張廣洲，莫金龍，孫先山，鄧慰，徐國華，鄭路遙

(1．南瑞集團(tuán)有限公司(國網(wǎng)電力科學(xué)研究院)，江蘇 南京 211106；2．國網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430074；3．國網(wǎng)浙江省電力有限公司湖州供電公司，浙江 湖州 313000)

0 引言

長三角地區(qū)湖蕩羅布、河道交錯(cuò)，一直是我國的糧倉，該地區(qū)經(jīng)濟(jì)高度發(fā)展，電力需求旺盛[1-4].隨著我國生態(tài)建設(shè)的重視程度日益提升，灘涂、湖泊等濕地生態(tài)保護(hù)區(qū)面積迅速擴(kuò)大[5-6]，給鳥類種群恢復(fù)帶來了希望.但是鳥類激增引發(fā)了輸配電線路故障激增，根據(jù)文獻(xiàn)分析，220 kV、110 kV輸電線路和配電線路的鳥害故障相對較多，約占設(shè)備故障的10%左右[7].

生態(tài)研究者們注意到對于電力系統(tǒng)的鳥類影響，如輸電線路[7-9]、海上風(fēng)電場[10-11]影響到鳥類的棲息地.如何通過生態(tài)手段獲取解決途徑，研究者們試圖從鳥類覓食路徑、棲息行為以及繁衍時(shí)段等關(guān)注鳥類災(zāi)害.工程技術(shù)人員通過現(xiàn)場調(diào)研、試驗(yàn)?zāi)M等手段分析鳥糞閃絡(luò)、鳥巢閃絡(luò)和鳥啄絕緣子等系列輸電線路故障，基于相關(guān)結(jié)果，提出了大量實(shí)用的應(yīng)對措施[7, 12-14].劉春翔等調(diào)研了熱帶地區(qū)線路危害鳥類種群，試驗(yàn)分析了鳥糞閃絡(luò)的影響因素，指出熱帶地區(qū)線路的點(diǎn)的防護(hù)危險(xiǎn)區(qū)域以及絕緣子串的參考選型[7]；West和Burnham試驗(yàn)?zāi)M了絕緣子串鳥糞閃絡(luò)行為，分析了鳥糞閃絡(luò)機(jī)理[12-13]；巢亞鋒等發(fā)現(xiàn)輸配電鳥害故障與鳥類遷徙路徑和鳥類棲息行為呈現(xiàn)很好的對應(yīng)關(guān)系[14]；張宇等根據(jù)絕緣子串現(xiàn)場鳥糞污染的特征參數(shù)，開展了絕緣子串鳥糞模擬污穢試驗(yàn)，獲得了鳥糞閃絡(luò)電壓變化情況[15].

杭嘉湖平原位于太湖南畔、錢塘江、杭州灣北岸及天目山東側(cè)，該區(qū)域養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達(dá)，同時(shí)注重濕地生態(tài)保護(hù)，配電線路鳥害極為嚴(yán)重. 湖州地區(qū)德清縣以平原濕地為主，湖泊縱橫，河道密布，生態(tài)保護(hù)良好，濕地植物茂盛，水鳥眾多，本文中以德清縣為研究對象，調(diào)查該縣配電線路鳥害區(qū)域分布和時(shí)間分布規(guī)律，給出鳥巢、鳥糞等災(zāi)害的機(jī)理，在此基礎(chǔ)上，采用驅(qū)鳥、絕緣化改造等方法，降低配電線路鳥害.

1 區(qū)域配網(wǎng)鳥害調(diào)查分析

1.1 區(qū)域分布特征濕地通常分為自然和人工兩大類，自然濕地包括沼澤地、湖泊、河流等，人工濕地主要有農(nóng)田、水庫和池塘等.湖州地區(qū)德清縣自然濕地面積超過19%，該縣以農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)為主，人工濕地約占38%(農(nóng)田約占20%，水庫和池塘約占18%)，主要分布在德清縣的東中部.德清縣的山地約占10%，主要集中覆蓋在西部莫干山森林區(qū)域，配電線路鳥害分布如圖1所示.

圖1 德清縣鳥害分布情況

從區(qū)域分布看，西部莫干山區(qū)域鳥害非常少；中部農(nóng)田分布較多，鳥害比較嚴(yán)重；東部池塘分布較多，鳥害非常集中.養(yǎng)殖業(yè)的興起和農(nóng)田的精耕為鳥類繁衍保證了食物來源，自然濕地環(huán)境擴(kuò)大提供了棲息場所，配電桿塔成為鳥類棲息和駐巢的理想選擇，這些均是配電線路鳥害的主要因素.

對配電線路附近鳥類活動(dòng)進(jìn)行調(diào)查，2014—2018年的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，配電桿塔鳥類筑巢呈逐年飽和上升趨勢，濕地附近配電桿塔在繁衍季節(jié)幾乎被鳥類筑巢占滿.鳥巢主要分布在中東部濕地環(huán)境區(qū)域，每年鳥類筑巢約400個(gè)，農(nóng)田次之，每年鳥類筑巢約200個(gè)，城郊鳥類筑巢約50個(gè)，山區(qū)較少，如圖2所示.

圖2 鳥巢區(qū)域分布特征

圖3 鳥害月份分布情況

引起線路故障的鳥類主要有白鷺、池鷺、夜鷺等涉禽以及喜鵲、灰喜鵲、烏鴉和八哥等攀禽.涉禽集中在池塘、農(nóng)田和河流等區(qū)域覓食，在配電線路上暫時(shí)停留；攀禽覓食后喜歡長時(shí)間在配電線路上停留并筑巢.

1.2 時(shí)間分布特征以湖州地區(qū)德清縣2014—2016年為例，分析月度鳥害分布情況，并分析鳥害高峰期2014年4月18日、2015年4月23日和2016年4月12日的24小時(shí)分布情況，探索鳥害的時(shí)間分布特征.

圖3為湖州地區(qū)德清縣月度鳥害的分布情況，春季3～5月為鳥類的繁衍季節(jié)，這3個(gè)月鳥害超過40次，占全年的70%，其中4月超過20次，約占全年的1/3.受候鳥遷徙和鳥類覓食過冬的影響，10月出現(xiàn)第二次小高潮.4月鳥類忙于筑巢、繁衍哺育，此期間大量的鳥巢出現(xiàn)在線路桿塔上，鳥類就近采集稻草、枯樹枝、藤蔓甚至鐵絲進(jìn)行筑巢，這些巢材在陰雨天氣或者露水潮濕環(huán)境中，導(dǎo)電性提高，配電線路附近巢材容易引起單相接地故障或者相間故障，這是直接導(dǎo)致鳥害上升的原因之一[16].典型鳥類如表1所示.

對于繁衍季節(jié)的鳥類，棲息范圍、覓食區(qū)域、往返路徑以及筑巢習(xí)慣均相對固定，2015年4月23日24小時(shí)的鳥害分布情況如圖4所示.早晨3點(diǎn)到7點(diǎn)間鳥害事故較多，約占全天的2/3；黃昏時(shí)的鳥害次之，約占全天的1/3.喜鵲、烏鴉等攀禽一般喜歡在白天活動(dòng)，夜晚會(huì)棲息在電桿或線路上，對于絕緣化改造較低的配電線路，鳥類清晨排泄行為容易造成跳閘停電事故.椋鳥喜歡清晨或者黃昏集體飛翔活動(dòng)，路徑相對穩(wěn)定，途經(jīng)配電線路可能出現(xiàn)排糞行為，這種集體排糞類似兩相體放電[17-18]，直接出現(xiàn)線路短接行為，從而導(dǎo)致跳閘，產(chǎn)生鳥害跳閘事故.白鷺、池鷺、夜鷺等涉禽有一定隨機(jī)性，一般清晨出巢和黃昏返巢，出現(xiàn)類似配電跳閘事故.

表1 鳥類情況表

圖4 鳥害日分布情況

圖5 鳥糞閃絡(luò)示意圖

喜鵲筑巢喜歡選擇線路桿塔的橫桿上，且位置固定，出現(xiàn)過鳥巢被拆10次仍然固定在某基桿塔上的事例.這種行為導(dǎo)致在特定絕緣子上積累大量的鳥糞，又由于鳥糞自身的電解質(zhì)屬性，為絕緣子污穢閃絡(luò)創(chuàng)造條件.鳥糞閃絡(luò)示意圖如圖5所示，其中：X1，X2為高壓端和低壓端的電弧長度，總弧長X為兩者之和，L為泄漏距離，鳥糞淌落區(qū)的長度為L-X.當(dāng)鳥糞電導(dǎo)率較高且絕緣子處于陰雨氣候中時(shí)，會(huì)產(chǎn)生泄漏電流.當(dāng)其流過鳥糞淌落區(qū)，經(jīng)過發(fā)熱、烘干等一系列作用，鳥糞前端接近絕緣子高壓端時(shí)，間隙場強(qiáng)超過擊穿場強(qiáng)，間隙擊穿，形成局部電弧，進(jìn)一步發(fā)展，最終形成沿面閃絡(luò)[7].

2 綜合治理研究

湖州地區(qū)是習(xí)近平總書記“兩山理論”的發(fā)源地，該地區(qū)極度重視生態(tài)保護(hù).該地區(qū)的運(yùn)維人員從生態(tài)角度防治配電線路鳥害，盡量做到不拆鳥巢，如果迫不得已，盡量避免繁衍季節(jié).

2.1 安裝驅(qū)鳥裝置一般在絕緣子端安裝風(fēng)動(dòng)驅(qū)鳥器、超聲驅(qū)鳥器、擋板驅(qū)鳥器和防鳥刺等驅(qū)鳥設(shè)備.其中風(fēng)動(dòng)驅(qū)鳥器、超聲驅(qū)鳥器通過恐嚇鳥類達(dá)到驅(qū)鳥目的，但時(shí)間一長，鳥類不再恐懼，仍然就地筑巢.擋板驅(qū)鳥器和防鳥刺直接在絕緣子附近關(guān)鍵區(qū)域安裝，直接給鳥類筑巢造成麻煩，從而減少桿塔鳥類筑巢數(shù)量，從而減低鳥害故障.

2.2 配電線路絕緣化改造配電線路絕緣化改造之前應(yīng)充分了解和掌握線路狀況、負(fù)荷情況、通道情況、交跨情況和布局情況，加大主干、分支線路線徑，提高配電網(wǎng)承載能力和供電可靠性；沿路、沿邊、沿負(fù)荷中心布局，減少與道路、樹木、民房及其他線路交跨，降低通道隱患.主要改造思路：

1)根據(jù)鳥害區(qū)域分布情況，給予鳥害嚴(yán)重區(qū)域適當(dāng)傾斜；

2)采取“先干后支”的步驟，優(yōu)先安排主干線及大分支線改造，保證主干線路的絕緣化率得到較大提高；

3)充分考慮運(yùn)維人員工作承載力，合理平衡工作任務(wù)；

4)按照排定計(jì)劃開展改造工作，每年對改造情況進(jìn)行分析，根據(jù)實(shí)際情況時(shí)給予計(jì)劃調(diào)整.

配電線路絕緣化改造分為全絕緣化改造和局部絕緣化改造.全絕緣化改造是將架空裸導(dǎo)線全部更換為絕緣導(dǎo)線，同時(shí)對線夾接頭、柱上斷路器等裸露部位進(jìn)行絕緣包覆，做到線路全絕緣，徹底解決架空線路鳥巢、異物、樹木等影響線路安全運(yùn)行、造成線路頻繁跳閘的問題，湖州地區(qū)德清縣配電線路全絕緣化改造由2014年的36.9%，到目前的67.2%，絕緣化改造逐年提升.

配電線路局部絕緣化改造是對架空配電線路容易發(fā)生鳥害故障的裸露部位采用絕緣材料進(jìn)行包裹，達(dá)到與外界絕緣的效果.包括加裝裸導(dǎo)線絕緣護(hù)罩，開關(guān)隔離刀閘及接頭安裝絕緣護(hù)套，各耐張及分支引線更換為絕緣導(dǎo)線，各引線并溝線夾包覆絕緣膠帶等措施，如圖6所示.

圖6 配電線路局部絕緣化改造圖

圖7 鳥害區(qū)域年分布特征

局部絕緣化改造與全絕緣化改造相比，最大優(yōu)勢在于成本低，可以明顯降低線路受鳥害影響較嚴(yán)重部位的故障率.不足之處在于需要停電實(shí)施，并且點(diǎn)多面廣，施工作業(yè)時(shí)現(xiàn)場的安全管控風(fēng)險(xiǎn)較高.配網(wǎng)架空線路絕緣化改造需逐年穩(wěn)步推進(jìn)，無法短時(shí)期內(nèi)完成.因此，在架空裸導(dǎo)線絕緣化改造完成前，結(jié)合停電計(jì)劃實(shí)施局部絕緣化措施，在短時(shí)間內(nèi)提高配網(wǎng)架空線路防鳥害等級(jí)，降低線路鳥害故障，具備一定合理性和可操作性.

根據(jù)劉春翔等[7]的研究,應(yīng)進(jìn)行重點(diǎn)防護(hù)直線絕緣子15 cm的空間區(qū)域，該區(qū)域是鳥糞閃絡(luò)的高危區(qū)域.除了鳥糞閃絡(luò)外，鳥巢和鳥的身長也有高危區(qū)域，調(diào)研區(qū)域鳥類分布情況，如表1所示.根據(jù)表中的結(jié)論，選取中白鷺的指標(biāo)作為的參考標(biāo)準(zhǔn)，開關(guān)隔離刀閘及接頭等位置安裝絕緣護(hù)套外，沿著線路兩端，一般長度超過1 m.

2.3 防治結(jié)果分析圖7為2014—2018年度鳥害分布情況，2014年開始，湖州地區(qū)德清縣鳥害故障次數(shù)上升，2015年為72次，達(dá)到高峰.2016年采用多種措施并舉，逐年推進(jìn)，實(shí)施效果初見成效，其中池塘附近鳥害由2015年38次下降到2018年15次；農(nóng)田區(qū)域由2015年23次下降到2018年9次；城郊和山區(qū)基本杜絕鳥害故障，防治效果明顯.

3 結(jié)論

本文中在調(diào)查湖州地區(qū)德清縣鳥害區(qū)域分布和時(shí)間分布的基礎(chǔ)上，給出配電線路鳥害的防治措施，主要結(jié)論如下：

1)鳥害區(qū)域分布、鳥類筑巢主要分布于池塘或者湖泊附近等濕地環(huán)境區(qū)域，呈逐年飽和上升趨勢；

2)春季3～5月為鳥類的繁衍季節(jié)，這3個(gè)月的鳥害故障約占全年的70%，秋季10月份鳥害故障次之；

3)鳥類棲息范圍、覓食區(qū)域、往返路徑以及筑巢習(xí)慣均相對固定，其中早晨鳥害事故較多，約占2/3，黃昏約占1/3；

4)除了驅(qū)鳥措施之外，配電線路絕緣化改造為主要的防鳥措施，局部絕緣化改造根據(jù)鳥巢的直徑和鳥的身長進(jìn)行設(shè)計(jì)，防治效果良好.