云南某电网架空输电线路鸟害故障分析

2023-05-26汤世彬张林华高举王勇牟诚德姚东赵拯万仁勇张必朝周剑峰

云南电力技术 2023年2期

汤世彬，张林华，高举，王勇，牟诚德，姚东，赵拯，万仁勇，张必朝，周剑峰

（云南电网有限责任公司楚雄供电局，云南楚雄 675000）

0 前言

云南某电网地处云南省中部，属于西电东送、云电送粤主通道，35～500 kV输电线路规模在云南电网排名第三。近年随着生态保护、退耕还林政策实施效果的体现，鸟类数量增长、活动频繁[1-3]，据国内数据表明：架空输电线路鸟害故障成为输电线路故障跳闸的主要原因之一[4-9]。根据该地区2013-2022年输电线路跳闸故障情况分析，输电线路鸟害故障成为仅次于雷击、山火的第三大故障原因。可见，鸟类活动对架空输电线路安全运行带来严重威胁。

1 鸟害故障类型及主要相关鸟类

鸟害故障主要因鸟类泄粪、筑巢、飞行、鸟啄等活动造成的架空输电线路故障[10-18]。大型鸟类易造成鸟粪类和鸟体短接类故障，小型鸟类易造成鸟巢类和鸟啄类故障。

鸟类在杆塔附近泄粪时，鸟粪形成导电通道引起的架空输电线路跳闸，或鸟粪附着于绝缘子上引起的沿面闪络。

1）引起鸟粪污染绝缘子闪络的鸟种较多，以鹳形目中的鹭科、鹳科，隼形目，鸮形目，雀形目的鸦科、伯劳科、卷尾科鸟类为主，主要鸟种有夜鹭、白鹭、喜鹊、灰喜鹊、大嘴乌鸦、秃鼻乌鸦、黑领椋鸟等。

2）引起鸟粪短接空气间隙的鸟类以鹳类、雁鸭类、猛禽类等体型大、食肉（鱼）的鸟类为主，主要鸟种有黑鹳、苍鹭、大白鹭、灰雁、豆雁、鹗、普通鵟、大鵟、鵰鸮等。

鸟巢故障指鸟类在杆塔上筑巢时，因鸟巢材料短接导线与杆塔之间空气间隙引起输电线路跳闸。主要涉及鸟类如鹳形目、隼形目、雀形目鸟类，主要鸟种有夜鹭、苍鹭、东方白鹳、黑鹳、红隼、喜鹊、灰喜鹊、大嘴乌鸦、秃鼻乌鸦、黑领椋鸟等。

鸟体短接故障指鸟类在活动时，身体使架空输电线路相（极）间或相（极）对地间的有效绝缘距离减少，导致空气击穿引起的架空输电线路跳闸。引起鸟体短接类故障的鸟类体型大，一般为翅展超过1.5 m的大型鸟类，主要鸟种有东方白鹳、黑鹳、大白鹭、苍鹭、大鸨、黑颈鹤、斑头雁、大鵟、普通鵟等。

鸟啄故障指鸟类啄损复合绝缘子伞裙或护套，造成复合绝缘子的损坏或闪络。引起鸟啄类故障的鸟类主要有喜鹊、大嘴乌鸦，疑似鸟种有灰喜鹊、秃鼻乌鸦、珠颈斑鸠、黑卷尾、灰椋鸟等。

2 某电网鸟害故障统计分析

该地区位于云南省中部偏北，地跨北纬24°13'～26°30'、东经100°43'～102°32'之间，属亚热带低纬高原季风气候，气候特征是冬夏季短，春秋季长；冬无严寒，夏无酷暑。地跨金沙江、红河两大水系，优越的自然资源为不同类型的鸟类提供了觅食、筑巢、繁殖的良好场所。根据文献[19-23]不完全统计数据和故障杆塔附近鸟类活动数据可知该地区常见鸟类有鹳形目、隼形目、雀形目、鸽形目、鸮形目、鹤形目、鹃形目、佛法僧目、鴷形目等14目51科类，占云南省鸟类种的18.73%。结合鸟害故障杆塔附近鸟类活动情况综合分析，该地区引起故障鸟类主要为黑鹳、白鹭、红隼、红嘴蓝鹊、黑卷尾等均属于国内鸟害故障主要危害鸟类。

2.1 输电线路跳闸故障分类统计与分析

1）云南某电网2013-2022年跳闸总体情况：110 kV及以上线路共跳闸405次，其中鸟害故障59起（均为鸟粪类故障），年平均鸟害故障率14.57%。2013～2021年某电网跳闸故障数类别统计见表1。

表1 2013～2021年110 kV及以上线路跳闸分类统计

图1为该地区2013～2022年期间不同故障类型的年平均占比分布图。

图1 不同故障类型年平均比例图

从图中可以看到该地区雷击故障跳闸率最高达到55.80%，山火故障占比17.28%，鸟害故障成为仅次于雷击、山火灾害的输电线路跳闸第三大原因，其鸟害年均故障率高达14.57%。

2）根据2013～2022年61次鸟害数据绘制鸟害故障逐年分布趋势图，见图2。

图2 鸟害故障逐年分布趋势

由图2可看出，2013-2015年，鸟害跳闸次数呈下降趋势，2015-2018年，鸟害跳闸总体呈上升趋势，且上升趋势较为明显。但出现2015、2019、2020、2021年的特例，这是因为2015年该地区气候与常年相比平均降雨量比常年偏少，干旱气候非常不适合鸟类活动，因此造成2015年鸟害故障率呈明显下降趋势。2016年后该地区降雨量明显增多，植被恢复变好，水域变多多，鸟类食物变多。为遏制鸟害频发态势，从2018年底开始集中对鸟害故障、水域附近杆塔逐年大面积安装防鸟装置，2019～2022年鸟害故障防范取得成效。由此判断，气候环境是影响输电线路鸟害故障的重要因素之一。

2.2 鸟害故障电压等级特征分析

对该地区2013～2022年在110 kV、220 kV、500 kV线路的鸟害故障进行了统计，具体数据见图3。

图3 110～500 kV各电压等级鸟害故障分布

从图3可看出，该地区鸟害故障主要集中在220 kV、110 kV线路，110 kV线路鸟害故障跳闸率最高，占鸟害跳闸总的54%。此外，该地区500 kV线路长度占比110 kV及以上线路规模的48.86%,鸟害跳闸占比仅10%，5次为500 kV紧凑型直线塔，结合国内模拟试验结果[24-26]可知：电压等级越高,空气间隙越大,鸟害故障概率越低，因此防治鸟害跳闸的工作重点应为110 kV、220 kV线路及500 kV紧凑型线路，关注常规500 kV线路。

2.3 鸟害故障重合闸特征分析

对61次鸟害跳闸的重合闸（再启动）情况统计发现，重合闸（再启动）成功60次，不成功1次，重合成功率98.36%。可知鸟害跳闸一般都能重合闸成功。主要因为在跳闸发生瞬间，电弧将导电通道内鸟粪迅速碳化，电导率较低，电弧燃烧后迅速熄灭。

2.4 鸟害故障月度特征分析

统计了61起鸟害故障发生在1-12月累计跳闸次数分布情况，见图4。

图4 月度鸟害故障分布

从图4可知：该地区鸟害呈季节性，鸟害主要集中在11月-次年4月冬春季，占比高达88.52%，特别是11-12月故障最多。主要原因为：云南总体气候适宜，冬季气候暖和，据文献[6]统计冬候鸟进入云南的时间为每年10月底，离开的时间为每年3月底到4月，而该地区属于候鸟迁徙的主要通道，冬候鸟在该地区的活动时间与输电线路鸟害跳闸的高峰时间相吻合，可见该地区鸟害跳闸主要因候鸟引起。

2.5 鸟害故障时间特征分析

图5统计了该地区61起鸟害故障在0-24时不同时段的分布情况。从图5来看，鸟害跳闸时间主要集中在夜间，尤其是22时-次日7时，占比达89.83%，最高峰出现在早6时。分析原因主要和鸟类习性有关，白天捕食、活动，夜间选择高大的杆塔上栖息，晚上将食物消化完全后排泄，或早晨清空肠道，以减轻体重，为起飞觅食做好准备。

图5 各时段鸟害故障分布图

2.6 鸟害故障杆塔特征分析

从图6统计结果可知，鸟害故障主要发生在直线单回线路上，耐张杆塔故障中相导线跳线串故障多发。主要原因有：

图6 鸟害故障杆塔形式分布图

1）因为无跳线串的相位导线分布在杆塔最下层且耐张串绝缘子近似水平布置，难以被鸟粪、树枝等桥接。

2）双回线路比同电压等级单回线路绝缘子片数更多，绝缘强度相对更高，且从杆塔结构型式来说，单回线路导线横担更适合鸟类休憩。

3）直线单回线路中相横担位于杆塔最上层，相对两边相横担范围大更加便于中大型鸟或群鸟休憩。

4）同塔双回路大部分为鼓形塔，中相横担向外伸出更多，便于鸟类下降和起飞，因此双回线路中相跳闸风险相对更高。

5）耐张杆塔中相跳线横担在杆塔最上层，相对两边相横担更适合鸟类活动。

从鸟害故障杆塔横担型式和故障相线空间位置分析统计图7可知，桁架式结构横担故障占75%，上层相导线故障占比达90%，主要原因：

图7 鸟害故障杆塔横担形式及导线空间位置分布

1）桁架结构横担吃水面朝下，适合鸟类站立，而非桁架结构横担吃水面朝上，不宜适合鸟类站立休憩。

2）上层导线位置高、开阔，适合鸟类休憩和观察周边环境，相对下层横担更安全。

2.7 鸟害故障地域特征分析

将2013～2022年故障跳闸地域、杆塔上鸟巢数据汇总至地图内，见图8、9。从图8、9和跳闸杆塔现场环境可看出鸟害故障、筑巢主要在河流、鱼塘、水库、农田附近，且附近高大树木较少，杆塔成为附近最理想的栖息地。从同区域跳闸数据、鸟巢分布情况可知，鸟类活动范围具有相对的集中性、固定性，因而鸟害故障也出现集中性、固定性、重复性的特点。

图9 2013～2022年杆塔上鸟巢分布

根据云南候鸟迁徙通道图（见图10），可知该地区候鸟迁徙通道有两条：

图10 云南地区候鸟迁徙通道图

1）主迁徙通道：大理-南华-楚雄-双柏-玉溪。

2）次迁徙通道：永仁-元谋-牟定-楚雄。将该地区跳闸地域分布情况与迁徙通路线对比可见故障杆塔分布与迁徙通道路径基本吻合。

3 鸟害故障防范措施

3.1 开展鸟类活动统计

结合日常运维对输电线路附近鸟类分布、筑巢情况、鸟类生活习性等进行统计分析，建立输电线路鸟害数据库，指导防鸟策略制定。

3.2 做好防鸟装置安装

以2013年以来引起鸟害故障跳闸杆塔及大型水域（水塘、水库及湿地）为中心，梳理6 km范围内的110 kV及以上输电线路杆塔，优先保证3 km范围防鸟装置安装全覆盖，3 km外范围杆塔根据鸟类活动情况、周边环境有针对性安装防鸟装置。

3.3 做实风险区段运维

根据历史跳闸故障信息、鸟类活动情况等划分防鸟重点时段和区段，在鸟类迁徙季节（每年10月前）来临前，对各类防鸟装置的完好性、有效性进行检查。对防鸟罩破损、缺失进行处理，对鸟刺安装数量不足、安装位置不对、打开角度不足、防鸟刺锈蚀、损坏失效的及时处理。在鸟害频发时段开展巡维和人工驱鸟，并做好鸟类习性记录。