基于雙重探測(cè)技術(shù)輸電桿塔驅(qū)鳥(niǎo)裝置設(shè)計(jì)★

王德賀 劉 鵬 龍福剛

(1.貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司培訓(xùn)與評(píng)價(jià)中心，貴州 貴陽(yáng) 550002；2.貴陽(yáng)供電局，貴州 貴陽(yáng) 550001； 3.興義供電局，貴州 興義 562400)

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·水·暖·電·

基于雙重探測(cè)技術(shù)輸電桿塔驅(qū)鳥(niǎo)裝置設(shè)計(jì)★

王德賀1劉 鵬2龍福剛3

(1.貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司培訓(xùn)與評(píng)價(jià)中心，貴州 貴陽(yáng) 550002；2.貴陽(yáng)供電局，貴州 貴陽(yáng) 550001； 3.興義供電局，貴州 興義 562400)

介紹了目前輸電線路驅(qū)鳥(niǎo)裝置的類型及特點(diǎn)，根據(jù)超聲波驅(qū)鳥(niǎo)原理，從探測(cè)系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、超聲波驅(qū)鳥(niǎo)系統(tǒng)三方面，闡述了基于雙重探測(cè)技術(shù)輸電桿塔驅(qū)鳥(niǎo)裝置的設(shè)計(jì)方法，指出該驅(qū)鳥(niǎo)裝置達(dá)到了良好的驅(qū)鳥(niǎo)效果，提高了供電的可靠性。

輸電線路，超聲波驅(qū)鳥(niǎo)系統(tǒng)，探測(cè)系統(tǒng)，供電系統(tǒng)

貴州地區(qū)有著良好的自然生態(tài)環(huán)境，近年又隨著西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略及大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng)的同時(shí)，生態(tài)環(huán)境也同樣得到了不斷改善，給鳥(niǎo)類的生存提供了極其優(yōu)越的環(huán)境，但是大量鳥(niǎo)類的存在給輸電線路的運(yùn)行帶來(lái)了不利的影響。數(shù)據(jù)表明，鳥(niǎo)類引起的線路運(yùn)行故障已經(jīng)占到故障總數(shù)的前三位，并有逐年增加的趨勢(shì)。因此，在不傷害鳥(niǎo)類的前提下，采取有效環(huán)保措施驅(qū)離鳥(niǎo)類離開(kāi)線路走廊已成為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的難點(diǎn)，對(duì)保障供電可靠性能具有極其重要的意義。

貴州某線路鳥(niǎo)類棲息圖見(jiàn)圖1，鳥(niǎo)糞引起閃絡(luò)的絕緣子見(jiàn)圖2。

目前，部分輸電線路主要使用的驅(qū)鳥(niǎo)方式有安裝防鳥(niǎo)刺、風(fēng)輪式驅(qū)鳥(niǎo)器、電子聲音驅(qū)鳥(niǎo)器、超聲波驅(qū)鳥(niǎo)器等[1]，其中，防鳥(niǎo)刺廉價(jià)易安裝，但是一種被動(dòng)防御方式，無(wú)法做到全線路覆蓋；風(fēng)輪式驅(qū)鳥(niǎo)器主要是以風(fēng)力驅(qū)動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，利用反光來(lái)驅(qū)趕鳥(niǎo)類，其缺點(diǎn)是如果遇到無(wú)風(fēng)的氣象條件，這種驅(qū)離方式便失去了作用；利用聲音驅(qū)鳥(niǎo)的方法，驅(qū)離效果要明顯優(yōu)于風(fēng)輪式驅(qū)鳥(niǎo)，應(yīng)用范圍也較廣，但在靠近居民區(qū)的桿塔上安裝會(huì)產(chǎn)生擾民的副效應(yīng)；利用設(shè)備發(fā)射一定頻率的超聲波來(lái)刺激鳥(niǎo)類神經(jīng)系統(tǒng)的超聲波驅(qū)鳥(niǎo)方式，能導(dǎo)致鳥(niǎo)類神經(jīng)系統(tǒng)紊亂而離開(kāi)監(jiān)測(cè)區(qū)域，還可以通過(guò)不斷改變超聲波頻率來(lái)抗擊鳥(niǎo)類對(duì)定頻波的適應(yīng)性，在不傷害鳥(niǎo)類及對(duì)環(huán)境無(wú)污染的前提下完成驅(qū)離任務(wù)，這種方式除了北方非常寒冷地區(qū)外，適合大部分地區(qū)應(yīng)用。

1 裝置驅(qū)鳥(niǎo)原理

基于上述分析，本文所述超聲波驅(qū)鳥(niǎo)系統(tǒng)，會(huì)對(duì)監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行探測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)有物體存在，則會(huì)通過(guò)控制系統(tǒng)發(fā)出一定頻率的超聲波，在這種刺激下鳥(niǎo)類神經(jīng)及生理系統(tǒng)會(huì)受到影響，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致鳥(niǎo)類產(chǎn)生厭食、眩暈、精神萎靡不振等癥狀，極大地破壞鳥(niǎo)類的存在環(huán)境，迫使它們主動(dòng)離開(kāi)線路走廊，保護(hù)線路設(shè)備。超聲波頻率在20 kHz以上，已經(jīng)超過(guò)人耳的聽(tīng)覺(jué)范圍，不會(huì)對(duì)人的生存狀態(tài)造成傷害。超聲波發(fā)生器定時(shí)啟動(dòng)，當(dāng)鳥(niǎo)來(lái)時(shí)，驅(qū)鳥(niǎo)器開(kāi)始以一定的頻率工作，工作一段時(shí)間后，如果鳥(niǎo)還沒(méi)走，就改變超聲波的頻率，直到把鳥(niǎo)趕走為止，系統(tǒng)會(huì)存儲(chǔ)這個(gè)頻率為驅(qū)鳥(niǎo)的一個(gè)最佳頻率，然后經(jīng)過(guò)GPRS傳送給監(jiān)控中心，以便進(jìn)一步掌握鳥(niǎo)類的活動(dòng)規(guī)律，采取進(jìn)一步的措施(見(jiàn)圖3)。

2 探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文所述雙重探測(cè)技術(shù)是基于微波多普勒探測(cè)及被動(dòng)式紅外探測(cè)組合而成(見(jiàn)圖4)。微波多普勒探測(cè)器頻率為10.525 GHz，探測(cè)范圍是半徑為20 m的球形空間，其通過(guò)發(fā)射裝置向防護(hù)區(qū)域發(fā)射微波信號(hào)，通過(guò)分析發(fā)射與接收信號(hào)的頻率偏差，系統(tǒng)自動(dòng)判斷是否啟動(dòng)超聲波驅(qū)鳥(niǎo)器。所謂被動(dòng)式紅外探測(cè)器的探測(cè)距離為10 m～20 m，其不會(huì)主動(dòng)發(fā)出紅外線信號(hào)，只能接收到紅外信號(hào)，當(dāng)有鳥(niǎo)類靠近時(shí)，身上會(huì)發(fā)出紅外線，這種紅外線就會(huì)被探測(cè)器接收，系統(tǒng)自動(dòng)判斷是否啟動(dòng)超聲波驅(qū)鳥(niǎo)器。

2.1 多普勒微波傳感原理

應(yīng)用多普勒原理，檢測(cè)模塊核心采用微波位移傳感器HB100。檢測(cè)設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖5所示。HB100通過(guò)檢測(cè)鳥(niǎo)飛臨監(jiān)測(cè)區(qū)域時(shí)的速度信號(hào)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過(guò)對(duì)信號(hào)放大、處理后進(jìn)行判斷，若判斷為真，則發(fā)送指令控制裝置進(jìn)行驅(qū)趕動(dòng)作。實(shí)驗(yàn)表明傳感器HB100可以精確檢測(cè)到10 m～15 m范圍內(nèi)的移動(dòng)物體，并發(fā)出相應(yīng)的指令[2]。

2.2 紅外探測(cè)原理

本裝置設(shè)計(jì)的紅外探測(cè)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(cè)到的物體微弱紅外線能量轉(zhuǎn)化成電的信號(hào)傳給處理單位。這里選用P2288作為被動(dòng)式熱釋電紅外傳感器的主要單元，其主要性能指標(biāo)如表1所示。

表1 P2288主要性能指標(biāo)

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

P2288內(nèi)含有一個(gè)高阻值電阻RG、兩只熱電元件T1，T2及一根低噪聲場(chǎng)效應(yīng)管BG。將它們按要求組合后裝入一個(gè)5號(hào)晶體管外殼中，其等效電路如圖6所示。

敏感單元T1，T2探測(cè)到發(fā)熱物體紅外線時(shí)會(huì)發(fā)生溫度的變化，最終將會(huì)引起電信號(hào)的變化。由于P2288的窗玻璃采用的是硅濾光器，可以過(guò)濾掉波長(zhǎng)小于7 μm的背景光，因此可以抵抗其他干擾，確保只對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域的運(yùn)動(dòng)物體產(chǎn)生敏感。當(dāng)傳感器另外使用費(fèi)涅爾透鏡配合時(shí)，探測(cè)距離可達(dá)10 m以上[3]，但是紅外光線接觸到鳥(niǎo)類羽毛會(huì)有一些屏蔽，多次實(shí)驗(yàn)后調(diào)整電路的靈敏距離為5 m，以滿足驅(qū)鳥(niǎo)系統(tǒng)的要求。

利用紅外感應(yīng)進(jìn)行探測(cè)的技術(shù)，在充分考慮經(jīng)濟(jì)，環(huán)保的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)在近距離范圍有效驅(qū)鳥(niǎo)。規(guī)模小、集成程度高、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗外界的干擾性強(qiáng)、耗能低[4]。

3 供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本裝置設(shè)計(jì)采用太陽(yáng)能電池板給其他設(shè)備模塊供電并同時(shí)給蓄電池進(jìn)行充電。整個(gè)系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池板、控制電路和蓄電池組構(gòu)成。作為核心部件的太陽(yáng)能電池方陣的作用是將接收的太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換為電能，驅(qū)動(dòng)裝置各模塊電路運(yùn)行，并同時(shí)把多余的電能送往蓄電池組中存儲(chǔ)起來(lái)?？刂破鞯淖饔檬强刂葡到y(tǒng)的工作狀態(tài)，并轉(zhuǎn)換電路所需要的工作電壓，同時(shí)轉(zhuǎn)換蓄電池組充電電壓與太陽(yáng)能電池板輸出電壓，另外還對(duì)蓄電組的可能產(chǎn)生的過(guò)充、放電進(jìn)行防護(hù)等。蓄電池組采用不需要進(jìn)行維護(hù)的鉛酸電池作為補(bǔ)充[5]，當(dāng)光照充足時(shí)完成對(duì)各模塊的供充電任務(wù)；通過(guò)上述的設(shè)計(jì)有效的避免了晚上或陰天下雨時(shí)，系統(tǒng)缺電不能工作的缺點(diǎn)，保證系統(tǒng)能持續(xù)、穩(wěn)定、可靠地工作。太陽(yáng)能供電原理見(jiàn)圖7。

4 超聲波驅(qū)鳥(niǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 硬件設(shè)計(jì)

雙重探測(cè)技術(shù)是基于多普勒微波傳感和紅外探測(cè)技術(shù)，整個(gè)裝置主要包括探測(cè)系統(tǒng)、太陽(yáng)能供電裝置、超聲波驅(qū)鳥(niǎo)系統(tǒng)，其中，探測(cè)系統(tǒng)中任何一個(gè)模塊探測(cè)到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，驅(qū)鳥(niǎo)器都會(huì)動(dòng)作。使用兩個(gè)探測(cè)器作為驅(qū)鳥(niǎo)器的探測(cè)系統(tǒng)，彌補(bǔ)了鳥(niǎo)類在防范區(qū)域不動(dòng)時(shí)微波探測(cè)器無(wú)法捕捉到的缺陷，提高了探測(cè)的精確度。驅(qū)鳥(niǎo)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖8。

4.2 軟件設(shè)計(jì)

通過(guò)微波位移感應(yīng)傳感器采集鳥(niǎo)飛臨監(jiān)控區(qū)域的位移信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大濾波電路發(fā)出啟動(dòng)處理系統(tǒng)指令，初始化硬件系統(tǒng)模塊，由軟件指令選擇驅(qū)鳥(niǎo)方式，判斷檢測(cè)值是否滿足設(shè)定值，若為真則激發(fā)超聲波動(dòng)作進(jìn)行驅(qū)鳥(niǎo)，不斷改變超聲波頻率直至把鳥(niǎo)驅(qū)離，同時(shí)把采集到的桿塔桿號(hào)、時(shí)間等信息通過(guò)無(wú)線傳輸模塊發(fā)送到監(jiān)控中心，以便巡視時(shí)特別對(duì)此位置進(jìn)行人工重點(diǎn)觀察。設(shè)定時(shí)間為每15 min進(jìn)行下一輪檢測(cè)。驅(qū)鳥(niǎo)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖見(jiàn)圖9。

5 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的超聲波驅(qū)鳥(niǎo)器采用了多普勒微波傳感和紅外探測(cè)雙重探測(cè)方式，在提高探測(cè)精度的同時(shí)，靈敏度也有一定的提高，鳥(niǎo)類只要在探測(cè)范圍之內(nèi)，不管它動(dòng)還是不動(dòng)，都能被探測(cè)出來(lái)。當(dāng)探測(cè)到有鳥(niǎo)飛臨電力桿塔橫擔(dān)上時(shí)，就會(huì)發(fā)出變頻超聲波直至驅(qū)離，極大地減少了定期排查所需的人力。

該超聲波驅(qū)鳥(niǎo)器在工作時(shí)無(wú)噪聲，不會(huì)對(duì)鳥(niǎo)造成傷害，同時(shí)對(duì)鳥(niǎo)類起到良好的驅(qū)除效果，安裝在500 kV以下等級(jí)的輸電線路桿塔橫擔(dān)上，能有效減少由于鳥(niǎo)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(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。

[1] 魏敬宏.驅(qū)鳥(niǎo)裝置在高壓輸電線路桿塔上的應(yīng)用[J].華東電力,2011,39(11):1963-1964.

[2] 李 坤,李成攻.基于多普勒檢測(cè)技術(shù)的智能驅(qū)鳥(niǎo)器[J].電子技術(shù),2012,39(4):35-37.

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[5] 張 磊,胡曉銳.一種結(jié)合紅外探測(cè)和智能變頻的超聲驅(qū)鳥(niǎo)裝置的開(kāi)發(fā)[J].聲學(xué)技術(shù),2014,33(4):162-165.

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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(wǎng)有限責(zé)任公司2016年職工技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目

王德賀(1983- )，男，碩士，講師

TU852

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