01,、鳥害概述
張宇,、李陽林等 輸配電線路 2018-06-22 01,、鳥害概述 鳥類給自然生態(tài)增添了美麗的景觀,但也為電網運行帶來了一些麻煩,。不少鳥類選擇在高大的輸電線路桿塔上活動,,時常因筑巢、泄糞和飛行等行為,,引發(fā)輸電線路故障,。 2014、2015年,,國家電網公司110(66)kV及以上輸電線路涉鳥故障分別為138次,、170次,占跳閘總次數的12.0%,、11.2%,。 ▲圖 2009~2014年國網公司系統(tǒng)各單位輸電線路涉鳥故障次數 2008年至2013年,云南電網110kV及以上輸電線路涉鳥故障163次,,占跳閘總次數的5.3%,。 如何有效防治涉鳥故障已成為輸電線路運維工作中亟待解決的突出問題。 各運行單位開展防鳥工作時,,存在的一些典型問題包括:以運行經驗為主,,對涉鳥故障高風險區(qū)沒有統(tǒng)一的認識。防鳥裝置的選型、尺寸等參數也沒有系統(tǒng)地規(guī)范,,甚至出現了部分防鳥裝置失效的事件,。 為科學防治輸電線路涉鳥故障,應了解鳥類活動和涉鳥故障的規(guī)律,,合理劃分涉鳥故障風險區(qū),,依據不同地區(qū)的鳥類特點以及各類防鳥措施的適用范圍,實施有針對性的涉鳥故障防治措施,。 02,、線路相關鳥類習性特點 鳥類是一種非常聰明的動物。要科學有效地防治涉鳥故障,,首先要了解鳥類,,掌握線路涉鳥故障相關鳥類的習性、分布,。 2.1 線路相關鳥類多樣性 2011年至2012年,,江西師范大學、江西省電力公司在南昌,、撫州,、上饒、宜春,、九江,、贛州等地開展了線路周邊典型生境鳥類多樣性考察。共記錄鳥類93種,。 2013年至2014年,,鄭州師范學院,、河南省電力公司對河南省輸電線路集中開展野外調查,,對2003年-2013年線路涉鳥故障進行統(tǒng)計分析,記錄到涉鳥故障相關鳥類89種,。 2.2 筑巢鳥類 黑龍江佳木斯地區(qū)的活動的鳥類主要有喜鵲,、烏鴉和隼,其中筑巢鳥類主要是喜鵲,。 內蒙古錫林浩特地區(qū)筑巢的鳥類主要是烏鴉,、蒼鷹等鳥類[9]。 山東境內在輸電線路上因頻繁筑巢對運行線路造成威脅的鳥類主要是雜食型的留鳥, 例如喜鵲,、灰喜鵲,、鷹隼、貓頭鷹等,。 江西電網輸電線路上的鳥巢主要為黑領椋鳥,、喜鵲、麻雀、八哥,、東方白鸛等鳥類所筑,,其中黑領椋鳥是江西電網輸電線路鳥巢類故障的主要鳥種。 南京師范大學在2009~2010年對廣東揭陽地區(qū)的輸電線路周邊鳥類進行了調查,,發(fā)現麻雀,、金腰燕和黑領椋鳥是輸電線路及其周邊農田坡地鳥類的優(yōu)勢種,而黑領椋鳥是造成當地輸電線路故障的主要鳥種,。 根據江西師范大學和江西省電力公司實地調查,,共記錄鳥巢57個,絕大多數是黑領椋鳥的巢,,占總巢數的79.3%,。 ▼表 江西電網輸電線路桿塔鳥巢數量統(tǒng)計 不同鳥類所筑鳥巢的形態(tài)、材料及對線路的危害程度各不相同,。 ▲ 喜鵲的巢 ▲ 黑領椋鳥的巢 ▲ 東方白鸛的巢 2.3 泄糞,、電擊類故障鳥類 引起泄糞類故障的鳥類主要是大型猛禽與大型涉禽。其中引起故障的大型涉禽包括鷺類和鸛類,,但同樣是大型涉禽的鶴類,,因為后趾和前面三趾不在同一平面上,無法對握,,不能在桿塔上站立,。 黑鸛是引起山西呂梁地區(qū)輸電線路鳥糞閃絡故障的主要鳥類。 陜西漢中電網鳥糞類故障主要是由于白鷺,、黑鸛等體型較大的鳥類,。 青海省海南州330kV線路鐵塔上多次發(fā)現老鷹筑巢,故障多為大鳥泄糞引起,。 根據江西電網已有的故障記錄,,造成泄糞類、電擊類故障的鳥類有東方白鸛,、黑鸛,。其中東方白鸛分布在鄱陽湖區(qū)的東南部,主要出現在進賢縣,、余干縣和鄱陽縣,。 ▲ 東方白鸛 2012年11月,220kV豐肖線(江西)位于豐城泉港鎮(zhèn)#69塔發(fā)生一次大鳥泄糞類故障,,運行人員除發(fā)現大量鳥糞外,,還觀察到有多只黑鸛在塔上棲息。 ▲黑鸛在220kV豐肖線上活動 ▲330kV唐瑪線#137塔上棲息的老鷹(青海) ▲ 500kV孱復Ⅱ線(湖南)鳥糞類故障后地面發(fā)現的鸕鶿(魚鷹) ▲ 500kV長萬二線中相故障后地面發(fā)現的受傷的蒼鷺(重慶)現場觀察故障區(qū)段有大量蒼鷺穿越酒杯塔塔窗 ▲ 輸電線路桿塔上的東方白鸛(吉林) ▲ ±400kV柴拉線 ▲輸電線路桿塔上的大鵟(青海) ▲輸電桿塔上一群猛禽“開會”(新疆) 2.4 鳥啄類故障鳥類 啄損類故障包括對木質桿塔和復合絕緣子的啄損,。前者主要反映在美國等木質電桿仍占一定比重的國家,,而后者在我國多次出現。 2008年,運行單位在對1000kV特高壓交流線路例行檢查中,,發(fā)現500余支復合絕緣子被鳥啄食,,主要分布于河南南陽地區(qū),經調查認定為喜鵲,、灰喜鵲等鳥類所為,。 ▲復合絕緣子遭受鳥啄區(qū)域(河南) 2.5 鳥類相關習性 繁殖: 每年4至7月屬鳥類的繁殖期,為保證繁殖順利進行,,鳥類筑巢活動也最頻繁,。運行經驗表明,輸電線路的鳥巢類故障在3月至8月發(fā)生次數最多,,這與鳥類的繁殖行為密切相關,。 ▲2002~2012年江西電網輸電線路鳥巢類故障月份分布 遷徒: 兩個時段泄糞類和電擊類故障相對較多,一是候鳥集群準備遷飛的月份,,一是候鳥大量進入當地越冬月份,。這兩個時段的大型候鳥傾向于在河流、湖泊等地區(qū)集中,,一些候鳥的集群數量可達到數千只,,使得水系附近的桿塔發(fā)生泄糞和電擊類故障的概率明顯增大。 ▲2002~2012年江西電網輸電線路泄糞和電擊類故障月份分布 筑巢位置的選擇性: 部分鳥類對電力設施具有一定的偏向性,。有過繁殖經歷的鳥類出于對原巢址的依戀,,往往會多年在同一地點繁殖。運行單位發(fā)現,,有時候拆除鳥巢不但不能有效防止鳥巢類故障,,反而增加了鳥類因重新筑巢活動的次數,更易引起線路跳閘,。 ▲ 220kV分袁線鳥巢故障(江西) 領地意識: 一般一基桿塔只有一個鳥巢,。 以芬蘭的兩條同一走廊線路為例,雖然這兩條線路設計,、走廊完全相同,,早先建的線路經常發(fā)生故障,,而新建的線路卻很安全,。原因是當地的眾多大鳥占據老線路后,都不愿意搬遷到新建線路上,。 2.6 鳥類活動相關參數 鳥巢 鳥巢材料主要有稻草,、藤、狗尾草,、塑料薄膜,、樹枝等。 形態(tài)總體上一般呈圓形。 在鳥巢故障多發(fā)的九江地區(qū)觀察發(fā)現鳥巢所用的茅草一般為1~1.5m,。 鳥糞 形態(tài):有研究者利用高速相機拍攝,,發(fā)現大型鳥類的長串鳥糞可達2m,下落速度為2~5m/s,。 電導率與鹽密:經測量,,220kV樂銅線(江西)兩片大鳥鳥糞污染的絕緣子表面鹽密值分別為0.172mg/cm2和0.154mg/cm2。 03,、涉鳥故障機理 3.1 涉鳥故障 架空輸電線路涉鳥故障主要有鳥類泄糞,、筑巢、飛行,、鳥啄等活動造成的架空輸電線路故障,。 根據電力部門的運行經驗和國內外學者的統(tǒng)計分析,輸電線路涉鳥故障可細分為鳥巢類,、鳥糞類(包括泄糞類,、鳥糞污染類)、鳥體短接類,、鳥啄類,、撞擊類、次生類故障,。 3.2 鳥巢類故障 鳥巢類故障是指鳥類在桿塔上筑巢時,,較長的鳥巢材料使架空輸電線路相(極)間或相(極)對地間的有效絕緣距離減少或短接,由此而引起的架空輸電線路跳閘,。 3.3 鳥糞類故障 鳥糞類故障是指鳥類在桿塔附近泄糞時,,鳥糞形成導電通道引起的架空輸電線路跳閘,或鳥糞附著于絕緣子上引起的沿面閃絡,。 3.4 鳥體短接類故障 鳥體短接類故障是指鳥類在活動時,,身體使架空輸電線路相(極)間或相(極)對地間的有效絕緣距離減少,導致空氣擊穿引起的架空輸電線路跳閘,。 3.5 鳥巢類故障 鳥啄類故障是指鳥類啄損復合絕緣子傘裙或護套,,造成復合絕緣子的損壞或閃絡。 3.6 次生類故障 3.7 次生類故障 鳥啄類故障是指鳥類啄損復合絕緣子傘裙或護套,,造成復合絕緣子的損壞或閃絡,。 3.8 模擬實驗 為深入分析涉鳥故障機理,劃定典型桿塔的涉鳥故障風險區(qū)域,。在江西省電科院和武漢大學在高壓試驗室開展了一系列的模擬試驗,,研究典型的鳥糞污染類、鳥巢類和泄糞類故障發(fā)生的影響因素,,包括: ·模擬鳥糞染污的絕緣子串工頻閃絡試驗,。 ·模擬鳥巢材料下垂情況下絕緣子串附近間隙的擊穿特性,。 ·模擬鳥糞下落情況下絕緣子串附近間隙的擊穿特性。 1 )鳥糞的模擬: 鳥糞模擬液的污穢度用鹽密表示,,采用氯化鈉,、硅藻土和一定量的膠水配置。 第一片絕緣子涂覆絕緣子上表面180°扇形,;其它絕緣子涂污范圍為對應的180°環(huán)形,,污穢靠近傘裙邊緣,寬度為上表面半徑的一半,。 根據實驗得出: 1)鳥糞的存在,,使得絕緣子的耐污壓電壓將有一定程度的下降,嚴重情況下將僅為原污閃耐壓值的74%左右,。 2)對110kV線路,,在b級污區(qū)采用7片瓷絕緣子,在嚴重鳥糞污穢情況下,,可能在運行相電壓下閃絡,,應引起一定的重視。c級污區(qū)采用9片瓷絕緣子,,不會因鳥糞污染發(fā)生閃絡,。 3)對220kV線路,在b級污區(qū)采用15片玻璃絕緣子,,一般不會因為鳥糞污染發(fā)生閃絡,。因此從試驗數據上分析可知,在b,、c級污區(qū),,只要絕緣配置到位,一般不會因鳥糞污染絕緣子表面導致污閃,。 2)鳥巢,、鳥糞類故障模擬試驗 基本步驟:采用潔凈絕緣子進行研究。將模擬鳥巢材料的一定長度,,直徑為3mm的鐵絲從模擬橫擔上豎直下垂,。鐵絲與絕緣子保持一定的水平距離。討論不同的鐵絲長度和水平距離情況下的擊穿電壓變化規(guī)律,。 加壓方式:均勻升壓法,。升壓進行試驗,每種長度和水平距離下試驗三次,,兩次試驗間隔3~4分鐘,。 大鳥泄糞類故障模擬試驗:模擬長串鳥糞下落時,上端離開橫擔的情況,。對于上端未離開橫擔,,即長串鳥糞保持地電位的情況,可參考鳥巢類故障模擬試驗結果,。 根據實驗得出,,在最高相電壓下,各類絕緣子串的臨界擊穿距離如下所示,。 3)鳥巢類故障風險計算 主要步驟:通過幾何作圖法,,討論不同水平位置,、長度的鳥巢材料,,在任意風擺角下,是否會發(fā)生空氣擊穿,。求出鳥巢在距絕緣子串掛點在不同水平位置下,,可引起空氣擊穿的最短鳥巢材料長度和相應的風擺角,。 根據實驗得出: 1)電壓等級越高,可引起間隙擊穿的鳥巢材料越長,。根據運行經驗,,鳥巢材料長度一般在1至1.5m左右。500kV線路基本不存在鳥巢類故障的可能性,。 2)500kV線路可不采取防鳥巢故障措施,,220kV、110kV線路若按絕緣子掛點外側0.6m防護范圍封堵,,分別可防止1.9m,、1.3m長的鳥巢材料在任意風擺角下的間隙擊穿風險。 3)對于110kV,、220kV線路桿塔上已存在的鳥巢,,若保證其在距絕緣子水平掛點2m以外,則鳥巢材料分別需達到2.2m,、2.6m長,,才可能發(fā)生間隙擊穿,概率非常小,。 防治鳥巢類故障,,應根據桿塔構件尺寸選擇防鳥盒或防鳥擋板進行封堵。封堵范圍為:110kV,、220kV線路邊相橫擔頭封堵長度不應小于0.8 m,;中相封堵范圍不應小于懸掛點兩側向外各0.6 m。 110(66)kV,、220kV,、330kV、500kV,、750kV架空輸電線路鳥糞閃絡防護范圍應分別為0.25 m,、0.55 m,、0.85 m、1.2 m,、1.5 m,。海拔高度1000m及以上地區(qū)防護范圍應適當擴大。 鳥糞閃絡防護范圍:為阻隔鳥糞下落,,以絕緣子掛點為中心的圓形區(qū)域,,其半徑與電壓等級對應。 04,、涉鳥故障特點分析 4.1 故障時間 鳥啄類故障是指鳥類啄損復合絕緣子傘裙或護套,,造成復合絕緣子的損壞或閃絡。 4.2 重合閘情況 4.3 塔型 1)500kV耐張塔未發(fā)生過涉鳥故障,。220kV直線,、耐張桿塔的故障概率相當。110kV直線桿塔的故障概率明顯大于耐張桿塔,。 2)各電壓等級同塔雙回路故障概率均明顯小于單回路桿塔,。 3)220kV線路干字型耐張塔的涉鳥故障概率最高,其次是П型桿和貓頭塔,。 4)110kV線路上字型桿塔和貓頭塔的涉鳥故障概率最高,,其次是П型桿和干字型塔。 4.4 相別 1)單回路鳥糞類故障,,位置較高處的相別發(fā)生故障的概率較大,,如上字型桿塔的中相、貓頭塔中相,、干字型塔的中相跳線處,,П型桿中、邊相發(fā)生的概率相當,。 2)鳥類身體短路故障主要發(fā)生在500kV線路的酒杯塔中相,,原因為大型鳥類飛行穿越酒杯塔中相塔窗時造成短路。 3)無論是鳥巢類還是鳥糞類故障,,同塔雙回線中相發(fā)生故障的概率最大,,分析為中相橫擔向外伸出更多,便于鳥類下降和起飛,。 4.5 輸電線路涉鳥故障風險分級 對于電網運行維護來說,,掌握與電網相關鳥類的活動區(qū)域特征,是涉鳥故障防治的基礎工作,,對于提高涉鳥故障防治的有效性具有重要作用,。 不同類型的涉鳥故障(鳥糞類、鳥體短接類,、鳥巢類和鳥啄類故障)對應的鳥種不同,,其空間分布和防治對策也不相同,,因此涉鳥故障風險分布圖不只一種,而是由各省公司可以根據本地區(qū)涉鳥故障類型選擇繪制,。 江西電科院對江西電網歷年來154次鳥巢類故障,、4840次線路桿塔鳥巢,、68次大鳥故障及活動記錄進行統(tǒng)計分類,,分析了這些桿塔與海拔高度、與水系距離及生境的相關性,,并依此提出了涉鳥故障風險等級的劃分原則,。 式中: N為全網鳥巢桿塔總數; M為全網所有桿塔總數,。 Ni為Ai區(qū)域中鳥巢類桿塔基數; Mi為Ai區(qū)域中全部桿塔基數,。 4.6 行標DL/T 1570-2016給出的劃分原則 4.2 國標GB/T 35695-2017給出的原則 對涉鳥故障風險為Ⅰ級的架空輸電線路區(qū)段,可不安裝防鳥裝置,。 對涉鳥故障風險為Ⅱ級的架空輸電線路區(qū)段,,應根據運行經驗對重要線路桿塔安裝防鳥裝置。 對涉鳥故障風險為Ⅲ級的架空輸電線路區(qū)段,,每基桿塔應安裝防鳥裝置,。 05、涉鳥故障防治裝置與應用 5.1 一般要求 防鳥裝置不應存在影響架空輸電線路安全運行和人身安全的隱患,,不妨礙線路的維護檢修工作,,并方便安裝固定。不宜采用結構復雜,、易損壞或效果不持久的防鳥裝置,。 防鳥裝置應耐受紫外線、雨,、冰,、風、雪,、溫度變化等外部環(huán)境和強對流惡劣天氣,。 防鳥裝置結構應保持穩(wěn)定,不應變形,、松動,、脫落,緊固件應加裝防松脫措施,。 ▼ 主要防鳥裝置及性能特點 5.2 防鳥刺 防鳥刺由多根針狀金屬絲組成,,一端散開呈傘狀,另一端在底部集中固定在桿塔上,,防止鳥類棲息,、泄糞的制品,。 一般要求 a)防鳥刺使用壽命不應少于10年; b)鍍鋅鋼防腐工藝宜采用熱鍍鋅或粉末滲鋅方式,; c)防鳥刺應配有內錐形收攏裝置,; d)防鳥刺端部應磨尖,錐度1:5,; e)U型連接金具應考慮防墜落設計形式,; f)防鳥彈簧刺和防鳥異型刺的彈簧繞圈應彈性良好,彎折90o后能恢復原狀,; g)防鳥刺可根據用戶需求,,采取中心部分使用直刺,外圍部分使用彈簧刺或異型刺的形式,。 3種類型 2種連接金具 典型問題 5.3 防鳥擋板 防鳥擋板是指固定于架空輸電線路絕緣子串上方橫擔,,阻擋鳥糞在平板范圍內下落的平板狀制品。 防鳥擋板由板材,、金屬框架構成,。金屬框架一般由順橫擔方向的扁鐵和垂直橫擔方向的角鋼構成。 防鳥擋板安裝在絕緣子串上方的橫擔處,,板材應使用金屬框架固定,。 典型問題 5.4 防鳥盒 防鳥盒是指填充于架空輸電線路絕緣子串上方桿塔構架,防止鳥類在桿塔構架內筑巢的盒狀制品,。 典型問題 5.5 防鳥針板 防鳥針板:由固定于桿塔的底板和垂直底板的多根金屬針組成,,防止鳥類停留或筑巢的制品。 防鳥針板由鋼板和鋼針組成,。按鋼針的排列方式不同,,分為單排刺、雙排刺,、三排刺和多排刺防鳥針板,。 5.6 防鳥罩 防鳥罩是指安裝在架空輸電線路懸垂絕緣子串上方,阻擋鳥糞或鳥巢材料在其遮蔽范圍內下落的圓盤形制品,。 防鳥罩按絕緣材質不同可分為硅橡膠防鳥罩和玻璃鋼防鳥罩,。 5.7 防鳥護套 防鳥護套是指包裹絕緣子串高壓端金具及其附近導線,防止鳥糞或鳥巢材料短接間隙引起閃絡的絕緣護套,。 5.8 電子式驅鳥裝置 電子式驅鳥裝置是指安裝在架空輸電線路桿塔上,,通過發(fā)出聲響、光波驅趕鳥類,,防止其在桿塔上停留的電子裝置,。 典型問題 5.9 其它驅鳥裝置 06、協調電網安全與鳥類保護關系 人們對野生動物的保護意識日益加強,涉鳥故障防治工作也因此存在一定難度,。 在江西鄱陽湖地區(qū)的東方白鸛,,是國家一級保護動物,省愛鳥協會協同森林公安對開展了一系列保護工作,,線路運行人員不能隨意進行鳥巢清理,,而東方白鸛的活動又對線路運行構成一定安全隱患。 人造棲鳥平臺:搭建在遠離架空輸電線路帶電部位,,引導鳥類棲息或筑巢的支撐架(盒),。 合理處置桿塔鳥巢,江西公司提出的原則如下: 1)不能傷害幼鳥,、破壞鳥蛋,。 2)對由短樹枝構成的喜鵲巢,,予以保留,。其它鳥類如黑領椋鳥用藤、草等較長材料所筑的鳥巢,,按下述方式處理,。 3)對于離線路絕緣子串掛點水平距離2m以內的鳥巢,將鳥巢移至離桿塔較遠的安全區(qū)內,,并宜使用人工棲鳥平臺輔助固定鳥巢,。若鳥巢是由于封堵不到位引起,應及時對原鳥巢位置進行嚴密封堵,。 4)對于離線路絕緣子串掛點水平距離2m以外的鳥巢,,僅對較長鳥巢材料進行修剪,不對其進行移位,。 |
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