220kV輸電線路感應(yīng)電壓驅(qū)鳥試驗和應(yīng)用

劉希和 劉佳俊 柯賢友 余詩俊 湯國鋒

（1.江西贛西供電公司，江西 新余 338000；2.美國亞利桑拉州立大學(xué)，美國 坦佩）

目前，隨著人們愛鳥、護鳥意識的提高，鳥類的繁衍數(shù)量越來越多，鳥類選擇在架空輸電線路鐵塔塔頭頻繁筑巢、排糞等活動，導(dǎo)致線路故障發(fā)生概率呈上升趨勢，嚴(yán)重地威脅著電力系統(tǒng)及電網(wǎng)的安全運行。本文利用輸電線路感應(yīng)高電壓這種強有力的手段，對鴿子進行了驅(qū)鳥模擬試驗，并對線路主要鳥害的黑領(lǐng)椋鳥制定并進行了驅(qū)趕試驗，即利用輸電線路感應(yīng)高電壓來驅(qū)鳥，進行驅(qū)趕試驗。旨在確定最有效的驅(qū)鳥方式來解決輸電線路鳥害問題。

1 鳥害產(chǎn)生的原因分析

電力輸電線路隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展而迅猛發(fā)展，電力輸電線日益增多，同時隨著我國對鳥類繁衍環(huán)境的改善，鳥害事故在高壓輸電線路的頻頻發(fā)生，已經(jīng)嚴(yán)重影響到線路的正常運行和鳥類的安全；而且在220kV線路桿塔上的鳥糞和鳥巢比在110kV線路上的多，在鐵塔上的鳥糞和鳥巢比在水泥桿塔上的多，在農(nóng)田、林地、苗圃和山地的桿塔上的鳥糞和鳥巢比其他生境中的多，在中間絕緣子串上方橫擔(dān)上的鳥糞和鳥巢比其他位置上的多。

因鳥害造成高壓線路跳閘的直接原因，①鳥糞：當(dāng)鳥站在絕緣子掛點上方構(gòu)件上排便時，糞便會落在絕緣子裙邊上，由于其糞便存在粘連性，沿絕緣子裙邊下滑并不斷拉長，致使絕緣子串爬電比距減小。當(dāng)絕緣子串爬電比距減少到一定程度時，在高電壓作用下，就會造成帶電導(dǎo)線沿絕緣子串對桿塔構(gòu)件放電，導(dǎo)致線路發(fā)生接地故障而跳閘，這就是所謂的鳥糞拉絲放電；還有一種普遍情況是因為鳥糞在絕緣子上不斷堆積，造成絕緣子表面嚴(yán)重積污，形成污穢層，在霧、露、霜、雪等氣象條件下，污穢層濕潤后，使其表面電導(dǎo)率增加，絕緣子泄漏電流急劇增大，產(chǎn)生局部放電并發(fā)展為沿面閃烙，造成接地故障而跳閘；②鳥巢：當(dāng)鳥在絕緣子掛點上方構(gòu)件上筑鳥巢時，鳥所叼筑鳥巢所需的材料可謂是五花八門，有稻草、樹枝、樹藤、野草、包裝帶、細鐵絲等等，這些茿巢材料，被鳥放在絕緣子掛點上方構(gòu)件上，飄下的材料有長有短，尤其是刮風(fēng)下雨天，材料被雨淋打濕，很容易短接下面的絕緣子，造成線路放電跳閘故障；③鳥的活動：就是停留在桿塔上的大鳥在嬉戲或起飛時造成導(dǎo)線與桿塔、橫擔(dān)距離不夠，直接放電，造成線路接地故障而跳閘。

在輸電線路防鳥害方面，長期以來，人們都做了大量的研究與實踐，開展了許多卓有成效的工作，具體措施歸納起來主要有安裝防鳥刺、防鳥盒、機械式旋轉(zhuǎn)驅(qū)鳥器、超聲波驚鳥器等防鳥害裝置，這些防鳥裝置在防鳥方面，雖然起到了一定的防鳥效果，但它們都有一個共同弱點，都是被動型的防鳥裝置，這些防鳥裝置剛安裝使用初期，防鳥效果還好，但是，隨著時間的增加，鳥類逐漸適應(yīng)了這些防鳥裝置，防鳥效果就要大打折扣，甚至鳥類就在這些防鳥裝置上棲息、繁衍、作鳥巢，線路防鳥害比較被動，如圖1至圖4所示，同時，有些放鳥設(shè)施如防鳥刺，對線路維護和檢修人員作業(yè)，帶來很大的人身安全隱患，如圖5所示，防鳥刺刺尖正好是人的臉部眼睛位置，使人很容易遭到銹蝕的防鳥刺刺尖劃傷。

圖1 鳥在旋轉(zhuǎn)式驅(qū)鳥器上作窩

圖2 鳥在防鳥盒上作窩

圖3 鳥在防鳥刺上作窩

圖4 鳥在防鳥盒旁上作窩

圖5 桿塔上的防鳥刺刺尖很容易劃傷人眼

2 選擇最有效的驅(qū)鳥方式方法防止線路鳥害

為了打破線路防鳥害的這種被動局面，我們從安全性、環(huán)保性、可操作性以及防鳥害效率等幾方面綜合考慮，認為利用電力線路感應(yīng)高電壓驅(qū)鳥，這種方法為最佳的一種方法，這種方法能使線路驅(qū)鳥防鳥害效果在真正意義上地達到百分之百。

電壓驅(qū)鳥板工作原理，它是根據(jù)懸垂絕緣子串電壓分布標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。利用220kV線路絕緣子串靠近橫擔(dān)側(cè)第一片和第二片之間，如原理圖 6所示，有一感應(yīng)電容高電壓為電源，從絕緣子串取出的電壓有 8kV，把此高電壓引入在樹脂板上用鋁絲編成的小電網(wǎng)，另在樹脂板上用鋁絲順小電網(wǎng)形狀距小電網(wǎng)保持2.5cm的間距編成小地網(wǎng)，因線路主要防的是黑領(lǐng)椋鳥和喜鵲、蒼鷺這三種鳥，黑領(lǐng)椋鳥的鳥爪腳掌有效寬度為5cm×6cm，如圖7所示，喜鵲、蒼鷺鳥爪腳掌有效寬度都要大于黑領(lǐng)椋鳥，考慮到既要很容易擊打鳥類，又要有足夠的有效間距，驅(qū)鳥板上的電網(wǎng)與地網(wǎng)保持2.5cm是比較合理的。這樣當(dāng)電壓驅(qū)鳥板上有鳥落上站立時，無論鳥站在高電壓驅(qū)鳥板任何地方，都會在小電網(wǎng)→鳥→小地網(wǎng)形成放電回路，發(fā)出高電壓電擊鳥類，都能擊打到它，從而達到驅(qū)趕的目的。而驅(qū)鳥板上的8kV高壓電容電壓，因為是微電流，故對鳥類是不致于造成任何絲毫傷害的，就是人無意中接觸到，都好像被針扎了一下的感覺，并沒有其他對人的危害之處，這對保護鳥類，保護生態(tài)環(huán)境具有十分重要的意義。

表1 懸垂絕緣子串電壓分布標(biāo)準(zhǔn)

圖6 絕緣子串桿塔驅(qū)鳥板工作和接線原理示意圖

圖7 電壓驅(qū)鳥板安裝實物圖以及實測黑領(lǐng)椋鳥鳥爪掌有效寬度圖

3 高壓輸電線路電壓驅(qū)鳥試驗

為了實地驗證電壓板的驅(qū)鳥效果，我們于2010年4月8日，首先用鴿子在220kV清鹽線34#塔上，實地現(xiàn)場進行了測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鴿子站在沒有接通感應(yīng)電壓的驅(qū)鳥板上時，鴿子很平靜和悠閑地站在驅(qū)鳥板上，沒有任何反應(yīng)，可是當(dāng)驅(qū)鳥板一接通線路感應(yīng)電壓時，站在驅(qū)鳥板上的鴿子，瞬間被驅(qū)鳥板上的感應(yīng)電壓電擊，猛然一躍而起飛離驅(qū)鳥板，驅(qū)鳥效果非常好，如圖 8、圖 9所示，與此同時鴿子也沒被感應(yīng)電壓電擊而遭到任何傷害，另外，我們也驚喜地發(fā)現(xiàn)，鴿子在經(jīng)過3次，反復(fù)地在驅(qū)鳥板板上感應(yīng)電通電試驗后，就已經(jīng)形成了條件反射，即使驅(qū)鳥板在沒接通感應(yīng)電壓時，把它一放在驅(qū)鳥板板上，就煩躁不安，看上去它很恐懼驅(qū)鳥板，而一把它放在驅(qū)鳥板之外時，它就很安靜，即便試驗完后回到辦公室，把它放在辦公桌上的驅(qū)鳥板上時，它都很不安地迅速離開驅(qū)鳥板，很安靜地站在驅(qū)鳥板之外的地方上，我們可以肯定它對驅(qū)鳥板懼怕的心里條件反射已根深蒂固了，這也是我們電力線路驅(qū)鳥防鳥害所要達到的目標(biāo)，通過鳥類的條件反射，時間一長，鳥類就會對此形成一種懼怕驅(qū)鳥板的天性，而把它遺傳給下一代，形成一個良性循環(huán)，即使驅(qū)鳥板不帶電，它也不會靠近驅(qū)鳥板，從而達到徹底驅(qū)鳥防鳥的效果，徹底解決線路鳥害這一老大難問題。

圖8 電壓驅(qū)鳥板通電前鴿子很安靜

圖9 驅(qū)鳥板一接通電鴿子即刻被電擊驅(qū)趕飛離

為了進一步驗證這種利用感應(yīng)電壓驅(qū)鳥的效果，我們在對家養(yǎng)的鴿子試驗的基礎(chǔ)上，我們又對線路上主要的鳥害——黑領(lǐng)椋鳥進行了線路現(xiàn)場驅(qū)鳥試驗，結(jié)果試驗的驅(qū)鳥效果和用鴿子試驗的驅(qū)鳥效果一個樣，試驗多次后，它也很懼怕驅(qū)鳥板了。

4 高壓輸電線路電壓驅(qū)鳥板應(yīng)用

4.1 220kV輸電線路單基桿塔應(yīng)用

在試驗取得成功的基礎(chǔ)上，我們就開始對電壓驅(qū)鳥板進行了詳盡的設(shè)計，從電源取電卡口到電壓驅(qū)鳥板布線，從驅(qū)鳥板材料的選擇到安裝方便等方面，都進行了反復(fù)的比較和試驗，使其既加工簡單，成本低廉，又安裝方便，經(jīng)久耐用，使其具有推廣價值，大批量推廣使用，使其設(shè)計更科學(xué)更合理；為了更進一步驗證電壓驅(qū)鳥板安裝在線路上，在不同的季節(jié)是否對線路產(chǎn)生任何影響，我們在設(shè)計好驅(qū)鳥板的基礎(chǔ)上，進行加工了七套驅(qū)鳥板，2010年9月18日在鳥害嚴(yán)重的220kV清鹽線#35桿進行了試安裝，如圖10所示。

圖10 電壓驅(qū)鳥板首次試安裝于220kV輸電線路上

自從電壓驅(qū)鳥板試安裝于 220kV電力線路以后，我們就指派專人。每過半個月就登桿檢查一次，檢查電壓驅(qū)鳥板的驅(qū)鳥防鳥效果，以及檢查它的安裝和使用是否對電力線路安全運行有任何不利的影響，通過一年多的檢查和觀察，歷經(jīng)春夏秋冬、嚴(yán)寒酷暑、刮風(fēng)下雨、雨雪冰霜等各種惡劣天氣氣候，電壓驅(qū)鳥板驅(qū)鳥效果沒有受到任何影響，驅(qū)鳥板上沒有任何鳥糞等鳥類停留在驅(qū)鳥板上的任何跡象，整個驅(qū)鳥板板面非常干凈，這說明驅(qū)鳥板驅(qū)鳥防鳥效果仍然為百分之百，另外也沒發(fā)現(xiàn)它的安裝和使用，對線路安全穩(wěn)定運行帶來絲毫的影響，因此，據(jù)此可以得出初步結(jié)論，電壓驅(qū)鳥板是一種比較理想的電力線路驅(qū)鳥防鳥裝置和方法。

4.2 220kV輸電線路多基桿塔應(yīng)用

為了進一步實地驗證和完善電壓驅(qū)鳥板這種高效驅(qū)鳥防鳥方法，2012年2月經(jīng)我們贛西供電公司申請，2012年6月經(jīng)江西省電力公司審核比準(zhǔn)，把它正式作為 2012年江西省電力公司科技項目計劃組織實施，我們嚴(yán)格按照《國家電網(wǎng)公司科技項目計劃任務(wù)書》的具體要求，認真保質(zhì)保量地加以完成，于2012年7月以向國家專利局，遞交了發(fā)明型和實用型兩項專利申請，截止至2012年12月底，已在220kV清鹽線等十條線路鳥害嚴(yán)重的區(qū)域加工安裝了700余套電壓驅(qū)鳥板，從線路安裝和應(yīng)用的情況來看，已完全達到了我們預(yù)期的效果。

5 高壓輸電線路電壓驅(qū)鳥應(yīng)用優(yōu)點

電壓驅(qū)鳥板的設(shè)計綜合考慮了保障線路的正常運行并兼顧保護鳥類的原則，克服了當(dāng)今驅(qū)鳥裝置的不足，具有成本低、現(xiàn)場裝卸方便、實用性強、環(huán)保節(jié)能和不影響線路的正常運行等優(yōu)點，可以徹底根除線路防鳥害這個老大難的問題，具有大規(guī)模推廣應(yīng)用價值，具體優(yōu)點：

1）結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，成本低，安裝方便，安裝于桿塔簡潔如圖11所示，它可以完全取代現(xiàn)有桿塔所有防鳥設(shè)施，并且防鳥害效率遠遠要比它們的要大得多：此驅(qū)鳥板如用印刷電路板可大批量生產(chǎn)，接線口可采用活動接線插口。

圖11 電壓驅(qū)鳥板安裝于220kV線路桿塔很簡潔

2）經(jīng)久耐用：因驅(qū)鳥板無鐵質(zhì)材料，只有鋁質(zhì)材料和絕緣樹脂板，它比目前用的鐵質(zhì)材料和玻璃纖維材料制作而成的防鳥刺和防鳥盒更耐腐蝕，使用壽命更長。

6 結(jié)論

1）220kV輸電線路利用絕緣子感應(yīng)高電壓，這種方式方法來驅(qū)鳥，預(yù)防鳥害，其驅(qū)鳥效率非常之高，效果也十分明顯，可以把鳥害對輸電線路的危害減少到最低程度，真正達到以電護電的目的。

2）由于驅(qū)鳥的電源，取自輸電線路的感應(yīng)高電壓，這樣就保證了驅(qū)鳥電源的穩(wěn)定；另一方面，由于這個感應(yīng)高電壓，它是個電容電壓，電壓值雖高，但對人和鳥類都是無傷害的。

3）對 220kV輸電線路來說，雖然驅(qū)鳥板電源取自絕緣子感應(yīng)電壓，但由于驅(qū)鳥板電源與地電位是開路的，并沒有短接，所以，對輸電線路的安全穩(wěn)定運行是沒任何影響的；對鳥類來說，由于被驅(qū)鳥板感應(yīng)電壓電擊過，這樣它就會對驅(qū)鳥板產(chǎn)生恐懼，形成條件反射，遠離驅(qū)鳥板，時間一長，鳥類就會產(chǎn)生一種天性而遺傳給它的下一代，從而以達到輸電線路根除鳥害這一目的。

4）這種驅(qū)鳥方式方法，具有原理和結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，易加工和安裝，完全可以取代目前所有的220kV輸電線路的驅(qū)鳥和防鳥設(shè)施，非常具有大面積推廣應(yīng)用價值。