)行研究，持續(xù)觀測(cè)統(tǒng)計(jì)鳥(niǎo)害故障數(shù)據(jù)，研究其故障規(guī)律，安排巡視人員重點(diǎn)巡視?shū)B(niǎo)害故障多發(fā)區(qū)域，對(duì)重點(diǎn)桿塔進(jìn)行針對(duì)性地防鳥(niǎo)害措施改造，有針對(duì)性地安裝防鳥(niǎo)刺、防鳥(niǎo)擋板等防鳥(niǎo)器。加強(qiáng)輸電線(xiàn)路及其沿線(xiàn)3 km范圍巡視，建立涉鳥(niǎo)故障信息庫(kù)。

3.2 繪制鳥(niǎo)害風(fēng)險(xiǎn)分布圖

根據(jù)區(qū)域內(nèi)歷年鳥(niǎo)害故障數(shù)據(jù)，結(jié)合區(qū)域電子地圖，綜合考慮地理環(huán)境、氣候特點(diǎn)、鳥(niǎo)類(lèi)種類(lèi)、鳥(niǎo)害故障特征、電壓等級(jí)等因素，建立合適的模型和權(quán)重系數(shù)，計(jì)算繪制區(qū)域鳥(niǎo)害風(fēng)險(xiǎn)分布圖，按照風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)由高到低分布。劃分重點(diǎn)區(qū)段，指導(dǎo)新建線(xiàn)路時(shí)桿塔設(shè)計(jì)以及絕緣子類(lèi)型等參數(shù)選擇，盡量避開(kāi)或提高線(xiàn)路防鳥(niǎo)害等級(jí)。

3.3 加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境治理

為從根本上解決鳥(niǎo)害問(wèn)題，還是宜“疏”不宜“堵”，需加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)與環(huán)境治理。由于高大樹(shù)木的砍伐以及城市的擴(kuò)張，鳥(niǎo)類(lèi)的棲息環(huán)境變得越來(lái)越惡劣，鳥(niǎo)害故障的防治不能僅以毀巢覆卵、消滅鳥(niǎo)類(lèi)為主要手段，根本上應(yīng)從環(huán)境入手，為鳥(niǎo)類(lèi)提供更多的適合棲息的環(huán)境。

4 結(jié)論

1）廣東韶關(guān)電網(wǎng)鳥(niǎo)害故障發(fā)生率為年均9.13%，鳥(niǎo)害故障成為該地區(qū)僅次于雷擊災(zāi)害的輸電線(xiàn)路跳閘第二大原因。

2）鳥(niǎo)害故障具有氣候特征、季節(jié)特征、時(shí)間段特征、電壓等級(jí)特征等，韶關(guān)地區(qū)每年的3—7月份、每天的6—8時(shí)、110 kV和220 kV線(xiàn)路鳥(niǎo)害故障發(fā)生概率較高。

3）鳥(niǎo)害故障已成威脅該地區(qū)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的主要原因，建議加強(qiáng)電網(wǎng)巡檢力度，研究鳥(niǎo)類(lèi)活動(dòng)規(guī)律、繪制鳥(niǎo)害風(fēng)險(xiǎn)分布圖，制定針對(duì)性的防鳥(niǎo)害措施。

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