輸電桿塔智能防鳥害裝置的研發

高虹亮 馬 超

（三峽大學 電氣與新能源學院，湖北 宜昌 443002）

當前輸電線路的鳥害事故己成為繼雷電活動和外力破壞后影響輸電線路安全運行的又一大隱患，越來越引起供電部門和電力線路工作人員的重視.近年的統計資料表明，鳥類活動引起的線路故障僅次于雷害和外力破壞，己居線路故障總數的第3位，表1為2004～2006年10月各區域電網線路涉鳥跳閘事件統計.為提高電力系統輸電線路運行的可靠性，避免由于鳥類活動而導致輸電線路發生跳閘事故，有必要研發有效的鳥類驅趕裝置來驅趕鳥類.

國內外十分重視對鳥害防治的方法研究.國內已采用多種方法防治鳥害，如實行“鳥性化”管理，安裝引鳥裝置，采用在線路桿塔上安裝驚鳥用的鳥刺、風車、恐怖眼，掛小紅旗、加大絕緣子傘裙，安裝相關驅鳥設備等來實現對鳥害的防護.國外建造鳥巢斗防止大鳥在導線上方的鐵塔橫擔網格上筑巢，通過對防鳥圖案進行研究，選擇鳥的敏感色彩噴涂制作反光雙面圖案鋁牌安裝在桿塔頂位置，其他如升高的棲息平臺、金屬針刺、絕緣罩盤和塑料鳥針等方法.

表1 2004～2006年10月各區域電網線路涉鳥跳閘事件統計表

1 鳥害形式與特點

各地區鳥類的種類不同，生活習性也有區別，但根據多年的研究經驗表明［1－3]，鳥類的活動有一定的活動范圍、規律和生活習性，如季節性，地域性，群體性和適應性等.

通過對以往發生的鳥害分析，可以總結出鳥類對輸電線路的危害形式為：①大體型鳥類站立桿塔橫擔休息時，排泄的稀糞會造成導線對橫擔放電、絕緣子閃絡等，稱為鳥糞閃絡；②鳥類在飛翔、爭斗或者筑巢等其它活動時，從導線間隙穿過造成相間短路或單相接地故障；③小型群居鳥類長期活動于某一桿塔，造成絕緣子串被鳥糞堆積，遇大霧小雨天氣發生污閃故障；④由于某些鳥類的生活習性會經常啄食復合絕緣子，使復合絕緣子發生破損，加速絕緣子的劣化、老化，降低了復合絕緣子的安全性，極易被擊穿，發生閃烙事故.

圖1 鳥類聚集于線路桿塔上的現象

圖2 線路復合絕緣子被鳥啄食實物照片

根據大量鳥害故障設備資料，可總結出鳥害在設備上的特點是：①從設備的電壓等級上看，鳥害故障多發生在110～220kV電壓等級的輸電線路上，35 kV及以下電壓等級線路幾乎未發生鳥害故障；②從桿塔的相位上看，80%以上的鳥害故障都發生在中相［2]，這是由于中相橫擔（系指三角形和垂直排列的上面一相或水平排列的中間一相）的棲息條件比較好，起落比較方便；③從桿塔結構型式上看，鳥害故障的發生與橫擔的結構型式關系十分大，通常桁架結構式橫擔上發生的鳥害故障約占整個鳥害故障的90%，這是因為桁架式橫擔更便于鳥類棲息.

2 智能防鳥裝置的設計

從鳥類的習性和鳥害發生的特點分析著手，綜合各類驅鳥器的優缺點，將音頻驅鳥、強光驅鳥、高壓脈沖驅鳥和防鳥刺驅鳥4種裝置整合在一起，安裝在一個主機箱內，同時將一部分延展到桿塔的危險點（即懸垂絕緣子串正上方）處進行防護.由于該裝置是采用4種防鳥措施整合的驅鳥害裝置，可實現短時性和長時性相結合，點與面相結合，面與面相結合，能達到較為理想的驅鳥效果.其設計方案如圖3所示.

圖3 新型防鳥裝置設計方案圖

2.1 電源單元

該單元裝置采用太陽能電池和蓄電池相結合的供電方式［4].其特征在于安裝了太陽能電池板作為驅鳥設備的供電裝置，同時為了保證在太陽光線不足、陰雨天、夜晚無光時能夠正常供電，在太陽能電池上并聯一個具有可充電能力的蓄電池，保證電源系統能夠不分時段，不分條件地進行供電.為了保證太陽能電池的正常工作，在太陽能電池和可充電蓄電池的正極之間設置一只二極管，可以防止可充電蓄電池對太陽能電池的反充電狀況，保證可充電蓄電池的使用壽命.為了盡量減少可充電蓄電池的工作時間，在電源和電路之間設置一個光敏電阻作為開關，可以控制太陽能電池板的正常工作以及向可充電蓄電池的充電工作.由于大部分鳥類具有白天活動的習性，該裝置可實現蓄電池的電力供應以及同步保證白天太陽能電池板對可充電蓄電池安全且穩定地充電.

圖4 太陽能供電電源結構圖

2.2 傳感及控制單元

信號探測采用熱釋電紅外傳感器.其工作原理是以非接觸形式檢測出自活體及外界物體放射出的微弱紅外線能量并轉化成電信號輸出.根據防鳥報警系統的要求選用被動式熱釋電紅外傳感器.其內部含有一雙熱電元件、一只高阻值電阻和一只低噪聲場效應管.將它們裝入一個5號晶體管（TO－5）外殼中，其結構及等效電路如圖5所示.

圖5 傳感器結構及等效電路圖

感應裝置采用新型熱釋電紅外傳感器監測鳥類活動信息，并將其轉換成微弱的電信號輸出到控制裝置.在控制裝置中感應的微弱電信號經運算放大器放大，再經過信號比較器和防誤觸發電路濾去干擾信號，最后所得信號驅動計數器計數，然后控制裝置根據信號的類型進行動作.如果信號較弱，開啟音頻驅鳥裝置，同時開啟強光驅鳥裝置.若信號較強，開啟高壓驅鳥裝置，實現驅鳥目的.若無信號，控制裝置關閉.

2.3 音頻驅鳥裝置

音頻驅鳥裝置由3部分構成：音頻播放部分，功率放大電路部分和揚聲器YD部分.音頻播放部分可直接在市場購買，可在網上下載各種鳥類哀鳴，天敵等鳴叫的聲音（根據不同地區不同鳥類錄制下載相對應的聲音），并存儲到音頻播放器內，音頻播放器在通電時可以直接工作，播放聲音.功率放大器部分采用μPC1238構成的10W音頻功率放大器，其電路圖如圖6所示.

圖6 μPC1238電路圖

采用μPC1238運算放大器，因為該電路調試比較簡單，同時它還具有優良的電氣性能：①失真小：放大器在輸出上述功率時，最大非線性失真系數小于1%，而頻寬卻能達到14kHz以上，音域范圍內的頻率失真很小，具備高傳真重放的基本條件；②噪音低：若把輸入端短路，在揚聲器1m外基本上聽不到噪音，放送高傳真節目時有一種寧靜、舒適的感覺；另外由于使用了性能優異的功率集成塊，放大器的開機沖擊聲也很小.

2.4 強光驅鳥裝置設計

強光驅鳥裝置由3部分構成：低頻振蕩電路部分、定時控制部分和LED發光部分.LED發光部分的元器件可直接在市場購買，價格較為中等，而且和其他類型的發光裝置相比有很大的優點，如高節能，超低功耗，電光功率轉換接近100%，使用壽命長，高環保等.定時裝置根據鳥類的活動特性對時間進行控制.同時，強光電路在白天的太陽光照下會喪失作用，故設置在傍晚或者凌晨時分作用.強光產生電路如圖7所示.

圖7 強光產生電路圖

2.5 高壓脈沖驅鳥裝置

高壓脈沖裝置由2部分組成：高壓脈沖變壓器部分和終端放電裝置.其中高壓脈沖變壓器的作用是把電源的低電壓經過變壓器變壓作用升高到10～20 kV的高壓脈沖，而終端放電裝置安裝在桿塔危險點處用來驅趕鳥類.考慮到終端放電裝置自身的優缺點以及防鳥刺自身的優缺點，將兩種裝置相互結合.

圖8 串流式高壓脈沖變壓器電路圖

該串流式高壓脈沖變壓器電路具體實施方案為：如圖8所示，由第一級兩個變壓器串聯構成該裝置，第一級變壓器的初級繞組a、x接蓄電池電源，由次級高壓繞組A1，X1感應出電壓U1，平衡繞組a1、x1串聯在次級高壓繞組A1、X1上，平衡繞組a1、x1的輸出端與第二級變壓器的勵磁繞組a2、x2并聯，第二級變壓器的高壓繞組A2、X2感應出高壓脈沖電壓U2，第一、二兩級高壓繞組的輸出電壓串聯相加，即得到U1＋U2的高壓脈沖輸出電壓，由A2通過負載R至X1形成高壓脈沖回路，完成高壓脈沖的產生.

2.6 新型防鳥刺

防鳥刺基本原理是在一個球冠形底座上安裝若干個針體，針體呈放射狀分布，使鳥不能落在驅鳥針安裝處，從而有效防止鳥害的發生.針對現有防鳥刺［5]的優缺點進行改進，設計出新型防鳥刺，不僅能達到防鳥目的，而且方便線路維護人員實施檢修工作.其裝置如圖9所示.

圖9 新型防鳥刺結構圖

為了使高壓脈沖裝置能夠正常使用，特將套管選用工程塑料，既保證了強度需求，又實現了絕緣要求.鳥刺散開成放射狀，能阻止鳥類在此處落腳，避免了因鳥類棲息時排便引起絕緣子短接而造成線路跳閘的危害.當線路工人到桿塔上檢修時，可以拉動針體把手，沿著軌道槽將防鳥刺收合起來，給線路工人桿塔上的維修工作帶來方便，當維修結束時，再將針體把手放回到軌道槽的上層，防鳥刺可以完全展開，繼續起到防鳥的作用.由此將4種防鳥方式整合，組成一種復合防鳥裝置，其總裝示意圖如圖10所示.

圖10 裝置總裝示意圖

3 結 論

該智能防鳥害裝置是整合了4種傳統防鳥措施而研發的新型防鳥裝置，包括音頻驅鳥裝置，強光驅鳥裝置，高壓脈沖驅鳥裝置和驅鳥刺裝置部分.4種防鳥害裝置的相互結合，可實現彼此的優勢互補，達到短時和長時結合防鳥的目的.此外，安裝有感應裝置，能夠自動感知鳥類，避免了裝置的無效動作，可以避免鳥類產生條件反射，而使裝置失效.裝置采取相對分散的安裝方式，實現了對危險點處的有效防護，達到了點與面，面與面有機結合的目的，防鳥效果較好.經過在輸電線路桿塔上的應用證實，該智能防鳥害裝置對桿塔鳥類的防護效果十分理想.

［1]韓國平.高壓輸電線路鳥害故障特征及防止對策［J].山西電力，2005（4）：66－68.

［2]朱先志.輸電線路鳥害規律分析及防治對策［J].華中電力，2000，13（6）：47－49.

［3]施東明，楊 凱.基于鳥類生態學研究及配電線路鳥害防治探討［J].山東電力，2006（5）：324－329.

［4]李功新.輸電線路驅鳥器的研制［J].電網技術，2006，30（3）：94－97.

［5]秦 龍.輸電線路防鳥害裝置：中國，02214723.3［P].2003－05－21.