基于智能主动驱赶的输电终端场防异物装置研究

李 良

（广东电网有限责任公司江门供电局，广东江门 529000）

0 引言

江门供电局担负着上下川岛海底电缆的运维工作，其中4个海缆终端场作为海底电缆线路的重要组成部分，其运行状态的稳定关系到整个电力系统的安全运行。由于各海缆终端场均是无人值守站点，且所建位置极为偏远，会时常受到野外异物的入侵和攀爬，带来不可预控的安全隐患或设备损毁（如短路、绝缘层破损、电源击穿等），而运维人员定期巡视的规律性与间隔性，又难以适应异物入侵的无规律性、偶然性等，因此急需海缆终端场建立一套针对异物入侵的防控装置。

近年来因活体异物（蛇、鼠等）而导致的输电设备故障已成为电力线路的频发性故障之一，是影响电网安全的较大隐患之一。如何降低活体异物活动对输电设备等电力设备的危害，促进人与自然、人与动物的和谐共处，已成为电网企业开展输电日常运行维护工作所面临的一个重要课题。

现阶段异物入侵防治的探测和驱赶方式，主要以风动或者磁力的方式驱动机械臂，但该方式针对性较弱，只能起到固定点的防控，受到设备形状及地形的限制；利用超声波语音驱赶异物的方式，则在适用性方面存在极大限制，仅能针对个别动物种类起到驱赶效果；利用激光驱赶异物，该方法效果较好，但现有研究只能通过固定路径展开防控，无法实现主动驱赶的效果[1-2]。

为了弥补目前各种防控手段的运行弊端，研制了一种基于智能主动驱赶的输电终端场防异物装置，用于防治输电电缆终端及输电线路设备遭受活体异物的影响。该系统采用利用光电边界探测技术、激光立体扫描的策略，降低误报率低，提升探测驱赶的覆盖效果。

1 故障原理

1.1 活体异物活动短路故障

据统计，每年的3—10 月广东地区的活体异物活动频繁，对于输电线路存在巨大的安全风险隐患，活体异物通过叼引各种树枝等材料进行搭建鸟巢，因此极易外露接近导线。在天气情况较为潮湿的情况下，就会瞬时引起接地故障从而跳闸。此外，输电线路运维的电缆终端场区域位于海边，海鸟会掉落大量鸟粪在绝缘子等部件上，其中接触的过程中会引发空气间隙的击穿和闪络，对设备的安全运行也会造成一定影响。

1.2 鼠类咬破绝缘外层故障

现有的海底电缆终端场均是无人值守站点，且所建位置极为偏远，会时常受到野外异物的入侵和攀爬，在无人值守的情况下，易发生鼠类等动物撕咬避雷器、户外终端绝缘外层的安全事故，进而引发绝缘击穿造成设备损毁。

2 智能主动驱赶策略的研究

利用激光的光线驱赶作用是刺激各类活体异物的眼睛瞪敏感部位，使其产生感光刺激从而逃离，由于激光装置可以采用云台调控进行驱赶，所以覆盖范围广泛，使用于多类型的活体异物驱赶。在实际应用中，针对不同的时间、设备种类，还可通过不断转换激光频率和颜色来降低各类活体异物的适应性。此外，由于激光对人眼可能造成潜在的伤害风险，本策略将应用短频光波，达到不刺激伤害眼部的效果。采用不定时工作的变换方式，会加快对活体异物等异物的驱赶速度，防止其产生抵抗性驱赶效果。另外，采用主动规划的探测方式，针对危害活动频频率高的点位进行设计，利用包含探测模块、电源模块、控制模块和执行模块的相互配合。

2.1 探测单元

为有效提高驱赶异物的准确性和有效率，本研究采用先规划路径、后探测的方法开展。首先，利用电缆终端场等设备的固定性进行建模，通过高清摄像装置采集不同时段的活体异物出现频次，建立系统的驱赶点。由此利用将信息集成传输到控制单元作为激光路径规划的基础单元，基于串口通信进行点位设计、时间调节、强度调节等模块控制和交互。其次，高清摄像装置采集到活体异物信息后，将采集信息发送到综合云台控制单元，驱动云台工作。本策略通过单片机DC 模式实现激光束的有效强度调节，强度可调节为500～1000 mW，激光的波长也可根据实际需要调节为520～532 nm 进行输出，已达到驱赶电缆终端场附近的活体异物。最后，高清相机也会对激光驱赶过程进行持续采集，与前段时间信息进行比对，判断是否起到驱赶鸟效果，其中光电探测的区域是通过光照强度的变化而进行的信息反馈调节，有发生突变的话，其信号会上传至处理器进行存储[3-5]。

2.2 激光控制单元

智能激光控制驱赶装置的调用单元主体由单片机PIC16D70 组成，主要负责激光光路的指定以及各交互模式的选择和信号传导，驱动云台和激光发射指令驱赶飞鸟等。根据不同时间段，驱赶的位置以及时间停留的长短不同，该装置设置了3 种工况的运行方式：相应于鸟类异物的防治模式，其规划的激光路径主要为电缆终端的上部区域，重点在转角等落鸟区域停留扫射，防止上空鸟类停留和鸟粪下落；蛇鼠类防治模式的重点规划区段为底座位置以及终端护套的末端，切断蛇鼠类相上延展的路径；晚上的夜间工作方式，由于鸟类夜间的活动减少，故加大扫描间隙。以第二种模式为主，以达到降低作业功耗的目的。

2.3 激光扫描单元

本模块单元为核心单元，其为驱赶异物的主要模块单元，主要流程为利用手动设定、控制扫描方式、速度及区域，可使激光按轨迹形成一个立体的扫描区域，驱赶异物，并防止其他异物入侵，覆盖范围广，将事故隐患降低到最小，从而达到保障终端场安全稳定运行的目的。为防止激光对误入人员或空中航班造成影响，在激光扫描过程中将云台的活动范围限制在上下35°、水平旋转幅度350°，在此范围内进行往复立体运作，通过接收探测单元的规划点指示激光进行相应的动作响应（图1）。

图1 装置运转

2.4 双能供电单元

智能超声驱赶异物装置采用太阳能及蓄电池的双能供电系统。装置采用由太阳能电池板、控制电路和蓄电池组成的双能供电系统。主要能源供应以日照的太阳能充电为主，将太阳能转化为化学能，本策略利用电路控制合理调节控电系统的工作时间，为防止蓄电池过量充放，将充电限额一般固定于至85%左右，且放电余留20%左右，确保蓄电池的供应能够满足10 h 的使用要求。监测电池的用量程度，合理分配两种能源的使用状态，在光照充足时将电能存储与蓄电池中，在阴雨天以及夜间使用，确保整个运行系统可以稳定地长时间工作。

3 实验验证

为验证基于智能主动驱赶的输电终端场防异物装置的可靠性，并具有稳定、驱赶准确、适用于多场景等特点的设计思路。本文针对多场景、驱赶有效率等测试指标，对基于智能主动驱赶的输电终端场防异物装置进行了测试。

由于鸟类活动范围较为广泛，且对线路的危害性最大，现以模拟某220 kV 某海缆终端场的重点鸟害隐患区段为例，分别选取两处测试点，一处设置驱赶装置进行对比。通过6 个月的运行统计，对比前后鸟类活动频次得到表1 的实验数据。可以看出，安装驱鸟装置前后鸟类活动频次明显下降，同时随着鸟害高发季节也会随之增大。这验证了本装置可以有效驱赶活体异物，对输电终端等设备有明显的辅助作用。

表1 安装驱鸟装置前后鸟类活动频次 次

在完成测试后，基于智能主动驱赶的输电终端场防异物装置应用于实际的输电线路运维中，一方面激光智能主动驱赶的投入可以减少常规日常巡视的工作投入，另一方面通过不断循环扫描输电设备可以创建一个永久的保护区域，实现对电网设备的安全运行管理。

4 结束语

基于智能主动驱赶的输电终端场防异物装置研究，利用手动设定、控制扫描方式、速度及区域，可使激光按轨迹形成一个立体的扫描区域，驱赶异物，并防止其他异物入侵，覆盖范围广，将事故隐患降低到最小，从而达到保障终端场安全稳定运行的目的。另一方面，相比传统异物入侵的防治办法，该系统具有驱赶效果持续时间长、成本低、可靠性高，有较好的应用前景。通过现场试验，也验证了该装置的有效性。