基于雙重探測技術輸電桿塔驅鳥裝置設計★

王德賀 劉 鵬 龍福剛

(1.貴州電網有限責任公司培訓與評價中心，貴州 貴陽 550002；2.貴陽供電局，貴州 貴陽 550001； 3.興義供電局，貴州 興義 562400)

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基于雙重探測技術輸電桿塔驅鳥裝置設計★

王德賀1劉 鵬2龍福剛3

(1.貴州電網有限責任公司培訓與評價中心，貴州 貴陽 550002；2.貴陽供電局，貴州 貴陽 550001； 3.興義供電局，貴州 興義 562400)

介紹了目前輸電線路驅鳥裝置的類型及特點，根據超聲波驅鳥原理，從探測系統、供電系統、超聲波驅鳥系統三方面，闡述了基于雙重探測技術輸電桿塔驅鳥裝置的設計方法，指出該驅鳥裝置達到了良好的驅鳥效果，提高了供電的可靠性。

輸電線路，超聲波驅鳥系統，探測系統，供電系統

貴州地區有著良好的自然生態環境，近年又隨著西部大開發戰略及大數據產業的發展，經濟實現快速增長的同時，生態環境也同樣得到了不斷改善，給鳥類的生存提供了極其優越的環境，但是大量鳥類的存在給輸電線路的運行帶來了不利的影響。數據表明，鳥類引起的線路運行故障已經占到故障總數的前三位，并有逐年增加的趨勢。因此，在不傷害鳥類的前提下，采取有效環保措施驅離鳥類離開線路走廊已成為電網安全穩定運行的難點，對保障供電可靠性能具有極其重要的意義。

貴州某線路鳥類棲息圖見圖1，鳥糞引起閃絡的絕緣子見圖2。

目前，部分輸電線路主要使用的驅鳥方式有安裝防鳥刺、風輪式驅鳥器、電子聲音驅鳥器、超聲波驅鳥器等[1]，其中，防鳥刺廉價易安裝，但是一種被動防御方式，無法做到全線路覆蓋；風輪式驅鳥器主要是以風力驅動葉輪旋轉，利用反光來驅趕鳥類，其缺點是如果遇到無風的氣象條件，這種驅離方式便失去了作用；利用聲音驅鳥的方法，驅離效果要明顯優于風輪式驅鳥，應用范圍也較廣，但在靠近居民區的桿塔上安裝會產生擾民的副效應；利用設備發射一定頻率的超聲波來刺激鳥類神經系統的超聲波驅鳥方式，能導致鳥類神經系統紊亂而離開監測區域，還可以通過不斷改變超聲波頻率來抗擊鳥類對定頻波的適應性，在不傷害鳥類及對環境無污染的前提下完成驅離任務，這種方式除了北方非常寒冷地區外，適合大部分地區應用。

1 裝置驅鳥原理

基于上述分析，本文所述超聲波驅鳥系統，會對監控區域進行探測，一旦發現有物體存在，則會通過控制系統發出一定頻率的超聲波，在這種刺激下鳥類神經及生理系統會受到影響，同時會導致鳥類產生厭食、眩暈、精神萎靡不振等癥狀，極大地破壞鳥類的存在環境，迫使它們主動離開線路走廊，保護線路設備。超聲波頻率在20 kHz以上，已經超過人耳的聽覺范圍，不會對人的生存狀態造成傷害。超聲波發生器定時啟動，當鳥來時，驅鳥器開始以一定的頻率工作，工作一段時間后，如果鳥還沒走，就改變超聲波的頻率，直到把鳥趕走為止，系統會存儲這個頻率為驅鳥的一個最佳頻率，然后經過GPRS傳送給監控中心，以便進一步掌握鳥類的活動規律，采取進一步的措施(見圖3)。

2 探測系統設計

本文所述雙重探測技術是基于微波多普勒探測及被動式紅外探測組合而成(見圖4)。微波多普勒探測器頻率為10.525 GHz，探測范圍是半徑為20 m的球形空間，其通過發射裝置向防護區域發射微波信號，通過分析發射與接收信號的頻率偏差，系統自動判斷是否啟動超聲波驅鳥器。所謂被動式紅外探測器的探測距離為10 m～20 m，其不會主動發出紅外線信號，只能接收到紅外信號，當有鳥類靠近時，身上會發出紅外線，這種紅外線就會被探測器接收，系統自動判斷是否啟動超聲波驅鳥器。

2.1 多普勒微波傳感原理

應用多普勒原理，檢測模塊核心采用微波位移傳感器HB100。檢測設備結構如圖5所示。HB100通過檢測鳥飛臨監測區域時的速度信號并轉換成電信號，通過對信號放大、處理后進行判斷，若判斷為真，則發送指令控制裝置進行驅趕動作。實驗表明傳感器HB100可以精確檢測到10 m～15 m范圍內的移動物體，并發出相應的指令[2]。

2.2 紅外探測原理

本裝置設計的紅外探測模塊使用的是熱釋電紅外傳感器，熱釋電紅外傳感以非接觸形式把檢測到的物體微弱紅外線能量轉化成電的信號傳給處理單位。這里選用P2288作為被動式熱釋電紅外傳感器的主要單元，其主要性能指標如表1所示。

表1 P2288主要性能指標

名稱數值典型噪聲值/mV80窗口光頻響應/μm7～15工作電壓/V3～15響應性/V·W-16500工作溫度/℃-40～60保存溫度/℃-55～125

P2288內含有一個高阻值電阻RG、兩只熱電元件T1，T2及一根低噪聲場效應管BG。將它們按要求組合后裝入一個5號晶體管外殼中，其等效電路如圖6所示。

敏感單元T1，T2探測到發熱物體紅外線時會發生溫度的變化，最終將會引起電信號的變化。由于P2288的窗玻璃采用的是硅濾光器，可以過濾掉波長小于7 μm的背景光，因此可以抵抗其他干擾，確保只對監測區域的運動物體產生敏感。當傳感器另外使用費涅爾透鏡配合時，探測距離可達10 m以上[3]，但是紅外光線接觸到鳥類羽毛會有一些屏蔽，多次實驗后調整電路的靈敏距離為5 m，以滿足驅鳥系統的要求。

利用紅外感應進行探測的技術，在充分考慮經濟，環保的基礎上，實現在近距離范圍有效驅鳥。規模小、集成程度高、電路結構簡單、抗外界的干擾性強、耗能低[4]。

3 供電系統設計

本裝置設計采用太陽能電池板給其他設備模塊供電并同時給蓄電池進行充電。整個系統由太陽能電池板、控制電路和蓄電池組構成。作為核心部件的太陽能電池方陣的作用是將接收的太陽輻射能轉換為電能，驅動裝置各模塊電路運行，并同時把多余的電能送往蓄電池組中存儲起來。控制器的作用是控制系統的工作狀態，并轉換電路所需要的工作電壓，同時轉換蓄電池組充電電壓與太陽能電池板輸出電壓，另外還對蓄電組的可能產生的過充、放電進行防護等。蓄電池組采用不需要進行維護的鉛酸電池作為補充[5]，當光照充足時完成對各模塊的供充電任務；通過上述的設計有效的避免了晚上或陰天下雨時，系統缺電不能工作的缺點，保證系統能持續、穩定、可靠地工作。太陽能供電原理見圖7。

4 超聲波驅鳥系統設計

4.1 硬件設計

雙重探測技術是基于多普勒微波傳感和紅外探測技術，整個裝置主要包括探測系統、太陽能供電裝置、超聲波驅鳥系統，其中，探測系統中任何一個模塊探測到運動目標，驅鳥器都會動作。使用兩個探測器作為驅鳥器的探測系統，彌補了鳥類在防范區域不動時微波探測器無法捕捉到的缺陷，提高了探測的精確度。驅鳥系統硬件設計結構見圖8。

4.2 軟件設計

通過微波位移感應傳感器采集鳥飛臨監控區域的位移信號，經過放大濾波電路發出啟動處理系統指令，初始化硬件系統模塊，由軟件指令選擇驅鳥方式，判斷檢測值是否滿足設定值，若為真則激發超聲波動作進行驅鳥，不斷改變超聲波頻率直至把鳥驅離，同時把采集到的桿塔桿號、時間等信息通過無線傳輸模塊發送到監控中心，以便巡視時特別對此位置進行人工重點觀察。設定時間為每15 min進行下一輪檢測。驅鳥系統軟件設計流程圖見圖9。

5 結語

本文設計的超聲波驅鳥器采用了多普勒微波傳感和紅外探測雙重探測方式，在提高探測精度的同時，靈敏度也有一定的提高，鳥類只要在探測范圍之內，不管它動還是不動，都能被探測出來。當探測到有鳥飛臨電力桿塔橫擔上時，就會發出變頻超聲波直至驅離，極大地減少了定期排查所需的人力。

該超聲波驅鳥器在工作時無噪聲，不會對鳥造成傷害，同時對鳥類起到良好的驅除效果，安裝在500 kV以下等級的輸電線路桿塔橫擔上，能有效減少由于鳥糞的存在引起的輸電線路絕緣子污閃跳閘故障，大大提高供電可靠性，具有較大的經濟社會效益。

[1] 魏敬宏.驅鳥裝置在高壓輸電線路桿塔上的應用[J].華東電力,2011,39(11):1963-1964.

[2] 李 坤,李成攻.基于多普勒檢測技術的智能驅鳥器[J].電子技術,2012,39(4):35-37.

[3] 符 東.一種基于AD9850的超聲波信號發生器[J].液壓氣動與密封,2012(9):28-30.

[4] 田治富,葉樹明,胡 慶.智能超聲波驅鳥裝置的設計與實現[J].電力電子技術,2011,45(4):106-108.

[5] 張 磊,胡曉銳.一種結合紅外探測和智能變頻的超聲驅鳥裝置的開發[J].聲學技術,2014,33(4):162-165.

[6] 陳 隆,楊曉東，林天佑.基于ZigBee技術的變電站分離式智能驅鳥系統研究[J].機電工程，2015,32(5):702-705.

The design of device bird detection technology of transmission tower based on dual drive★

Wang Dehe1Liu Peng2Long Fugang3

(1.GuizhouPowerGridLimitedLiabilityCompanyTrainingandEvaluationCenter,Guiyang550002,China; 2.GuiyangPowerSupplyBureau,Guiyang550001,China; 3.XingyiPowerSupplyBureau,Xingyi562400,China)

The paper introduces the types and features of the bird detection devices of transmission lines, illustrates the design methods for the bird detection device of the transmission towers based on the dual drive from the detection system, power supply system, and ultrasonic bird detection system according to the principle of the ultrasonic bird detection, and points out the device has better bird detection effect and improve the reliability of the power supply.

transmission line, ultrasonic bird detection system, detection system, power supply system

1009-6825(2016)26-0133-03

2016-07-03★：貴州電網有限責任公司2016年職工技術創新項目

王德賀(1983- )，男，碩士，講師

TU852

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