电力设施涉鸟故障隐患监测及处置电力设施涉鸟故障隐患监测及处置系统系统 2.青海电力科学研究院 3.重庆南电科技有限公司 摘要：摘要：近年的统计资料表明，鸟类活动引起的输电线路跳闸故障仅次于雷害和外力破坏，居线路故障原因的第 3 位为提高电力系统运行的可靠性，有必要开展输电线路沿线鸟类活动调查，了解并掌握输电线路通道区域鸟类的活动习性，在不伤害鸟类的前提下，研发一种鸟类活动监测装置系统，用于收集、分析输电线路杆塔鸟类活动规律，同时兼顾驱赶输电线路涉鸟故障防护范围内鸟类功能，从而有效防范输电线路涉鸟故障系统做到实时感知输电线路鸟类活动，实现塔上鸟类活动情况全息互联，汇集形成鸟类活动大数据，系统远程启动驱鸟终端实现智能处置的目标 关键词：关键词：电力设施；驱鸟；监测；处置系统 1. 引言引言 输电线路涉鸟故障已严重危害到输电线路安全运行，传统的防鸟设施不仅影响线路检修作业，甚至危害到杆塔周边活动、栖息鸟类的安全，设备安全与生态护鸟之间的矛盾日益突出综合上述因素，探讨和研究新的输电线路涉鸟故障防范措施，实现鸟类与电力设施和谐共处，兼顾电网发展与生态保护，充分体现电网企业在环境保护中的电网担当。
2.2.青海地区鸟类种群及活动规律简介青海地区鸟类种群及活动规律简介 青海电网涉鸟故障鸟类主要以大鵟、猎隼、鹳类、乌鸦、喜雀、金雕、秃鹫为主，其中大鵟、猎隼多在草原杆塔上筑巢、栖息，扑食杆塔周边草原鼠等小型动物，在塔上排泄鸟粪时造成线路外绝缘间隙短路跳闸，其次鸟类在塔上筑巢，筑巢用异物散落造成外绝缘间隙短接故障鹳类多为候鸟，迁徙期间临时栖息在河谷、水库边杆塔上，易造成鸟粪类故障乌鸦、喜雀大部分在城镇周边杆塔上筑巢、栖息，易造成筑巢类故障目前尚未发现金雕、秃鹫在杆塔上筑巢、栖息现象，但此类大鸟在杆塔周边飞翔，因体型较大，易造成鸟体短接类故障 3.3.输电线路涉鸟故障情况介绍输电线路涉鸟故障情况介绍 2011 年至 2020 年，青海公司 110kV 及以上交、直流线路发生涉鸟故障跳闸 333 次按照涉鸟故障原因分类依次为：鸟粪类故障 302 次；鸟巢类故障 26次；鸟体短接类 5 次；鸟啄类 0 次青海电网输电线路建设期间在果洛、玉树地区发现多起鸟啄复合绝缘子事件，但路运行期间未观测到鸟啄复合绝缘子事件，也未因鸟啄复合绝缘子引发线路跳阐或掉线事件2011 年至 2020 年青海公司 110kV 及以上交、直流线路发生涉鸟故障跳闸停运 18 次，造成线路停运原因依次为：鸟粪类故障 11 次（重合闸退出 4 次）；鸟巢类故障 6 次；鸟体短接类 1 次；鸟啄类 0 次，涉鸟故障停运占涉鸟故障跳阐的 5.5%。
通常情况下鸟粪类故障大多是瞬时性短路故障，线路停运概率较低；鸟巢类故障和鸟体短接故障相比造成线路停运概率较高 按电压等级统计分析，2011 年至 2020 年，青海公司 110kV 及以上交、直流线路发生鸟害跳闸 333 次，其中：110kV 线路鸟害跳阐故障 71 次；330kV 线路鸟害跳阐故障 234 次；400kV 直流线路跳阐故障 28 次；750kV 线路鸟害跳阐故障 0 次10kV、35kV 线路单相接地故障情况下线路保护开关不动作，因此鸟粪、鸟巢、鸟体单相短接时不会引发线路跳阐故障，只有鸟巢、鸟体两相短接时才会引发线路跳阐故障；110kV 和 330kV 线路鸟害故障中鸟粪类、鸟巢类、鸟体短接类故障均有发生；400kV 线路故障主要以鸟粪类故障为主，其主要原因是直流线路电场对鸟粪有吸附作用，同时线路外绝缘间隙较大（绝缘子串长 6.43 米7.6 米），鸟巢异物及鸟体不易引起短接故障；750kV 输电线路自投运以来未发生过鸟害故障，日常线路巡视中很少发现杆塔上有鸟类栖息、筑巢，杆塔上鸟粪也较少，未引发鸟害跳闸故障 4.4.输电线路涉鸟故障机理分析及防治思路输电线路涉鸟故障机理分析及防治思路 涉鸟故障原因分类为鸟粪类故障、鸟巢类故障、鸟体短接类故障和鸟啄类故障 4 类。
鸟粪类故障鸟粪类故障 通常是由大型鸟类在输电线路带电体（导线、金具）上方一定范围栖息，鸟类排出的粘稠粪便在风力和重力的共同作用下形成细长的下落体，具有一定导电性鸟粪通道的介入，使绝缘子串周围的电场分布发生严重畸变，鸟粪通道前端与绝缘子串高压端之间空气间隙的电场强度大大增加，绝缘子串承受的大部分电压都加在了这一段空气间隙上，当鸟粪通道的前端越来越接近绝缘子高压端时，它们之间的空气间隙承受不了所加的电压，空气间隙被击穿，形成局部电弧，电弧沿鸟粪通道向横担侧传导，最终导致了横担与带电部位空气间隙击穿，造成跳闸故障近 10 年来输电线路鸟害故障跳闸事件证实，输电线路引流跳线，在没有绝缘子串时，鸟粪也能短接铁塔横担与导线间纯空气间隙造成输电线路跳闸故障 鸟巢类故障鸟巢类故障 通常是鸟类在输电线路带电体上方铁塔横担一定范围内筑巢，鸟类衔来的筑巢物如导线、金属线等导电异物散落，造成输电线路外绝缘间隙或空气间隙的短接故障 鸟体短接类故障鸟体短接类故障 通常是大型鸟类在输电线路带电体与铁塔间展翅飞翔，鸟体短接输电线路外绝缘间隙或空气间隙造成短路故障 鸟啄类故障鸟啄类故障 通常是鸟类啄食复合绝缘子，造成复合绝缘子硅橡胶伞裙及护套损坏，从而造成复合绝缘子闪络或芯棒断裂事故。
为防止输电线路带电体上方一定范围内因鸟粪下落、筑巢异物散落造成线路跳闸故障，需在杆塔横担上一定范围内采取防鸟设施进行防护，阻止鸟类在防护范围内停留、筑巢，我们把这一区域定义为输电线路涉鸟故障防护范围输电线路涉鸟故障防护范围以导线、金具等带电体在杆塔横担上垂直投影为中心向两侧延伸确定的需要布置防鸟设施的区域，这一区域通常为平行于导线等带电体投影形成的一个距形区域 防治思路防治思路 鸟粪类故障和鸟巢类故障防范：一是阻止鸟类在输电线路涉鸟故障防护范围内停留栖息，如利用防鸟刺、防鸟针板、防鸟盒等设施占据输电线路涉鸟故障防护范围，阻止鸟类在该区域内降落、停留和栖息；二是阻止鸟类粪便、筑巢异物从输电线路涉鸟故障防护范围内下落，防止闪络通道形成如利用防鸟挡板、防鸟伞裙阻止鸟类粪便、筑巢异物散落形成闪络通道；三是加强外绝缘间隙，即使有鸟粪、筑巢异物散落，但绝缘增强降低了闪络机率，如增加外绝缘配置、应用绝缘包覆等青海电科院鸟粪故障闪络真型实验证明，输电线路涉鸟故障防护范围随着电压等级升高和海拔高度升高，其防护范围也随着增大（详见表 4）当鸟类在输电线路涉鸟故障防护范围内排泄鸟粪，造成闪络故障机率大于 80%；当鸟巢异物在输电线路涉鸟故障防护范围内散落，异物长度足够短接外绝缘间隙时，可造成异物短路故障。
鸟粪类故障和鸟巢类故障防范关键要阻止鸟类在输电线路带电体正上方横担防护范围内停留和栖息 表 4 杆塔不同电压等级、不同海拔最小防护范围 海拔高度(km) 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 110kV（m） 0.7 0.7 0.7 0.8 0.8 1.0 1.0 1.0 330kV（m） 1.0 1.0 1.0 1.3 1.3 1.5 1.5 1.5 400kV22.5 2.8 2.8 3.0 3.5 3.5 3.5 （m） .5 5.5.现有主要防鸟措施效果对比现有主要防鸟措施效果对比 青海电网主要采取的防鸟措施是外绝缘调爬、绝缘包覆、防鸟针板、防鸟刺、防鸟档板、防鸟网、风动反光驱鸟器，辅以生物驱鸟盒、人工鸟巢、拱形防鸟隔板等比较近几年诸多防鸟设施的防治效果，防鸟针板、防鸟刺、旋转式风车、反光镜等防鸟装置防鸟效果较好，对输电线路运维影响较小不同防鸟设施优缺点对比如下表： 表 5：各类防鸟设施优缺点对比表 装置名称装置名称 优点优点 缺点缺点 防鸟刺 制作简单，安装方便，综合防鸟效果较好 1.不带收放功能的防鸟刺会影响常规检修工作 2.对鸟类有伤害 防鸟盒 使鸟巢较难搭建于封堵处，且能阻挡鸟粪下泄 1.制作尺寸不准确可能导致封堵空隙 2.拆装不方便 3.不适用 500(330)kV 及以上线路 防鸟挡板 适合宽横担大面积1.造价较高 封堵 2.拆装不方便 3.可能积累鸟粪，雨季造成绝缘子污染 4.不适用于风速较高的地区 防鸟粪绝缘子 有一定防鸟效果，还可以提高绝缘子串耐雷、耐污闪水平 防护范围不足 防鸟针板 1.适用各种塔型 2.覆盖面积大 1.拆装不便，影响检修作业 2.对鸟类有伤害 防鸟绝缘包覆 增大绝缘强度，有一定的防鸟粪效果 1.须停电安装 2.造价高 3.安装工艺复杂 4.存在老化问题 旋转式风车、反光镜等惊鸟装置 使用初期有一定防鸟效果 1.易损坏 2.随着使用时间延长，驱鸟效果逐渐下降 传统的声、光驱鸟装置 有一定防鸟效果，单个声、光驱鸟装1.故障率较高，使用寿命短 2.随着使用时间延长，驱鸟效果6.6.系系统研统研发思发思路路 针对青海电网鸟粪类故障和鸟巢类故障两种主要涉鸟故障类型，结合近 10 年涉鸟故障特征及涉鸟故障防范措施，本着电力设施安全、爱鸟护鸟、鸟与电力设施和谐共存的宗旨，设计一种鸟类活动检测装置，监测输电线路杆塔横担、变电站门型架涉鸟故障防护范围内鸟类活动，疏导鸟类不在杆塔上涉鸟故障防护范围内活动，从而达到防范涉鸟故障的目的。
电力设施涉鸟故障隐患监测及处置系统确定以下研发思路： （1）研发一套电力设施涉鸟故障隐患监测及处置系统，系统由电力设施涉鸟故障隐患监测装置和鸟类隐患统计分析应用程序组成电力设施涉鸟故障隐患监测装置安装在杆塔或变电站门架等电力设施上，监测鸟类活动情况并驱离；鸟类隐患统计分析应用程序安装在输电（变电）智慧全景平台，对电力设施鸟类活动信息进行统计分析； （2）系统对设定区域范围内鸟类活动进行监测，当监测到有鸟类闯入时，会产生鸟类闯入信号，包括时间、地点位置、数量等数据，并将进行回传至后台应用程序 置的保护范围较大 逐渐下降 人工鸟巢 环保性较好 主要适用于地势开阔且周围少高点的输电杆塔 1.引鸟效果不稳定 2.会引发鸟巢类故障 （3）系统检测到鸟类闯入信号后，实时启动照像功能记录鸟类图像，并回传至后台应用程序完成信息回传后，启动超声波和激光驱鸟程序，对影响线路安全的鸟类进行驱赶 （4）完成鸟类驱赶后，再次启动雷达探测及拍照程序，对现场驱鸟结果进行验证，并将信息回传至后台应用程序 （5）电力设施涉鸟故障隐患监测及处置系统，各模块（雷达探测模块、拍照模块、驱鸟模块、供电模块）具备定期功能自检，并将自检结果回传至后台应用程序。
（6）应用程序应具备与输电智慧全景平台系统和变电全景化智能运检平台系统兼容功能、符合国网公司应用程序安全准入要求、调用 PMS 系统数据功能、鸟类活动信息大数据分析 研发思路流程图如下所示： 7.7.关键技术研究关键技术研究 7.17.1 电力设施涉鸟故障隐患监测装置硬件及软件抗干扰技术电力设施涉鸟故障隐患监测装置硬件及软件抗干扰技术 7.1.1 硬件抗干扰 1. 对无线通讯模块和电阻检测模块采用铝合金屏蔽仓进行装载，雷达信号采集数据线采用近地包裹设计，从而减少电磁环境对通讯和检测的干扰 （2）优化 PCB 板的布局和布线，减少元器件自身的误差及相互干扰 （3）对系统供电电源进行处理采用专用电源芯片及相关外围电路单独供电，同时为防止数字电源和模拟电源之间的干扰，采用电感将数字电源和模拟信号电源进行分隔 7.1.2 软件抗干扰 （1）雷达采样采用限幅滤波法，软件设计中采用 10 次取样加上一定锁存时间，可有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰同时采用拟合标定的方法，去除电路中固定的干扰以及器件的固有偏差，防止突发性干扰 （2）软件算法增加看门狗，防止软件锁死崩溃 （3）数据或数据包采用多种类型的校验算法，本项目软件所有数据采用海明码校验法，防止通信出错。
（4）数据处理采用校验闭环方式，发生异常数据立即矫正并生成日志 7.27.2 电力设施涉鸟故障隐患监测及处置系统雷达探测模块优化电力设施涉鸟。