山東電網(wǎng)高壓輸電線路防鳥害研究

劉洪正，姚元璽

（1.國網(wǎng)山東省電力公司電力科學研究院，山東濟南250002；2.山東電力工程咨詢院有限公司，山東濟南250013）

·專題論述·

山東電網(wǎng)高壓輸電線路防鳥害研究

劉洪正1，姚元璽2

（1.國網(wǎng)山東省電力公司電力科學研究院，山東濟南250002；2.山東電力工程咨詢院有限公司，山東濟南250013）

針對鳥害危及輸電線路安全運行的問題，首先分析鳥害故障的類型和特點，重點討論鳥糞閃絡機理。同時對山東電網(wǎng)輸電線路的鳥害特點和防鳥害措施進行分析，提出根據(jù)鳥害程度采取不同的防鳥害措施。最后給出了可供運行單位參考的防鳥害建議。

山東電網(wǎng)；輸電線路；鳥害

0 引言

山東地處暖溫帶，自然環(huán)境多樣，鳥類食物豐富，為許多鳥類棲息、繁殖或越冬提供了良好條件，是南來北往的許多鳥類的必經(jīng)之地。山東鳥類資源非常豐富，境內共有鳥類37種，406個亞種，占全國鳥類種數(shù)的31%。

近幾年，隨著人們愛鳥意識的增強和國家對槍支的嚴格控制，鳥的數(shù)量大增，而可供鳥棲息的高大樹木、山林在減少，迫使鳥在輸電線路桿塔上降落、棲息。隨著輸電線路的不斷增加，相對以往，鳥類活動影響輸電線路安全運行的不穩(wěn)定因素增加了許多，特別是鳥類在輸電線路筑巢、排泄等行為，嚴重威脅了輸電線路的正常運行［1］。能否有效解決鳥害閃絡問題，直接關系到輸電線路的安全運行。

1 國內外研究現(xiàn)狀

1.1 國外偏重于考慮保護鳥類

國外研究表明，輸電線路上發(fā)生的鳥類死亡主要歸因于高壓電擊，尤其是在遷徙季節(jié)，為了避免此類事故發(fā)生，國外的鳥類保護組織通過各種形式對輸電線路致使鳥類死亡展開研究，以此來影響地方政府立法保護遷徙鳥類［2-3］。國外通過研究得出如下結論：第一，鳥類的大量死亡是受輸電線路的位置影響的，位于鳥類聚集區(qū)和鳥類遷徙路線的輸電線路導致鳥類的死亡率偏高；第二，能見度低更易于導致鳥撞線路事故的發(fā)生；第三，翅長的鳥類在線路上停落比活潑敏捷的小鳥停落在電線上的致死率高。美國魚類和野生動物機關部門（USFWS）報道了一個保守數(shù)字，每年由于鳥撞高壓電線引起的鳥類死亡約占1／100。

1.2 國內主要研究鳥類對輸電線路的危害

我國電力部門對鳥類和輸電線路關系的認識，主要表現(xiàn)在鳥類對輸電線路造成的危害以及如何預防鳥害故障的發(fā)生［4-5］。據(jù)不完全統(tǒng)計，內蒙古、新疆、湖北、山西、甘肅、吉林、山東等省公司在輸電線路鳥害事故的防治上都進行了大量的研究，主要集中在鳥害形成、鳥害發(fā)生地點的環(huán)境、鳥害發(fā)生的規(guī)律性以及防鳥、驅鳥設施的研究等方面。其中，以防鳥、驅鳥設施的研究最為突出。

2 鳥類活動對架空輸電線路的危害

鳥類活動對輸電線路可造成不同程度的危害，導致線路跳閘，甚至造成局部范圍的供電中斷，給企業(yè)生產(chǎn)及城鄉(xiāng)居民生活等帶來較大影響。

2.1 鳥害事故的類型

鳥在輸電線路桿塔上筑巢，樹枝、鐵絲等巢材縮小了大部分絕緣子的絕緣距離，遇到霧、雨等潮濕天氣時，附有一定污穢的樹枝等巢材受潮后絕緣大幅下降，造成相對地或相間短路故障。這類故障一般發(fā)生在相對地和相間距離較小的10kV和35kV線路上。如果在木橫擔線路上筑巢，因放電接地甚至引起燒桿或燒斷橫擔事故。

小型群居鳥類長期活動于某一桿塔，造成絕緣子表面堆積大量鳥糞，遇到霧、毛毛雨天氣時，帶有導電離子的糞便潮解，使線路外絕緣水平降低，可導致絕緣子表面放電，甚至發(fā)生污閃故障。

鳥（尤其是猛禽、大型涉禽）在橫擔上叼食小動物時，小動物短接線路引起線路接地跳閘。

一些大體型鳥類，如鶴類、鷹類，當其站在絕緣子上方的桿塔橫擔上排泄的糞便具有合適的粘稠度和一定的電導率時，在絕緣子串附件可形成一條具有一定導電性的細長通道，易造成導線對橫擔放電、絕緣子閃絡等故障，此種情況比較常見。

大型鳥類在飛翔或爭斗時，從導線間隙通過造成相間短路或單相接地。

2.2 鳥害事故的特點

季節(jié)性。鳥害是季節(jié)性線路故障，在全年中各月份均有發(fā)生，其中，鳥類在春秋兩季的遷徙季節(jié)是鳥害發(fā)生最為嚴重的時段。每年的4—5月是鳥類筑巢繁殖的季節(jié)，鳥在鳥巢附近活動頻繁增加了鳥害事故發(fā)生的幾率。另外4—5月、9—10月候鳥遷徙過程中，往往愿意棲息在附近有水、森林的輸電線路桿塔上，其起降、排糞等行為都增加了鳥害故障的發(fā)生［6］。

時間性。鳥害故障多發(fā)生在夜間18點至次日8點，尤其集中在凌晨3點到6點這一時段。因為一天中這個時段的系統(tǒng)電壓最高，溫度最低，濕度最大，風速最小，所以絕緣子表面凝露，污層濕潤，線路的絕緣水平較低，鳥在絕緣子上方的橫擔上排便有可能造成絕緣子串閃絡故障。

繼發(fā)性。由于鳥類活動的區(qū)域是一個比較固定的范圍，鳥類的棲息及筑巢地點一般也不會隨意改變，若在某個桿塔上發(fā)生鳥害故障，則有在短時間內重復發(fā)生或相隔幾天后再次發(fā)生的可能。

3 鳥糞閃絡機理

清華大學聯(lián)合華北電科院曾對220 kV、500 kV的復合絕緣子進行過鳥糞閃絡的仿真和實驗，針對下列3種鳥糞閃絡的主要類型，進行了前兩種的閃絡仿真［7］。

根據(jù)現(xiàn)場調研和故障分析，鳥糞閃絡主要有以下3類。

第一類是鳥排便時，鳥糞沿絕緣子（串）外側下落，不污染或少量污染絕緣子（串），直接造成導線側（高壓）與橫擔側（地電位）之間的短路放電，導致線路跳閘。

第二類是鳥排便時，鳥糞附著于絕緣子（串）上，嚴重污染絕緣子（串），造成導線側（高壓）與橫擔側（地電位）之間的短路放電，導致線路跳閘。

第三類是鳥排便時，鳥糞附著于絕緣子（串）上，污染絕緣子（串），但未立即造成閃絡。在潮濕氣候條件下，鳥糞與絕緣子表面積累的其它污穢共同作用形成沿面閃絡。這種形式的鳥害掉閘類似于普通污閃，但對于硅橡膠復合絕緣子則有所區(qū)別：對于普通污穢，憎水性易于遷移至污穢上；但由于鳥糞成團出現(xiàn)，憎水性也不易遷移至鳥糞表面，因此，其耐污性能也得不到發(fā)揮。

通過鳥糞閃絡仿真計算，有下列結論。

1）鳥糞排出后，以自由落體的方式下落，形成細長的下落體。長條形鳥糞通道下落過程是一個不斷拉伸延長的過程，鳥糞到達絕緣子高壓端附近時的長度要比剛開始下落時長得多。鳥糞通道具有一定的導電性，該細長通道的介入使絕緣子周圍的電場分布發(fā)生嚴重畸變，絕緣子高壓端與通道的前端之間空氣間隙的電場強度大大增強，這一段空氣間隙上承擔了絕緣子的大部分電壓。當達到擊穿場強后，間隙擊穿，形成局部電弧。若鳥糞的電導率和粘稠度比較合適，具有一定導電性的連續(xù)的鳥糞通道超過一定長度時，局部電弧最終導致絕緣子空氣間隙擊穿。

2）鳥糞閃絡故障發(fā)生在110kV和220kV輸電線路上的較多。由于絕緣子距離不是很長，鳥糞通道可以較為連續(xù)地跨越這一長度。況且110kV和220 kV復合絕緣子兩端采用均壓環(huán)，這不僅減少了絕緣距離，而且還進一步加大了可能發(fā)生閃絡的鳥類排糞范圍。因此，110 kV和220 kV復合絕緣子較易發(fā)生鳥糞閃絡。研究表明，鳥糞通道離110 kV絕緣子13 cm左右時，絕緣子的閃絡概率約為50%；小于這個值時，絕緣子的閃絡概率為100%［7］。對于220kV的復合絕緣子串，當鳥糞沿絕緣子表面下落時，長度達到1.5 m到1.8 m之間時容易發(fā)生閃絡。

3）500 kV復合絕緣子串閃絡所需的鳥糞通道長度要比220 kV絕緣子串長得多。而實際中鳥糞能夠形成如此長的連續(xù)通道的幾率小，因而500 kV復合絕緣子串發(fā)生鳥糞閃絡故障率較110 kV和220 kV線路小得多。但是近年500 kV線路運行中也發(fā)生鳥糞閃絡故障。

4 山東電網(wǎng)鳥害調查

4.1 地域特征

山東省鳥害事故的多發(fā)地域是東部沿海的青島、日照及中部泰安、濰坊、濱州市等地。從歷次閃絡地點看，鳥害事故的發(fā)生地點則多集中在平原、丘陵、田間等地。從山東省地形氣候特征總結分析鳥的活動區(qū)域，主要集中在河道、沿海、林區(qū)等有食物有水源的地段棲息做巢，該地段則是易引發(fā)鳥害事故的區(qū)域。

4.2 電壓等級

110～500 kV線路鳥害故障主要由鳥糞造成絕緣子閃絡引起的。在35～500 kV線路上均發(fā)現(xiàn)有被鳥啄傷的復合絕緣子。

4.3 桿塔類型及故障特征

從故障線路桿塔類型統(tǒng)計，直線桿塔、耐張桿塔都有。閃絡故障，直線桿塔閃絡故障主要是由于鳥在絕緣子串上方橫擔棲息時，鳥糞短接空氣間隙引起故障跳閘，在橫擔、導線、絕緣子串及部分金具上有燒傷痕跡。耐張桿塔閃絡故障主要發(fā)生在引流線與橫擔之間，鳥糞短接空氣間隙引起跳閘，燒傷點表現(xiàn)在橫擔下方和引流線上方。鳥啄的復合絕緣子大多發(fā)生在未帶電運行的線路上，被鳥啄損的部位大都集中在均壓裝置附近。

直線桿的閃絡桿型主要是拉線與橫擔夾角小于40°的中相和邊相等桿型。

直線塔閃絡塔型主要是酒杯型塔中相、邊相、貓頭塔型的中相。

4.4 絕緣子形式

鳥糞引起的高壓輸電線路跳閘以空氣間隙擊穿形式為主，發(fā)生跳閘的絕緣子主要是復合絕緣子；在低壓配電線路由實物造成的直接接地和短路故障與絕緣子結構形式無關；水平串和“V”形串復合絕緣子被鳥啄傷的情況較為突出。

4.5 故障時間

110～500 kV線路鳥害故障多發(fā)生在22∶00—07∶00，春秋季閃絡次數(shù)較多。鳥啄復合絕緣子大多發(fā)生在未帶電運行的線路上。

4.6 引起跳閘的鳥類

根據(jù)對鳥害事故的統(tǒng)計，鳥的種類有喜鵲、烏鴉、灰喜鵲、老鷹、白鷺、斑鳩、鴿子、天鵝、仙鶴、較大的海鳥等。在發(fā)生的185次鳥害故障中，喜鵲引起的占54%，烏鴉引起的占26%。我省鳥害故障主要以喜鵲、烏鴉為主，110 kV及以上電壓等級線路發(fā)生的鳥害故障則主要由喜鵲、老鷹、大雁、仙鶴等引起，相對較分散。

4.7 山東電網(wǎng)輸電線路防鳥害措施

國網(wǎng)山東省電力公司自2002年9月開始，主要按照高壓輸電線路以安裝防鳥刺為主，全省開始大面積的進行鳥類災害的治理。

4.7.1 110～500 kV高壓輸電線路

在高壓輸電線路上安裝防鳥刺、防鳥隔板和采用新型復合均壓環(huán)的復合絕緣子來防止鳥害事故的發(fā)生。防鳥刺應具備三個條件：一是牢固；二是美觀；三是防銹，不能因為防鳥刺問題導致線路跳閘。在安裝防鳥刺時要將其完全打開成傘面，打開幅面角度185°～190°，使防鳥刺離塔材高度約5 cm，防止鳥從防鳥刺下方進入防護范圍。對垂直排列的線路，可考慮采用復合均壓環(huán)。考慮到性價比和安裝方便性，復合均壓環(huán)比較適合110 kV線路，220 kV線路復合均壓環(huán)少量使用［8-9］。

4.7.2 防止鳥啄復合絕緣子

通過加強巡視，及時發(fā)現(xiàn)被鳥啄損的復合絕緣子；通過改進包裝、改變均壓裝置等措施來減少鳥啄復合絕緣子事件的發(fā)生。

加強巡視和維護。對鳥類活動頻繁地區(qū)建議加強運行復合絕緣子的巡視和維護，有針對性地逐基檢查。若發(fā)現(xiàn)鳥啄損害至芯棒或密封破壞，應及時進行更換。

選用防鳥害均壓環(huán)。建議將復合絕緣子上均壓裝置改造為防鳥糞型均壓裝置，以防止鳥啄損復合絕緣子上均壓裝置附近的傘套［10］。

改進包裝。輸電線路在投運前采用防鳥害包裝，在送電前，防鳥包裝隨復合絕緣子串一塊掛到鐵塔上。送電前，用專用裝置可輕易地將包裝拆除。

5 防鳥害優(yōu)化措施

由于鳥害對輸電線路的危害主要體現(xiàn)在鳥糞引起的閃絡跳閘、鳥啄絕緣子。因此，主要側重上述兩方面危害的設計優(yōu)化措施［11］。

5.1 采用防鳥害均壓環(huán)

由于鳥糞閃絡通道主要為“鳥糞通道—糞道末端與絕緣子串間的空氣間隙—絕緣子串表面”，因此采取大盤徑的上均壓罩，不僅使鳥無法去啄絕緣子的傘裙，還可以阻擋部分下落的鳥糞，減少鳥害故障，同時還能減少冰閃幾率。

5.2 對不同鳥害區(qū)域采取不同的防治措施

通過調查本地區(qū)鳥類種類、活動習性、鳥類活動規(guī)律，合理確定防鳥害區(qū)域，以便有針對性地防鳥害措施。

對山區(qū)或林區(qū)等有鳥類棲息區(qū)域，采取安裝防鳥刺的措施。

對林區(qū)及油料作物區(qū)域和河道等水域、大型鳥類遷徙路徑附近、鳥活動頻繁的區(qū)域、重要輸電線路等，采取安裝防鳥刺和大傘裙復合絕緣子相結合的措施。

對河流、湖泊、沼澤地、水庫、養(yǎng)魚池等，大型鳥類遷徙路徑或曾有棲息跡象的區(qū)域，發(fā)生過鳥害跳閘的桿塔區(qū)域等，采取安裝防鳥刺、防鳥害均壓環(huán)、大傘裙復合絕緣子、其他驅鳥器相結合的綜合防范措施。

5.3 桿塔設計應考慮防鳥裝置安裝

目前，鋼管桿因橫擔端部較窄，安裝防鳥裝置困難。在新設計的鋼管桿時應積極與設計部門溝通，在橫擔端部設計上防鳥裝置的安裝部件，以滿足防鳥刺等防鳥裝置的安裝［12］。

6 結語

通過調查輸電線路沿線鳥類活動區(qū)域，探討鳥害故障發(fā)生規(guī)律，深入研究鳥害治理工作的相關基礎問題，制訂防鳥害計劃，并落實鳥害防范技術措施等。

建立防鳥裝置專項檔案，包括線路名稱、桿塔號、相別、運行環(huán)境、制造單位、規(guī)格及數(shù)量、安裝時間、巡視檢查情況等內容。結合線路停電，檢查防鳥裝置的穩(wěn)固性、有效性、銹蝕情況等。對失效的防鳥裝置應及時進行修復或更換。

結合本地區(qū)實際，探索試用其他防鳥措施，如風車驅鳥器、防鳥擋板、驚鳥器等。通過一種防鳥裝置或不同防鳥裝置的搭配使用，進一步優(yōu)化防鳥害措施，不斷總結防治鳥害的經(jīng)驗，降低架空輸電線路鳥害故障。

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Anti-bird Damages Measures Research on High Voltage Transmission Lines of Shandong Power Grid

Bird damages become more and more serious against safe operation of high voltage transmission lines.This paper firstly analyzes the types and characteristics of the bird damages，focuses on guano flashover principle.Meanwhile，different prevention measures are supplied based on characteristics and extent of bird damages against Shandong Power Grid transmission lines.It supplies anti-bird measures according to the bird damages level.Finally，this paper gives the anti-bird damages suggestions for operation unit.

Shandong Power Grid；transmission lines；bird damages trouble

TM726.3

：A

：1007－9904（2014）03－0017－04

2014-04-08

劉洪正（1963—），男，高級工程師，長期從事超高壓電網(wǎng)技術管理工作；

姚元璽（1980—），男，高級工程師，從事高壓輸電線路設計工作。