引言

随着中国生态保护、退耕还林政策的逐年推进,我国绿地覆盖率显著提升。2020年全国共完成造林677万hm2,全国湿地保护率达50%以上,城市人均公园绿地面积达14.8m2。绿化状况的改善也为地处长江口的上海地区提供了比以往更适宜鸟类生存的环境。据统计,截至2018年底,上海实际用地面积大约为6340km2,仅占全国的0.066%,但本地记录的鸟类达484种,超过了中国鸟类总种群(1471种）的30%。鸟类的数量扩大,加上其活动频繁,妨碍了配电线路的正常运转。据笔者对上海市崇明地区电网公司进行的一次调研资料分析可知,在2020年期间,因鸟害导致统计区域内110(66）kV及以上电压等级的配电线路屡次出现故障,其中供电中断32次,约占全年供电中断事故的1/4。由鸟类活动引发的输电线路故障已成为影响国内外电网安全运行的重大隐患。

1上海地区鸟类资源分布特点

1.1上海地域概况

上海位于中国东部沿海,属亚热带季风性气候,具有丰富的湿地资源,年平均降水量在1100～1300mm,季节分明、日照充分、雨量充沛。作为长江三角洲冲积平原的一部分,上海林业用地面积1133km2(170余万亩）,森林覆盖率达18.2%,镇区绿化覆盖率达20%,具有11个植被类型、571个植物群落。多样化丰富的城市森林生态系统框架,为不同类型的鸟类提供了良好的生活场所。

上海电网是我国最大的城市电网,据2020年负荷用电量数据可知,全年上海全市的用电量为1576亿kw·h,电力需求2850万kw,处于持续稳定的增长态势。上海电网对变电站保护等二次系统的配置、设计原则及运行管理有其特殊要求,有必要开展对变电站保护及二次系统的标准化设计。目前对上海电网中母线保护、线路保护、主变压器保护及母联分段保护的标准化设计工作已完成,但缺乏对涉鸟故障及其应对措施的研究。

1.2上海地区鸟类活动情况

上海位于东亚—澳新候鸟迁徙路线的中间位置,对于鸟类而言,无论是春季从中国东南沿海沿海岸线一路北上,还是秋季将路线颠倒一路南下,在迁徙途中都要在上海停歇。据调查,上海目前已记录484种野生鸟类,其中有78种属于国家一、二级保护动物,候鸟的种类大大超过留鸟。上海地区的鸟类栖息地主要为崇明东滩、南汇东滩、九段沙及部分湿地水系地区,丰富的河流系统以及适宜的气候都为鸟类提供了优质的生活环境。以崇明东滩为例,崇明东滩鸟类自然保护区栖息的鸟类是以酶、雁鸭、鹭、鸥与鹤五种为代表的迁徙鸟类。据统计,至2010年底,该地区已环志鹆酶类共46种,其中大滨酶、黑腹滨酶和翘嘴酶是环志数量最多的3种。

2上海地区线路涉鸟故障分析

2.1涉鸟故障种类

输电线路涉鸟故障是由于鸟类在输电线路上活动造成的输电设备损坏、跳闸等故障。据统计分析,涉鸟故障可分为如表1所示的几种。相关研究表明,鸟粪闪络是输电线路鸟害最重要的原因,约占鸟类引起线路跳闸故障的90%。

2.2上海电网涉鸟故障统计与特征分析

以上海市崇明地区输电线路为例,该地区自然保护区、生态绿地面积较大,鸟类活动频繁,表2为2020年该地区输电线路的涉鸟故障情况。据统计,当年统计区域110(66）kV及以上电压等级的配电线路,鸟类造成供电中断共32次,约占全年供电中断事故总数的1/4。

分析2020年上海市崇明地区输电线路涉鸟故障情况可知,该地区的涉鸟故障主要涉及以下几个因素:

(1）季节因素:如图1(a）所示,鸟类活动具有明显的季节性。鸟类迁徙的路线较为固定,并且迁徙数量庞大,迁徙的高峰期也正是沿途输电线路鸟害的高发期。且春季时鸟类筑巢和繁殖旺盛:秋季时农作物丰收,鸟类食物较多。总体上,春秋季(尤以3月和9月为甚）鸟害发生次数较多。

(2）时间因素:如图1(b）所示,鸟类往往在22:00—次日07:00活动较为频繁,此时输电线路发生供电中断的概率较高。夜晚空气湿度较白天更大,鸟类在输电线路上活动,易发生鸟粪闪络等故障,造成供电中断。

(3）其他因素:鸟类选择筑巢的位置范围有限,大多在自然保护区、生态绿地和农田的周围。即使巡检人员清理了鸟巢,鸟类也很可能会在短时间内于原位置或相近位置重新筑巢,鸟类筑巢的迅速性和重复性给清理工作造成了很大的工作难度。

3上海电网现有防鸟技术措施及其应用评估

当前上海电网采用的防鸟装置如表3所示,基本覆盖所有线路运行单位。对本地防鸟装置应用情况进行对比评估可知,现有传统防鸟害装置应用效果具有一定局限性。

4防范架空输电线路涉鸟故障的可行性措施

4.1输电线路鸟害防护管理措施

(1）针对电力系统输电线路分布情况,准确划分鸟害区域。准确记录适宜鸟类活动区域的输电线路杆塔,以及发生过鸟害的杆塔,在巡线作业时重点检查,将此类杆塔列为重点保护对象。发现鸟类筑巢,立即拆除,并安装驱鸟装置来控制相应区域的鸟类活动。

(2）对应鸟害区域,在输电线路的设计、建设、运维3个阶段分别考虑鸟害防护措施。设计阶段考虑驱鸟器安装预留位置、抗鸟类粪便污染的绝缘子设计:建设单位在杆塔架设时,要切实执行防护装置的安装工作:运维单位要及时对输电线路鸟害防护装置查漏补缺,并及时更换受损绝缘子和驱鸟器。

(3）开发新的可有效用于输电线路鸟害防治的高性价比驱鸟器,利于安装,价格合理,适应气候变化,能够持续发挥驱鸟功能而不影响输电线路的安全运行及线路检修人员的正常作业。组建输电线路鸟害防护班组,完善鸟害防护工作资料,加强鸟害防护宣传。

4.2涉鸟故障的防治与现代化解决方案

目前对于输电线路鸟害还需进一步深入研究并提出更为有效的防治方案。多功能的驱鸟设备有助于降低装置应用效果的局限性,加强防鸟驱鸟效果,也能为架空输电线路故障问题的解决提供新的可能。

激光驱鸟器具备覆盖范围广(最大半径可达2500m）、扫描方式多、安全无害等优点。鸟类的视觉器官异常灵敏,当其感受到强烈的激光照射时,会惊吓逃离。据ZDNet报道,俄亥俄州Meduri农场使用由荷兰BirdContro1Group团队开发的农用激光驱鸟器,长期运行测试后,效果出色。田治富等人也提出以强白光和超声波结合的思路研制多功能综合驱鸟器。

释放不同的声音,以达到更好的驱鸟效果:适用于人烟稀少区域,以保障可闻声波对居民生活的干扰性较低。

新型智能驱鸟器是目前较为先进的驱鸟设备,基于Arduino等开源硬件平台,融入物联网技术进行设计[14]。据鸟害防治特点,可将新型智能驱鸟器原型设计工作拆解为鸟类检测、驱鸟和物联网通信三大主要环节。该驱鸟器将各类驱鸟方式相结合,大幅降低了人力工作成本,同时实现了智能电网的监控与维护。

5总结与建议

(1）上海地区电网涉鸟故障具有明显的季节性,主要集中在3月与9月,停电时间主要集中在22:00—次日07:00,大多由鸟巢类、鸟粪类故障引起,靠近自然保护区、生态绿地和农田的地区发生鸟害概率相对较高。鸟类筑巢具有迅速性和重复性特点,给巡检人员的及时清理造成了很大的工作难度。

(2）上海电网主要采取传统驱鸟装置来防止鸟害故障,作用范围有限,不能主动驱鸟。

(3）应合理利用输电线路鸟害防护管理措施,将新型智能鸟情监控装置与多功能新型综合驱鸟装置应用于涉鸟故障的监测与防范中,并结合实际运行经验,提前做好隐患处理、装备研制等工作。

基于红外感应的驱鸟系统,在满足环境性、经济性的基础上,无须直接接触,不对鸟类产生任何伤害,可在一定的距离范围内实现有效驱鸟。田安华等人提出利用红外线报警系统来迅速提醒工作人员和驱逐鸟类。闵建平团队则采用将红外感应技术和超声波技术相结合的方法,利用超声波代替红外线报警系统,实现有效驱鸟。

语音风力驱鸟器利用无源风动能,安装方便、免维护、寿命长、清洁环保,可保障电力线路畅通且不伤害鸟类:通过在风力驱鸟器的侧面增加太阳能声响装置,释放不同的声音,以达到更好的驱鸟效果:适用于人烟稀少区域,以保障可闻声波对居民生活的干扰性较低。

新型智能驱鸟器是目前较为先进的驱鸟设备,基于Arduino等开源硬件平台,融入物联网技术进行设计[l4]。据鸟害防治特点,可将新型智能驱鸟器原型设计工作拆解为鸟类检测、驱鸟和物联网通信三大主要环节。该驱鸟器将各类驱鸟方式相结合,大幅降低了人力工作成本,同时实现了智能电网的监控与维护。

5总结与建议

(1）上海地区电网涉鸟故障具有明显的季节性,主要集中在3月与9月,停电时间主要集中在22:00—次日07:00,大多由鸟巢类、鸟粪类故障引起,靠近自然保护区、生态绿地和农田的地区发生鸟害概率相对较高。鸟类筑巢具有迅速性和重复性特点,给巡检人员的及时清理造成了很大的工作难度。

(2）上海电网主要采取传统驱鸟装置来防止鸟害故障,作用范围有限,不能主动驱鸟。

(3）应合理利用输电线路鸟害防护管理措施,将新型智能鸟情监控装置与多功能新型综合驱鸟装置应用于涉鸟故障的监测与防范中,并结合实际运行经验,提前做好隐患处理、装备研制等工作。

关键词： 输电线路 自然保护区 主要集中在