基于风险预警的苏州电网变电站鸟害防治

2022-09-27徐国栋顾海明闫少波

电力安全技术 2022年7期

徐国栋，顾海明，闫少波

(国网江苏省电力有限公司苏州供电公司，江苏苏州 215000)

0 引言

近年来，生态环境状况持续好转，为鸟类的繁衍和活动提供了有利条件。但是，鸟类在变电站内的活动易引起站内设备跳闸，危害设备安全与供电可靠性。目前，鸟害已成为影响变电站安全稳定运行的重要隐患之一。苏州是中国重要的工商业城市，境内变电站数量多，而苏州境内的山林、湿地等多元化环境使其成为鸟类栖息繁殖的理想区域。苏州电网的变电站鸟害问题较为突出，仅2019—2020年就巡视发现变电站内可能引发设备跳闸停电的隐患鸟窝371个。

目前，已有专家学者对电力系统鸟害问题进行了研究，并取得了一定成果。文献[1-5]分别针对具体电网，基于历史数据对输电线路鸟害特征进行了统计分析，绘制了鸟害分布图，并给出了输电线路防鸟害建议。然而，上述文献仅聚焦于输电线路鸟害问题，未涉及变电站鸟害问题的分析讨论，结论建议难以直接用于变电站鸟害防治工作。文献[6]介绍了变电站已采用的鸟害防范措施，包括电噪音器、闪光器、丙烷枪等。文献[7]提出了一种新型激光驱鸟装置，采用绿色激光，可实现360°旋转。文献[8]研发了一种变电站门型架构防鸟网，可实现门型架构防鸟全覆盖，降低了构架下方主变鸟害跳闸风险。文献[9]分析了变电站鸟害原因，总结了鸟害防治技术措施，给出了鸟害防治建议。文献[6-9]均侧重于论述变电站已采用或新研发的驱鸟设备。目前，变电站的鸟害防治方法主要有两类：变电站鸟害巡视和站内配置驱鸟设备。变电站鸟害巡视多与设备日常巡视结合进行。苏州电网由于变电站数量多，值班员日常巡视任务繁重。这就意味着值班员需在有限时间内巡视大量设备，加之缺少对变电站不同月份鸟害风险的量化认识，导致鸟害巡视质效欠佳。驱鸟设备多为固定永久布置，而鸟类适应能力强，在鸟类适应后，设备驱鸟效果下降明显。总的来说，变电站鸟害防治工作仍存在前瞻性不够、针对性不强的问题，降低了鸟害防治工作的质量与效率。因此，有必要开展基于风险预警的变电站鸟害防治方法研究，通过预先掌握变电站不同时段的鸟害风险特性，有针对性地采取措施，从而提高变电站鸟害防治效果。

下面从变电站类型、地理位置两个维度分析苏州电网变电站鸟害特征，随后提出变电站鸟害风险指标，并利用专家打分法与层次分析法相结合的综合评价法确定相关参数，然后进行变电站鸟害风险等级划分，提出不同风险分级的相应防治措施，并给出变电站鸟害防治方法的具体实施步骤，以指导鸟害防治工作，更好保障电网安全稳定运行。

1 苏州电网变电站鸟害特征

变电站鸟害的基本形式有2种：鸟窝危害和鸟粪闪络[9]。鸟窝危害是指鸟类筑巢材料下落短接下方的套管、绝缘子串等，引起开关跳闸；鸟粪闪络是指鸟粪污染套管、绝缘子等，使其绝缘水平下降，导致闪络引起开关跳闸。综合现场数据，变电站内鸟窝危害更为突出，以下所称变电站鸟害指鸟窝危害。基于苏州电网某变电运维班管辖变电站的2019—2020年鸟害统计数据，开展变电站鸟害特征分析。

1.1 变电站类型

变电站包括户外型、半户内型、户内型三类(具体分类见表1)。为更好地说明变电站类型与变电站鸟害间关系，依据不同变电站类型，统计变电站的数量和鸟窝数量，结果如图1所示。

表1 变电站类型分类

图1 不同类型变电站数量与隐患鸟窝数量

由图1可知，变电站类型对变电站内发现的鸟窝数量影响显著。户外型、半户内型、户内型变电站数量占比分别为 51.11 %，13.33 %，35.56 %，但鸟窝数量占比分别为96.55 %，3.45 %，0。其中，220 kV户外型A类变电站发现的鸟窝数量最多，高达70个。这是由于220 kV户外型A类变电站户外面积大、设备多，存在众多易于鸟类筑巢的孔、洞等，对鸟类筑巢的吸引力最大。

需指出的是，户内型变电站由于主变与配电装置均在户内，基本不受鸟害影响。因此，重点关注户外型与半户内型变电站的鸟害防治问题。

1.2 变电站地理位置

变电站地理位置不同会导致变电站周边人员密集程度以及鸟类获取食物区域的差异，进而影响变电站对鸟类筑巢的吸引力。苏州地区鸟类食物较为充足，依据变电站周边人员密集程度将变电站周边区域划为居民区、工业区、农业区三类，人员密集程度关系如下：居民区＞工业区＞农业区。采用网络地图、现场调研相结合的方式，对变电站周边1 km范围内区域进行调研，确定各变电站周边最主要区域类型。图2给出了不同位置变电站发现的隐患鸟窝数量。

图2 不同地理位置变电站隐患鸟窝数量

由图2可知，变电站周边人员密集程度对站内发现的鸟窝数量有较为明显的影响，具体表现为：变电站周边人员稀疏，站内发现的鸟窝数量多，变电站对鸟类筑巢的吸引力强。

2 变电站鸟害风险评价

为有效量化变电站鸟害风险，提出变电站鸟害风险指标，并采用综合评价法确定相关参数。

2.1 变电站鸟害风险指标

变电站类型与变电站地理位置均会显著影响变电站对鸟类筑巢的吸引力。同一变电站在不同月份对鸟类筑巢的吸引力存在差异：在鸟类繁殖期，变电站对鸟类筑巢吸引力强，反之弱。鉴于此，提出了变电站鸟害风险指标和筑巢吸引力指标，如式(1)(2)所示。

式(1)中：µi,t为变电站i在t月的鸟害风险指标，指标取值越大，变电站鸟害风险越大；αi为变电站i的鸟类筑巢吸引力指标，该指标量化了变电站空间属性对鸟类筑巢吸引力的影响；βt为t月的吸引力修正因子。

式(2)中：xi，yi分别为变电站i的变电站类型与变电站地理位置指标；u，v分别为变电站类型、地理位置指标在鸟类筑巢吸引力指标中的权重系数。

2.2 综合评价法应用

采用专家打分法与层次分析法相结合的综合评价法确定变电站鸟类筑巢吸引力指标、月度吸引力修正因子。

2.2.1 变电站鸟类筑巢吸引力指标

1.1节“变电站类型”与1.2节“变电站地理位置”分别基于鸟害历史统计数据，分析了变电站类型、地理位置与变电站发现的隐患鸟窝数量间关系。隐患鸟窝数量的多少可反映变电站鸟类筑巢吸引力的大小，隐患鸟窝数量越多反映变电站鸟类筑巢吸引力越大。需注意的是，变电站户外敞开式设备数量越多，鸟类潜在筑巢位置越多，变电站鸟类筑巢吸引力也相应较大。因此，基于1.1节与1.2节统计分析结果以及不同类型变电站户外设备类型与数量，参照10位专家的意见，采用专家打分法确定变电站类型、地理位置指标的取值，分别如图3、图4所示。其中，指标取值越大，变电站对鸟类筑巢的吸引力越大，变电站越容易发现鸟窝隐患。

图3 变电站类型取值

图4 变电站地理位置取值

采用层次分析法确定变电站类型、地理位置指标的权重系数。基于1～10分度法，结合专家意见，构建判断矩阵如表2所示。变电站类型决定了站内适宜鸟类筑巢的位置数量多少，综合图1与图2，其对鸟窝数量的影响要明显强于变电站地理位置。

表2 判断矩阵

经求解，变电站类型、地理位置指标的权重系数分别为 0.875，0.125，一致性指标CI为 0，具有完全一致性，满足要求。

2.2.2 月度吸引力修正因子

鸟类临近或处于繁殖期时，具有较强的筑巢需求。因此，有必要研究变电站筑巢鸟类的繁殖期，进而修正不同时间的变电站鸟类筑巢吸引力指标。

据统计，变电站鸟类筑巢位置主要包括刀闸基座、开关机构箱、门型架、流变底座、主变本体瓦斯继电器防雨罩等。这些位置类似于自然界中大树枝杈、窟窿、洞穴、缝隙等。此外，变电站地理位置虽不同，但附近均有人活动，存在人类活动设施。由此推断，鸟类筑巢位置应涵盖大树枝杈、窟窿、洞穴、缝隙等，并且鸟类栖息环境应包括道路、公园、农田等人类活动区域的全部或部分。

截至2018年5月，苏州地区共观察记录鸟类346种，隶属21目63科[10]。考虑到同一科鸟类具有相似特性，在此以鸟类科目为筛选对象：每科选一种代表性鸟类，调研鸟类的外形特征、栖息环境、鸟巢特点等信息，根据变电站鸟类筑巢特点，筛选出15科鸟类为变电站潜在的筑巢鸟类[11-12]。图5给出了这15科代表性鸟类的繁殖期分布。据调研，变电站曾出现鸟窝破坏后，非猛禽类鸟攻击值班员的情况。由此推测，变电站筑巢的某些鸟类具有一定攻击性。雀形目鸦科、鸫科等具有类似特性，宜引起关注。

由图5可知，代表性鸟类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(白腰文鸟)的繁殖期较长，横跨全年。

结合图5，采用专家打分法，确定12个月的吸引力修正因子，如图6所示。

图5 15科变电站潜在筑巢代表性鸟类的繁殖期

图6 月度吸引力修正因子

在鸟类主要繁殖期(3—7月)，吸引力修正因子为1，在9—12月，绝大多数鸟类不处于繁殖期，变电站对鸟类筑巢的吸引力最低，吸引力修正因子为0.1。需注意，1月和2月是鸟类非主要繁殖期向主要繁殖期过渡的重要阶段，部分鸟类开始衔材筑巢，吸引力修正因子逐渐增大，分别为0.4，0.7。

3 变电站鸟害防治方法

3.1 变电站鸟害风险等级

为了便于变电站鸟害风险管控，基于鸟害风险指标提出一种变电站鸟害风险等级划分方法，设置相应鸟害防治措施，降低鸟害风险。

变电站鸟害风险等级划为3级，分别为一级、二级、三级，风险大小为一级＞二级＞三级，划分标准及相应防治措施。其中，鸟害风险阈值可选用重点关注变电站的鸟害风险指标值。

3.2 变电站鸟害防治方法的实施步骤

由于鸟害具有周期特性，实际生产中变电站鸟害防治工作通常以年为周期。基于风险预警的变电站鸟害防治方法实施步骤，如图7所示。

图7 变电站鸟害防治方法实施步骤

首先，输入基础数据，包括变电站鸟类筑巢吸引力指标、月度吸引力修正因子、鸟害风险阈值等；随后，计算各变电站的鸟害风险等级指标，并参照分类标准划分变电站鸟害风险等级；然后，针对不同风险等级，采取相应防治措施，每月更新调整，直至全年结束。变电站鸟害风险等级划分及防治措施如下：

(1) 一级，µi,t≥µrt,1，增加巡视频率，尽快处理高危鸟窝；向巡视值班员发送变电站鸟窝统计数据，包括发现位置、时间等；着重检查施工单位清理后的户外设备区工作现场，开展户外设备区高危筑巢材料集中清理；保证驱鸟设备正常工作，增加临时移动驱鸟设备。

(2) 二级，µrt,1＞µi,t＞µrt,2，正常巡视频率，尽快处理高危鸟窝；着重检查施工单位清理后的户外设备区工作现场，开展户外设备区高危筑巢材料集中清理；保证驱鸟设备正常工作。

(3) 三级，µi,t＜µrt,2，正常巡视频率，结合生产计划适时处理鸟窝；注意检查施工单位清理后的户外设备区工作现场；安排驱鸟设备检修。

其中，µrt,1，µrt,2分别为鸟害风险阈值1与鸟害风险阈值2，且µrt,1＞µrt,2。

4 算例分析

以苏州电网某变电运维班管辖的变电站为例，验证所提方法的有效性。运维班管辖变电站45座，其中户外型变电站23座、半户内型变电站6座、户内型变电站16座。图8进一步给出了运维班管辖的不同类型户外站、半户内站的数量。

图8 运维班管辖的不同类型户外站、半户内站数量

在变电站鸟害风险等级划分中，参照专家意见，鸟害风险阈值1取为变电站7 (220 kV户外型C、周边区域为农业区) 2月的鸟害风险指标，数值为0.437 5；鸟害风险阈值2取为变电站26 （35 kV户外型、周边区域为农业区) 2月的鸟害风险指标，数值为0.253 8。参照表3，变电站鸟害风险等级的划分标准如图9所示。

图9 变电站鸟害风险等级划分标准

如图9所示，当变电站鸟害风险指标不小于鸟害风险阈值1时，变电站鸟害风险等级为一级；当变电站鸟害风险指标小于鸟害风险阈值2时，变电站鸟害风险等级为三级；当变电站鸟害风险指标介于风险阈值1与阈值2之间时(包含阈值2，但不包含阈值1)，变电站鸟害风险等级为二级。

表3给出了运维班管辖的户外站、半户内站全年12个月的鸟害风险指标及鸟害风险等级。其中，深灰、浅灰、白底色分别表示鸟害风险等级一级、二级、三级。由表3可知，各变电站全年12个月的鸟害风险指标范围是 [0.028 8， 0.800 0]。变电站鸟害一级风险集中在2—7月，二级风险分布在1—8月，各变电站9—12月间鸟害风险较低，均为三级风险。由此可知，变电站鸟害风险指标与鸟害风险等级可有效量化变电站鸟害风险，进而参照分级采取针对性措施，降低变电站鸟害风险。