输电杆塔智能防鸟害装置的研发

高虹亮 马 超

（三峡大学 电气与新能源学院，湖北 宜昌 443002）

当前输电线路的鸟害事故己成为继雷电活动和外力破坏后影响输电线路安全运行的又一大隐患，越来越引起供电部门和电力线路工作人员的重视.近年的统计资料表明，鸟类活动引起的线路故障仅次于雷害和外力破坏，己居线路故障总数的第3位，表1为2004～2006年10月各区域电网线路涉鸟跳闸事件统计.为提高电力系统输电线路运行的可靠性，避免由于鸟类活动而导致输电线路发生跳闸事故，有必要研发有效的鸟类驱赶装置来驱赶鸟类.

国内外十分重视对鸟害防治的方法研究.国内已采用多种方法防治鸟害，如实行“鸟性化”管理，安装引鸟装置，采用在线路杆塔上安装惊鸟用的鸟刺、风车、恐怖眼，挂小红旗、加大绝缘子伞裙，安装相关驱鸟设备等来实现对鸟害的防护.国外建造鸟巢斗防止大鸟在导线上方的铁塔横担网格上筑巢，通过对防鸟图案进行研究，选择鸟的敏感色彩喷涂制作反光双面图案铝牌安装在杆塔顶位置，其他如升高的栖息平台、金属针刺、绝缘罩盘和塑料鸟针等方法.

表1 2004～2006年10月各区域电网线路涉鸟跳闸事件统计表

1 鸟害形式与特点

各地区鸟类的种类不同，生活习性也有区别，但根据多年的研究经验表明［1－3]，鸟类的活动有一定的活动范围、规律和生活习性，如季节性，地域性，群体性和适应性等.

通过对以往发生的鸟害分析，可以总结出鸟类对输电线路的危害形式为：①大体型鸟类站立杆塔横担休息时，排泄的稀粪会造成导线对横担放电、绝缘子闪络等，称为鸟粪闪络；②鸟类在飞翔、争斗或者筑巢等其它活动时，从导线间隙穿过造成相间短路或单相接地故障；③小型群居鸟类长期活动于某一杆塔，造成绝缘子串被鸟粪堆积，遇大雾小雨天气发生污闪故障；④由于某些鸟类的生活习性会经常啄食复合绝缘子，使复合绝缘子发生破损，加速绝缘子的劣化、老化，降低了复合绝缘子的安全性，极易被击穿，发生闪烙事故.

图1 鸟类聚集于线路杆塔上的现象

图2 线路复合绝缘子被鸟啄食实物照片

根据大量鸟害故障设备资料，可总结出鸟害在设备上的特点是：①从设备的电压等级上看，鸟害故障多发生在110～220kV电压等级的输电线路上，35 kV及以下电压等级线路几乎未发生鸟害故障；②从杆塔的相位上看，80%以上的鸟害故障都发生在中相［2]，这是由于中相横担（系指三角形和垂直排列的上面一相或水平排列的中间一相）的栖息条件比较好，起落比较方便；③从杆塔结构型式上看，鸟害故障的发生与横担的结构型式关系十分大，通常桁架结构式横担上发生的鸟害故障约占整个鸟害故障的90%，这是因为桁架式横担更便于鸟类栖息.

2 智能防鸟装置的设计

从鸟类的习性和鸟害发生的特点分析着手，综合各类驱鸟器的优缺点，将音频驱鸟、强光驱鸟、高压脉冲驱鸟和防鸟刺驱鸟4种装置整合在一起，安装在一个主机箱内，同时将一部分延展到杆塔的危险点（即悬垂绝缘子串正上方）处进行防护.由于该装置是采用4种防鸟措施整合的驱鸟害装置，可实现短时性和长时性相结合，点与面相结合，面与面相结合，能达到较为理想的驱鸟效果.其设计方案如图3所示.

图3 新型防鸟装置设计方案图

2.1 电源单元

该单元装置采用太阳能电池和蓄电池相结合的供电方式［4].其特征在于安装了太阳能电池板作为驱鸟设备的供电装置，同时为了保证在太阳光线不足、阴雨天、夜晚无光时能够正常供电，在太阳能电池上并联一个具有可充电能力的蓄电池，保证电源系统能够不分时段，不分条件地进行供电.为了保证太阳能电池的正常工作，在太阳能电池和可充电蓄电池的正极之间设置一只二极管，可以防止可充电蓄电池对太阳能电池的反充电状况，保证可充电蓄电池的使用寿命.为了尽量减少可充电蓄电池的工作时间，在电源和电路之间设置一个光敏电阻作为开关，可以控制太阳能电池板的正常工作以及向可充电蓄电池的充电工作.由于大部分鸟类具有白天活动的习性，该装置可实现蓄电池的电力供应以及同步保证白天太阳能电池板对可充电蓄电池安全且稳定地充电.

图4 太阳能供电电源结构图

2.2 传感及控制单元

信号探测采用热释电红外传感器.其工作原理是以非接触形式检测出自活体及外界物体放射出的微弱红外线能量并转化成电信号输出.根据防鸟报警系统的要求选用被动式热释电红外传感器.其内部含有一双热电元件、一只高阻值电阻和一只低噪声场效应管.将它们装入一个5号晶体管（TO－5）外壳中，其结构及等效电路如图5所示.

图5 传感器结构及等效电路图

感应装置采用新型热释电红外传感器监测鸟类活动信息，并将其转换成微弱的电信号输出到控制装置.在控制装置中感应的微弱电信号经运算放大器放大，再经过信号比较器和防误触发电路滤去干扰信号，最后所得信号驱动计数器计数，然后控制装置根据信号的类型进行动作.如果信号较弱，开启音频驱鸟装置，同时开启强光驱鸟装置.若信号较强，开启高压驱鸟装置，实现驱鸟目的.若无信号，控制装置关闭.

2.3 音频驱鸟装置

音频驱鸟装置由3部分构成：音频播放部分，功率放大电路部分和扬声器YD部分.音频播放部分可直接在市场购买，可在网上下载各种鸟类哀鸣，天敌等鸣叫的声音（根据不同地区不同鸟类录制下载相对应的声音），并存储到音频播放器内，音频播放器在通电时可以直接工作，播放声音.功率放大器部分采用μPC1238构成的10W音频功率放大器，其电路图如图6所示.

图6 μPC1238电路图

采用μPC1238运算放大器，因为该电路调试比较简单，同时它还具有优良的电气性能：①失真小：放大器在输出上述功率时，最大非线性失真系数小于1%，而频宽却能达到14kHz以上，音域范围内的频率失真很小，具备高传真重放的基本条件；②噪音低：若把输入端短路，在扬声器1m外基本上听不到噪音，放送高传真节目时有一种宁静、舒适的感觉；另外由于使用了性能优异的功率集成块，放大器的开机冲击声也很小.

2.4 强光驱鸟装置设计

强光驱鸟装置由3部分构成：低频振荡电路部分、定时控制部分和LED发光部分.LED发光部分的元器件可直接在市场购买，价格较为中等，而且和其他类型的发光装置相比有很大的优点，如高节能，超低功耗，电光功率转换接近100%，使用寿命长，高环保等.定时装置根据鸟类的活动特性对时间进行控制.同时，强光电路在白天的太阳光照下会丧失作用，故设置在傍晚或者凌晨时分作用.强光产生电路如图7所示.

图7 强光产生电路图

2.5 高压脉冲驱鸟装置

高压脉冲装置由2部分组成：高压脉冲变压器部分和终端放电装置.其中高压脉冲变压器的作用是把电源的低电压经过变压器变压作用升高到10～20 kV的高压脉冲，而终端放电装置安装在杆塔危险点处用来驱赶鸟类.考虑到终端放电装置自身的优缺点以及防鸟刺自身的优缺点，将两种装置相互结合.

图8 串流式高压脉冲变压器电路图

该串流式高压脉冲变压器电路具体实施方案为：如图8所示，由第一级两个变压器串联构成该装置，第一级变压器的初级绕组a、x接蓄电池电源，由次级高压绕组A1，X1感应出电压U1，平衡绕组a1、x1串联在次级高压绕组A1、X1上，平衡绕组a1、x1的输出端与第二级变压器的励磁绕组a2、x2并联，第二级变压器的高压绕组A2、X2感应出高压脉冲电压U2，第一、二两级高压绕组的输出电压串联相加，即得到U1＋U2的高压脉冲输出电压，由A2通过负载R至X1形成高压脉冲回路，完成高压脉冲的产生.

2.6 新型防鸟刺

防鸟刺基本原理是在一个球冠形底座上安装若干个针体，针体呈放射状分布，使鸟不能落在驱鸟针安装处，从而有效防止鸟害的发生.针对现有防鸟刺［5]的优缺点进行改进，设计出新型防鸟刺，不仅能达到防鸟目的，而且方便线路维护人员实施检修工作.其装置如图9所示.

图9 新型防鸟刺结构图

为了使高压脉冲装置能够正常使用，特将套管选用工程塑料，既保证了强度需求，又实现了绝缘要求.鸟刺散开成放射状，能阻止鸟类在此处落脚，避免了因鸟类栖息时排便引起绝缘子短接而造成线路跳闸的危害.当线路工人到杆塔上检修时，可以拉动针体把手，沿着轨道槽将防鸟刺收合起来，给线路工人杆塔上的维修工作带来方便，当维修结束时，再将针体把手放回到轨道槽的上层，防鸟刺可以完全展开，继续起到防鸟的作用.由此将4种防鸟方式整合，组成一种复合防鸟装置，其总装示意图如图10所示.

图10 装置总装示意图

3 结 论

该智能防鸟害装置是整合了4种传统防鸟措施而研发的新型防鸟装置，包括音频驱鸟装置，强光驱鸟装置，高压脉冲驱鸟装置和驱鸟刺装置部分.4种防鸟害装置的相互结合，可实现彼此的优势互补，达到短时和长时结合防鸟的目的.此外，安装有感应装置，能够自动感知鸟类，避免了装置的无效动作，可以避免鸟类产生条件反射，而使装置失效.装置采取相对分散的安装方式，实现了对危险点处的有效防护，达到了点与面，面与面有机结合的目的，防鸟效果较好.经过在输电线路杆塔上的应用证实，该智能防鸟害装置对杆塔鸟类的防护效果十分理想.

［1]韩国平.高压输电线路鸟害故障特征及防止对策［J].山西电力，2005（4）：66－68.

［2]朱先志.输电线路鸟害规律分析及防治对策［J].华中电力，2000，13（6）：47－49.

［3]施东明，杨 凯.基于鸟类生态学研究及配电线路鸟害防治探讨［J].山东电力，2006（5）：324－329.

［4]李功新.输电线路驱鸟器的研制［J].电网技术，2006，30（3）：94－97.

［5]秦 龙.输电线路防鸟害装置：中国，02214723.3［P].2003－05－21.