輸電線路新型無源復合式全天候驅鳥器的研制

王德賀 林美玲 潘 科

(貴州電網有限責任公司培訓與評價中心，貴州 清鎮 551417)

0 引言

由于郊區電網輸電線路很長，網絡狀況復雜，各種鳥害情況發生多，鳥類筑巢比率高，鳥類活動直接造成的線路短路、接地以及由鳥類棲息形成的諸如鳥糞堆積、巢穴塌方等都會對設備形成重大威脅[1]。

為了能夠驅逐鳥類，降低它對配電系統設備的危害。一般都是采用風力驅鳥裝置。將其安裝在鳥類喜歡筑巢的設備部位。本身老式風力驅鳥器靠3個反射的鏡片裝置在水平面上，通過太陽光在上方的垂直照射后，反射光線會集中于水平向下的區域，形成小范圍的散光區，依據鳥類懼光特性，導致其不靠近設備筑巢或棲息。老式驅鳥裝置利用光反射原理能起到驅鳥的效果，但是由于設計機構過于簡單，期初未能夠考慮到鳥類的飛行特性和鳥的飛行方向之類的細節問題，因此對于來自裝置上方和斜上方向的飛鳥作用效果不大，存在一定的盲區[2]。這種驅鳥器使用一段時間之后，鳥類的適應性較強對其不再產生害怕。所以驅鳥效果就會變差了。超聲波驅鳥器采用變頻超聲波來驅走害蟲，屬于物理范疇，無毒無臭無污染。超聲波驅鳥器驅鳥效果長久，但見效較慢，由于其主要通過惡化鳥類生存環境起到長久驅鳥作用，因此對于需要實時驅鳥的場合，并非十分適用[3]。太陽能驅鳥器使用太陽能板給蓄電池充電，在光照充足時，太陽能板在光照下，產生電流電壓，給電池充電。電池輸出電能給負載，太陽能驅鳥器低碳節能環保，但成本太高，輸電線路安裝維護過于麻煩，實際應用價值低[4]。

本項目的設計與傳統驅鳥器相比有很大改進，充分利用不同天氣環境下驅鳥器的實際功用，采用以老式風力反光驅鳥器結構進行改進。風力機提供電源，給蜂鳴器和LED警示器提供光源，使仿生鷹更加真實，同時為夜間驅鳥提供多種采用高強逆反射反光材料，進行裝置反射效果加強，基于仿生學原理，設計仿生機械鷹。采用光致儲能熒光材料，實現夜間狀態下的自發光驅鳥功能，

采用多種驅鳥方式，極大的提高了驅鳥裝置的現場操作性能。

1 新型驅鳥器整體方案

圖1是新型無源復合式全天候驅鳥器總結構圖，本次設計的新型驅鳥器在原有傳統驅鳥器的前提上增加了蜂鳴器、LED燈、仿生鷹、亮片和風力發電機等結構，將蜂鳴器和LED燈安裝在仿生鷹上。在整個結構圖當中，7是支撐柱，通過螺釘與三腳架連接，起到固定安裝的作用。支撐柱上是6風力發電機，通過1葉片的轉動來將風能轉化成電能，為5蜂鳴器和4 LED燈提供能源。3是支撐臂來支撐固定1葉片，并且在葉片上安裝亮片來通過反光的方法起到驅鳥的效果。2是仿生鷹，蜂鳴器和LED燈都安裝在仿生鷹上，并且在仿生鷹上涂抹超強熒光材料，通過吸收各種自然光，實現夜晚的自發光功能。

整個驅鳥裝置設計分為三個部分，分別為仿生鷹設計、風力發電機的設計、主控制電路設計。

2 新型驅鳥器詳細設計

2.1 仿生鷹設計

根據鳥類懼怕猛禽的天性，可裝置仿生鷹，并在其內部放置蜂鳴器，在仿生鷹眼睛上裝LED燈，在仿生鷹身涂上超強熒光材料增強驅鳥效果來嚇走鳥類。大多數鳥類非常害怕閃光，鳥類有些色盲，最害怕紅光和耀眼的白光。采用高強度的超亮紅色，使仿生鷹能發光且亮度超強，通過光控傳感器控制其發光時間，鳥類從高空往下看，效果明顯[9]。這個LED警示燈適配功率和風力發電機相匹配，配有延時繼電器，夜間會自動發光驅趕鳥類。其參數如表1所示。

表1 LED警示燈主要技術參數

根據鳥類遇到噪聲會自行離開的特性，可以布置蜂鳴器，以便更好達到驅鳥的目的。參數如表2所示。

表2 蜂鳴器主要技術參數

為了更好達到驅鳥的目的，本設計可以在仿生鷹身上覆蓋超強熒光材料，材質是PVC材料。本設計采用黃色的光致儲能熒光材料，對波長450 μm以下的短波可見光具有很強的吸收能力，通過吸收各種自然光或人造光，實現夜晚的自發光功能，并可無限次循環使用，該發光材料起始高亮度可達2 h～3 h以上，余輝持續時間可達10 h以上。

熒光材料的工作原理是熒光物質在受到自然光、日光燈和紫外線等照射后，把光能儲存起來，在停止光源照射后，再以熒光的方式釋放出來，所以在夜間，仍能看到發光，持續時間長達十幾小時。

同時，超強反光熒光材料自身具有以下特點：

1)獨特邊緣密封結構，可防止水和灰塵滲入。

2)耐磨、耐刮、耐撞擊。

3)韌性好，操作簡單。

4)具有超強的反光性能，良好的廣角性能，入射角在較大角度變化時，仍然具有良好的反光性能和耐熱性能。

2.2 垂直軸風力發電機設計

本項目主要針對傳統風力發電機的葉片進行改造。本裝置的風力發電機采用三相交流永磁發電機，共有5個葉片，材料是輕質鋁合金。可以在葉片的外表面使用反光鏡片，內表面覆蓋亮片，亮片材質是亞克力，亮片的漫反射增強驅鳥效果。因此，驅鳥器的改進充分考慮了鳥類迎風飛行的因素，垂直反射鏡可將太陽光反射到朝上的各個方向，增加鳥類眼睛的受光幅面，增強驅散效果。整個驅鳥器形成了全方位的反射光照射面[5]。

風能是一種清潔的可再生能源，一直以來是新能源開發中的重要項目[6]。風力發電的基本原理是空氣的流動帶動葉輪，從而將風能轉換成機械能，然后通過葉輪的旋轉通過電磁感應使得發電機產生電能。垂直軸風力發電機采用葉輪通過轉軸直接連接發電機轉子的連接方式，不用迎風調節系統，可以接受任何方位來風，主軸永遠朝著設計方向轉動，提高了風能的使用率，且結構簡單、體積小、成本低，并便于維護[7]。但是風力并不穩定，即單位時間內帶動葉輪的風量并不穩定，造成葉輪轉速變化很大，也就無法保證風力發電機的穩定運行，其輸出的電壓、頻率不穩定。為了使風力發電機輸出的電能用于實際，需要采用一定的控制系統對風力發電機輸出電壓和頻率進行控制[8]。風力發電機參數如表3所示。

該裝置具有以下特點:

1)安全性：葉片的垂直軸設計會使得葉片不易于受損，能提高葉片的安全性。

2)韌性：葉片的水平旋轉方向會大大減小它的受壓，韌性得到很大的提高。

3)回轉半徑：由于其原理和結構的不同，回轉半徑得到了縮減，效率得到了提高。

4)發電曲線特性：發電功率的穩定性得到了提高，曲線特性愈發平穩。

表3 風力發電機的技術參數

2.3 主控制電路設計

為了達到夜晚無光狀態下的驅鳥目的，該裝置使用延時繼電器控制LED警示燈。繼電器輸出是無源觸點，不帶電輸出，控制一條線路通斷的作用。本項目通過設置繼電器晚上6點～早上6點控制LED燈的自動點亮。電路設計如圖2所示。參數器參數如表4所示。

表4 延時繼電器參數

工作電壓工作電流/mA輸出能力使用壽命設置類型直流5 V50AC30V5A以內DC220V5A以內>10萬次設定參數斷電后永遠記憶

主電路的輸入端采用二極管搭建的三相橋式不可控整流電路，將發電機輸出的不穩定交流電轉化為不穩定的近似直流電，再經電容濾波獲得平滑的直流電；穩壓電路將近似直流電通過閉環控制電路轉化為穩定的直流電壓供給蜂鳴器及LED警示燈使用，其中延時定時器控制開關，如圖3所示。

3 結語

風力機葉片設計是本設計的基礎，風力機葉片內安置反光鏡片，背面覆蓋強熒光材料。從而充分利用風能，增強光的反射效果，360°無死角的驅趕鳥類。根據購置的仿生鷹實體，在翅膀部位加上LED警示燈，內部裝上機械蜂鳴器。通過風力使風扇旋轉通過電磁感應將機械能轉化為電能。供給裝置的蜂鳴器和LED警示燈使用。這幾種創新的設計，能適應不同天氣環境，并完成驅鳥任務。

綜上所述，本設計能夠經濟有效的減少鳥類對電力網路設施的破壞，保障電網和人身的安全。