湿地环境10 kV配电线路鸟害分析及防治

2020-06-17张广洲莫金龙孙先山邓慰徐国华郑路遥

湖北大学学报(自然科学版) 2020年3期

张广洲，莫金龙，孙先山，邓慰，徐国华，郑路遥

(1．南瑞集团有限公司(国网电力科学研究院)，江苏南京 211106；2．国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，湖北武汉 430074；3．国网浙江省电力有限公司湖州供电公司，浙江湖州 313000)

0 引言

长三角地区湖荡罗布、河道交错，一直是我国的粮仓，该地区经济高度发展，电力需求旺盛[1-4].随着我国生态建设的重视程度日益提升，滩涂、湖泊等湿地生态保护区面积迅速扩大[5-6]，给鸟类种群恢复带来了希望.但是鸟类激增引发了输配电线路故障激增，根据文献分析，220 kV、110 kV输电线路和配电线路的鸟害故障相对较多，约占设备故障的10%左右[7].

生态研究者们注意到对于电力系统的鸟类影响，如输电线路[7-9]、海上风电场[10-11]影响到鸟类的栖息地.如何通过生态手段获取解决途径，研究者们试图从鸟类觅食路径、栖息行为以及繁衍时段等关注鸟类灾害.工程技术人员通过现场调研、试验模拟等手段分析鸟粪闪络、鸟巢闪络和鸟啄绝缘子等系列输电线路故障，基于相关结果，提出了大量实用的应对措施[7, 12-14].刘春翔等调研了热带地区线路危害鸟类种群，试验分析了鸟粪闪络的影响因素，指出热带地区线路的点的防护危险区域以及绝缘子串的参考选型[7]；West和Burnham试验模拟了绝缘子串鸟粪闪络行为，分析了鸟粪闪络机理[12-13]；巢亚锋等发现输配电鸟害故障与鸟类迁徙路径和鸟类栖息行为呈现很好的对应关系[14]；张宇等根据绝缘子串现场鸟粪污染的特征参数，开展了绝缘子串鸟粪模拟污秽试验，获得了鸟粪闪络电压变化情况[15].

杭嘉湖平原位于太湖南畔、钱塘江、杭州湾北岸及天目山东侧，该区域养殖业发达，同时注重湿地生态保护，配电线路鸟害极为严重. 湖州地区德清县以平原湿地为主，湖泊纵横，河道密布，生态保护良好，湿地植物茂盛，水鸟众多，本文中以德清县为研究对象，调查该县配电线路鸟害区域分布和时间分布规律，给出鸟巢、鸟粪等灾害的机理，在此基础上，采用驱鸟、绝缘化改造等方法，降低配电线路鸟害.

1 区域配网鸟害调查分析

1.1 区域分布特征湿地通常分为自然和人工两大类，自然湿地包括沼泽地、湖泊、河流等，人工湿地主要有农田、水库和池塘等.湖州地区德清县自然湿地面积超过19%，该县以农业、养殖业为主，人工湿地约占38%(农田约占20%，水库和池塘约占18%)，主要分布在德清县的东中部.德清县的山地约占10%，主要集中覆盖在西部莫干山森林区域，配电线路鸟害分布如图1所示.

图1 德清县鸟害分布情况

从区域分布看，西部莫干山区域鸟害非常少；中部农田分布较多，鸟害比较严重；东部池塘分布较多，鸟害非常集中.养殖业的兴起和农田的精耕为鸟类繁衍保证了食物来源，自然湿地环境扩大提供了栖息场所，配电杆塔成为鸟类栖息和驻巢的理想选择，这些均是配电线路鸟害的主要因素.

对配电线路附近鸟类活动进行调查，2014—2018年的调查数据显示，配电杆塔鸟类筑巢呈逐年饱和上升趋势，湿地附近配电杆塔在繁衍季节几乎被鸟类筑巢占满.鸟巢主要分布在中东部湿地环境区域，每年鸟类筑巢约400个，农田次之，每年鸟类筑巢约200个，城郊鸟类筑巢约50个，山区较少，如图2所示.

图2 鸟巢区域分布特征

图3 鸟害月份分布情况

引起线路故障的鸟类主要有白鹭、池鹭、夜鹭等涉禽以及喜鹊、灰喜鹊、乌鸦和八哥等攀禽.涉禽集中在池塘、农田和河流等区域觅食，在配电线路上暂时停留；攀禽觅食后喜欢长时间在配电线路上停留并筑巢.

1.2 时间分布特征以湖州地区德清县2014—2016年为例，分析月度鸟害分布情况，并分析鸟害高峰期2014年4月18日、2015年4月23日和2016年4月12日的24小时分布情况，探索鸟害的时间分布特征.

图3为湖州地区德清县月度鸟害的分布情况，春季3～5月为鸟类的繁衍季节，这3个月鸟害超过40次，占全年的70%，其中4月超过20次，约占全年的1/3.受候鸟迁徙和鸟类觅食过冬的影响，10月出现第二次小高潮.4月鸟类忙于筑巢、繁衍哺育，此期间大量的鸟巢出现在线路杆塔上，鸟类就近采集稻草、枯树枝、藤蔓甚至铁丝进行筑巢，这些巢材在阴雨天气或者露水潮湿环境中，导电性提高，配电线路附近巢材容易引起单相接地故障或者相间故障，这是直接导致鸟害上升的原因之一[16].典型鸟类如表1所示.

对于繁衍季节的鸟类，栖息范围、觅食区域、往返路径以及筑巢习惯均相对固定，2015年4月23日24小时的鸟害分布情况如图4所示.早晨3点到7点间鸟害事故较多，约占全天的2/3；黄昏时的鸟害次之，约占全天的1/3.喜鹊、乌鸦等攀禽一般喜欢在白天活动，夜晚会栖息在电杆或线路上，对于绝缘化改造较低的配电线路，鸟类清晨排泄行为容易造成跳闸停电事故.椋鸟喜欢清晨或者黄昏集体飞翔活动，路径相对稳定，途经配电线路可能出现排粪行为，这种集体排粪类似两相体放电[17-18]，直接出现线路短接行为，从而导致跳闸，产生鸟害跳闸事故.白鹭、池鹭、夜鹭等涉禽有一定随机性，一般清晨出巢和黄昏返巢，出现类似配电跳闸事故.

表1 鸟类情况表

图4 鸟害日分布情况

图5 鸟粪闪络示意图

喜鹊筑巢喜欢选择线路杆塔的横杆上，且位置固定，出现过鸟巢被拆10次仍然固定在某基杆塔上的事例.这种行为导致在特定绝缘子上积累大量的鸟粪，又由于鸟粪自身的电解质属性，为绝缘子污秽闪络创造条件.鸟粪闪络示意图如图5所示，其中：X1，X2为高压端和低压端的电弧长度，总弧长X为两者之和，L为泄漏距离，鸟粪淌落区的长度为L-X.当鸟粪电导率较高且绝缘子处于阴雨气候中时，会产生泄漏电流.当其流过鸟粪淌落区，经过发热、烘干等一系列作用，鸟粪前端接近绝缘子高压端时，间隙场强超过击穿场强，间隙击穿，形成局部电弧，进一步发展，最终形成沿面闪络[7].

2 综合治理研究

湖州地区是习近平总书记“两山理论”的发源地，该地区极度重视生态保护.该地区的运维人员从生态角度防治配电线路鸟害，尽量做到不拆鸟巢，如果迫不得已，尽量避免繁衍季节.

2.1 安装驱鸟装置一般在绝缘子端安装风动驱鸟器、超声驱鸟器、挡板驱鸟器和防鸟刺等驱鸟设备.其中风动驱鸟器、超声驱鸟器通过恐吓鸟类达到驱鸟目的，但时间一长，鸟类不再恐惧，仍然就地筑巢.挡板驱鸟器和防鸟刺直接在绝缘子附近关键区域安装，直接给鸟类筑巢造成麻烦，从而减少杆塔鸟类筑巢数量，从而减低鸟害故障.

2.2 配电线路绝缘化改造配电线路绝缘化改造之前应充分了解和掌握线路状况、负荷情况、通道情况、交跨情况和布局情况，加大主干、分支线路线径，提高配电网承载能力和供电可靠性；沿路、沿边、沿负荷中心布局，减少与道路、树木、民房及其他线路交跨，降低通道隐患.主要改造思路：

1)根据鸟害区域分布情况，给予鸟害严重区域适当倾斜；

2)采取“先干后支”的步骤，优先安排主干线及大分支线改造，保证主干线路的绝缘化率得到较大提高；

3)充分考虑运维人员工作承载力，合理平衡工作任务；

4)按照排定计划开展改造工作，每年对改造情况进行分析，根据实际情况时给予计划调整.

配电线路绝缘化改造分为全绝缘化改造和局部绝缘化改造.全绝缘化改造是将架空裸导线全部更换为绝缘导线，同时对线夹接头、柱上断路器等裸露部位进行绝缘包覆，做到线路全绝缘，彻底解决架空线路鸟巢、异物、树木等影响线路安全运行、造成线路频繁跳闸的问题，湖州地区德清县配电线路全绝缘化改造由2014年的36.9%，到目前的67.2%，绝缘化改造逐年提升.

配电线路局部绝缘化改造是对架空配电线路容易发生鸟害故障的裸露部位采用绝缘材料进行包裹，达到与外界绝缘的效果.包括加装裸导线绝缘护罩，开关隔离刀闸及接头安装绝缘护套，各耐张及分支引线更换为绝缘导线，各引线并沟线夹包覆绝缘胶带等措施，如图6所示.

图6 配电线路局部绝缘化改造图

图7 鸟害区域年分布特征

局部绝缘化改造与全绝缘化改造相比，最大优势在于成本低，可以明显降低线路受鸟害影响较严重部位的故障率.不足之处在于需要停电实施，并且点多面广，施工作业时现场的安全管控风险较高.配网架空线路绝缘化改造需逐年稳步推进，无法短时期内完成.因此，在架空裸导线绝缘化改造完成前，结合停电计划实施局部绝缘化措施，在短时间内提高配网架空线路防鸟害等级，降低线路鸟害故障，具备一定合理性和可操作性.

根据刘春翔等[7]的研究,应进行重点防护直线绝缘子15 cm的空间区域，该区域是鸟粪闪络的高危区域.除了鸟粪闪络外，鸟巢和鸟的身长也有高危区域，调研区域鸟类分布情况，如表1所示.根据表中的结论，选取中白鹭的指标作为的参考标准，开关隔离刀闸及接头等位置安装绝缘护套外，沿着线路两端，一般长度超过1 m.

2.3 防治结果分析图7为2014—2018年度鸟害分布情况，2014年开始，湖州地区德清县鸟害故障次数上升，2015年为72次，达到高峰.2016年采用多种措施并举，逐年推进，实施效果初见成效，其中池塘附近鸟害由2015年38次下降到2018年15次；农田区域由2015年23次下降到2018年9次；城郊和山区基本杜绝鸟害故障，防治效果明显.