上海架空輸電線路涉鳥故障分析及其防范措施

引言

隨著中國(guó)生態(tài)保護(hù)、退耕還林政策的逐年推進(jìn),我國(guó)綠地覆蓋率顯著提升。2020年全國(guó)共完成造林677萬hm2,全國(guó)濕地保護(hù)率達(dá)50%以上,城市人均公園綠地面積達(dá)14.8m2。綠化狀況的改善也為地處長(zhǎng)江口的上海地區(qū)提供了比以往更適宜鳥類生存的環(huán)境。據(jù)統(tǒng)計(jì),截至2018年底,上海實(shí)際用地面積大約為6340km2,僅占全國(guó)的0.066%,但本地記錄的鳥類達(dá)484種,超過了中國(guó)鳥類總種群(1471種）的30%。鳥類的數(shù)量擴(kuò)大,加上其活動(dòng)頻繁,妨礙了配電線路的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。據(jù)筆者對(duì)上海市崇明地區(qū)電網(wǎng)公司進(jìn)行的一次調(diào)研資料分析可知,在2020年期間,因鳥害導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)區(qū)域內(nèi)110(66）kV及以上電壓等級(jí)的配電線路屢次出現(xiàn)故障,其中供電中斷32次,約占全年供電中斷事故的1/4。由鳥類活動(dòng)引發(fā)的輸電線路故障已成為影響國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)安全運(yùn)行的重大隱患。

1上海地區(qū)鳥類資源分布特點(diǎn)

1.1上海地域概況

上海位于中國(guó)東部沿海,屬亞熱帶季風(fēng)性氣候,具有豐富的濕地資源,年平均降水量在1100～1300mm,季節(jié)分明、日照充分、雨量充沛。作為長(zhǎng)江三角洲沖積平原的一部分,上海林業(yè)用地面積1133km2(170余萬畝）,森林覆蓋率達(dá)18.2%,鎮(zhèn)區(qū)綠化覆蓋率達(dá)20%,具有11個(gè)植被類型、571個(gè)植物群落。多樣化豐富的城市森林生態(tài)系統(tǒng)框架,為不同類型的鳥類提供了良好的生活場(chǎng)所。

上海電網(wǎng)是我國(guó)最大的城市電網(wǎng),據(jù)2020年負(fù)荷用電量數(shù)據(jù)可知,全年上海全市的用電量為1576億kw·h,電力需求2850萬kw,處于持續(xù)穩(wěn)定的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。上海電網(wǎng)對(duì)變電站保護(hù)等二次系統(tǒng)的配置、設(shè)計(jì)原則及運(yùn)行管理有其特殊要求,有必要開展對(duì)變電站保護(hù)及二次系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。目前對(duì)上海電網(wǎng)中母線保護(hù)、線路保護(hù)、主變壓器保護(hù)及母聯(lián)分段保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)工作已完成,但缺乏對(duì)涉鳥故障及其應(yīng)對(duì)措施的研究。

1.2上海地區(qū)鳥類活動(dòng)情況

上海位于東亞—澳新候鳥遷徙路線的中間位置,對(duì)于鳥類而言,無論是春季從中國(guó)東南沿海沿海岸線一路北上,還是秋季將路線顛倒一路南下,在遷徙途中都要在上海停歇。據(jù)調(diào)查,上海目前已記錄484種野生鳥類,其中有78種屬于國(guó)家一、二級(jí)保護(hù)動(dòng)物,候鳥的種類大大超過留鳥。上海地區(qū)的鳥類棲息地主要為崇明東灘、南匯東灘、九段沙及部分濕地水系地區(qū),豐富的河流系統(tǒng)以及適宜的氣候都為鳥類提供了優(yōu)質(zhì)的生活環(huán)境。以崇明東灘為例,崇明東灘鳥類自然保護(hù)區(qū)棲息的鳥類是以酶、雁鴨、鷺、鷗與鶴五種為代表的遷徙鳥類。據(jù)統(tǒng)計(jì),至2010年底,該地區(qū)已環(huán)志鵒酶類共46種,其中大濱酶、黑腹濱酶和翹嘴酶是環(huán)志數(shù)量最多的3種。

2上海地區(qū)線路涉鳥故障分析

2.1涉鳥故障種類

輸電線路涉鳥故障是由于鳥類在輸電線路上活動(dòng)造成的輸電設(shè)備損壞、跳閘等故障。據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,涉鳥故障可分為如表1所示的幾種。相關(guān)研究表明,鳥糞閃絡(luò)是輸電線路鳥害最重要的原因,約占鳥類引起線路跳閘故障的90%。

2.2上海電網(wǎng)涉鳥故障統(tǒng)計(jì)與特征分析

以上海市崇明地區(qū)輸電線路為例,該地區(qū)自然保護(hù)區(qū)、生態(tài)綠地面積較大,鳥類活動(dòng)頻繁,表2為2020年該地區(qū)輸電線路的涉鳥故障情況。據(jù)統(tǒng)計(jì),當(dāng)年統(tǒng)計(jì)區(qū)域110(66）kV及以上電壓等級(jí)的配電線路,鳥類造成供電中斷共32次,約占全年供電中斷事故總數(shù)的1/4。

分析2020年上海市崇明地區(qū)輸電線路涉鳥故障情況可知,該地區(qū)的涉鳥故障主要涉及以下幾個(gè)因素:

(1）季節(jié)因素:如圖1(a）所示,鳥類活動(dòng)具有明顯的季節(jié)性。鳥類遷徙的路線較為固定,并且遷徙數(shù)量龐大,遷徙的高峰期也正是沿途輸電線路鳥害的高發(fā)期。且春季時(shí)鳥類筑巢和繁殖旺盛:秋季時(shí)農(nóng)作物豐收,鳥類食物較多?？傮w上,春秋季(尤以3月和9月為甚）鳥害發(fā)生次數(shù)較多。

(2）時(shí)間因素:如圖1(b）所示,鳥類往往在22:00—次日07:00活動(dòng)較為頻繁,此時(shí)輸電線路發(fā)生供電中斷的概率較高。夜晚空氣濕度較白天更大,鳥類在輸電線路上活動(dòng),易發(fā)生鳥糞閃絡(luò)等故障,造成供電中斷。

(3）其他因素:鳥類選擇筑巢的位置范圍有限,大多在自然保護(hù)區(qū)、生態(tài)綠地和農(nóng)田的周圍。即使巡檢人員清理了鳥巢,鳥類也很可能會(huì)在短時(shí)間內(nèi)于原位置或相近位置重新筑巢,鳥類筑巢的迅速性和重復(fù)性給清理工作造成了很大的工作難度。

3上海電網(wǎng)現(xiàn)有防鳥技術(shù)措施及其應(yīng)用評(píng)估

當(dāng)前上海電網(wǎng)采用的防鳥裝置如表3所示,基本覆蓋所有線路運(yùn)行單位。對(duì)本地防鳥裝置應(yīng)用情況進(jìn)行對(duì)比評(píng)估可知,現(xiàn)有傳統(tǒng)防鳥害裝置應(yīng)用效果具有一定局限性。

4防范架空輸電線路涉鳥故障的可行性措施

4.1輸電線路鳥害防護(hù)管理措施

(1）針對(duì)電力系統(tǒng)輸電線路分布情況,準(zhǔn)確劃分鳥害區(qū)域。準(zhǔn)確記錄適宜鳥類活動(dòng)區(qū)域的輸電線路桿塔,以及發(fā)生過鳥害的桿塔,在巡線作業(yè)時(shí)重點(diǎn)檢查,將此類桿塔列為重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象。發(fā)現(xiàn)鳥類筑巢,立即拆除,并安裝驅(qū)鳥裝置來控制相應(yīng)區(qū)域的鳥類活動(dòng)。

(2）對(duì)應(yīng)鳥害區(qū)域,在輸電線路的設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)維3個(gè)階段分別考慮鳥害防護(hù)措施。設(shè)計(jì)階段考慮驅(qū)鳥器安裝預(yù)留位置、抗鳥類糞便污染的絕緣子設(shè)計(jì):建設(shè)單位在桿塔架設(shè)時(shí),要切實(shí)執(zhí)行防護(hù)裝置的安裝工作:運(yùn)維單位要及時(shí)對(duì)輸電線路鳥害防護(hù)裝置查漏補(bǔ)缺,并及時(shí)更換受損絕緣子和驅(qū)鳥器。

(3）開發(fā)新的可有效用于輸電線路鳥害防治的高性價(jià)比驅(qū)鳥器,利于安裝,價(jià)格合理,適應(yīng)氣候變化,能夠持續(xù)發(fā)揮驅(qū)鳥功能而不影響輸電線路的安全運(yùn)行及線路檢修人員的正常作業(yè)。組建輸電線路鳥害防護(hù)班組,完善鳥害防護(hù)工作資料,加強(qiáng)鳥害防護(hù)宣傳。

4.2涉鳥故障的防治與現(xiàn)代化解決方案

目前對(duì)于輸電線路鳥害還需進(jìn)一步深入研究并提出更為有效的防治方案。多功能的驅(qū)鳥設(shè)備有助于降低裝置應(yīng)用效果的局限性,加強(qiáng)防鳥驅(qū)鳥效果,也能為架空輸電線路故障問題的解決提供新的可能。

激光驅(qū)鳥器具備覆蓋范圍廣(最大半徑可達(dá)2500m）、掃描方式多、安全無害等優(yōu)點(diǎn)。鳥類的視覺器官異常靈敏,當(dāng)其感受到強(qiáng)烈的激光照射時(shí),會(huì)驚嚇逃離。據(jù)ZDNet報(bào)道,俄亥俄州Meduri農(nóng)場(chǎng)使用由荷蘭BirdContro1Group團(tuán)隊(duì)開發(fā)的農(nóng)用激光驅(qū)鳥器,長(zhǎng)期運(yùn)行測(cè)試后,效果出色。田治富等人也提出以強(qiáng)白光和超聲波結(jié)合的思路研制多功能綜合驅(qū)鳥器。

釋放不同的聲音,以達(dá)到更好的驅(qū)鳥效果:適用于人煙稀少區(qū)域,以保障可聞聲波對(duì)居民生活的干擾性較低。

新型智能驅(qū)鳥器是目前較為先進(jìn)的驅(qū)鳥設(shè)備,基于Arduino等開源硬件平臺(tái),融入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)[14]。據(jù)鳥害防治特點(diǎn),可將新型智能驅(qū)鳥器原型設(shè)計(jì)工作拆解為鳥類檢測(cè)、驅(qū)鳥和物聯(lián)網(wǎng)通信三大主要環(huán)節(jié)。該驅(qū)鳥器將各類驅(qū)鳥方式相結(jié)合,大幅降低了人力工作成本,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了智能電網(wǎng)的監(jiān)控與維護(hù)。

5總結(jié)與建議

(1）上海地區(qū)電網(wǎng)涉鳥故障具有明顯的季節(jié)性,主要集中在3月與9月,停電時(shí)間主要集中在22:00—次日07:00,大多由鳥巢類、鳥糞類故障引起,靠近自然保護(hù)區(qū)、生態(tài)綠地和農(nóng)田的地區(qū)發(fā)生鳥害概率相對(duì)較高。鳥類筑巢具有迅速性和重復(fù)性特點(diǎn),給巡檢人員的及時(shí)清理造成了很大的工作難度。

(2）上海電網(wǎng)主要采取傳統(tǒng)驅(qū)鳥裝置來防止鳥害故障,作用范圍有限,不能主動(dòng)驅(qū)鳥。

(3）應(yīng)合理利用輸電線路鳥害防護(hù)管理措施,將新型智能鳥情監(jiān)控裝置與多功能新型綜合驅(qū)鳥裝置應(yīng)用于涉鳥故障的監(jiān)測(cè)與防范中,并結(jié)合實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),提前做好隱患處理、裝備研制等工作。

基于紅外感應(yīng)的驅(qū)鳥系統(tǒng),在滿足環(huán)境性、經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上,無須直接接觸,不對(duì)鳥類產(chǎn)生任何傷害,可在一定的距離范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)有效驅(qū)鳥。田安華等人提出利用紅外線報(bào)警系統(tǒng)來迅速提醒工作人員和驅(qū)逐鳥類。閔建平團(tuán)隊(duì)則采用將紅外感應(yīng)技術(shù)和超聲波技術(shù)相結(jié)合的方法,利用超聲波代替紅外線報(bào)警系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)有效驅(qū)鳥。

語音風(fēng)力驅(qū)鳥器利用無源風(fēng)動(dòng)能,安裝方便、免維護(hù)、壽命長(zhǎng)、清潔環(huán)保,可保障電力線路暢通且不傷害鳥類:通過在風(fēng)力驅(qū)鳥器的側(cè)面增加太陽能聲響裝置,釋放不同的聲音 , 以達(dá)到更好的驅(qū)鳥效果:適用于人煙 稀少區(qū)域 , 以保障可聞聲波對(duì)居民生活的干擾性較低。

新型智能驅(qū)鳥器是目前較為先進(jìn)的驅(qū)鳥設(shè)備 ,基于 Arduino等開源硬件平臺(tái) ,融入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)[l4]。 據(jù)鳥害防治特點(diǎn) ,可將新型智能驅(qū)鳥器原型設(shè)計(jì)工作 拆解為鳥類檢測(cè)、驅(qū)鳥和物聯(lián)網(wǎng)通信三大主要環(huán)節(jié)。該 驅(qū)鳥器將各類驅(qū)鳥方式相結(jié)合 ,大幅降低了人力工作 成本 , 同時(shí)實(shí)現(xiàn)了智能電網(wǎng)的監(jiān)控與維護(hù)。

5    總結(jié)與建議

(1）上海地區(qū)電網(wǎng)涉鳥故障具有明顯的季節(jié)性 ,主 要集中在3月與9月 ,停電時(shí)間主要集中在22:00— 次日 07:00 ,大多由鳥巢類、鳥糞類故障引起 ,靠近自然保護(hù) 區(qū)、生態(tài)綠地和農(nóng)田的地區(qū)發(fā)生鳥害概率相對(duì)較高。鳥 類筑巢具有迅速性和重復(fù)性特點(diǎn) ,給巡檢人員的及時(shí)清 理造成了很大的工作難度。

(2）上海電網(wǎng)主要采取傳統(tǒng)驅(qū)鳥裝置來防止鳥害故 障 ,作用范圍有限 ,不能主動(dòng)驅(qū)鳥。

(3）應(yīng)合理利用輸電線路鳥害防護(hù)管理措施 ,將新 型智能鳥情監(jiān)控裝置與多功能新型綜合驅(qū)鳥裝置應(yīng)用 于涉鳥故障的監(jiān)測(cè)與防范中 ,并結(jié)合實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn) ,提 前做好隱患處理、裝備研制等工作。