輸電線路新型無源復合式全天候驅(qū)鳥器的研制

王德賀 林美玲 潘 科

(貴州電網(wǎng)有限責任公司培訓與評價中心，貴州 清鎮(zhèn) 551417)

0 引言

由于郊區(qū)電網(wǎng)輸電線路很長，網(wǎng)絡狀況復雜，各種鳥害情況發(fā)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(qū)逐鳥類，降低它對配電系統(tǒng)設備的危害。一般都是采用風力驅(qū)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(qū)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(qū)域，形成小范圍的散光區(qū)，依據(jù)鳥類懼光特性，導致其不靠近設備筑巢或棲息。老式驅(qū)鳥裝置利用光反射原理能起到驅(qū)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(jié)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(qū)[2]。這種驅(qū)鳥器使用一段時間之后，鳥類的適應性較強對其不再產(chǎn)生害怕。所以驅(qū)鳥效果就會變差了。超聲波驅(qū)鳥器采用變頻超聲波來驅(qū)走害蟲，屬于物理范疇，無毒無臭無污染。超聲波驅(qū)鳥器驅(qū)鳥效果長久，但見效較慢，由于其主要通過惡化鳥類生存環(huán)境起到長久驅(qū)鳥作用，因此對于需要實時驅(qū)鳥的場合，并非十分適用[3]。太陽能驅(qū)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(chǎn)生電流電壓，給電池充電。電池輸出電能給負載，太陽能驅(qū)鳥器低碳節(jié)能環(huán)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(tǒng)驅(qū)鳥器相比有很大改進，充分利用不同天氣環(huán)境下驅(qū)鳥器的實際功用，采用以老式風力反光驅(qū)鳥器結(jié)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(qū)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(xiàn)夜間狀態(tài)下的自發(fā)光驅(qū)鳥功能，

采用多種驅(qū)鳥方式，極大的提高了驅(qū)鳥裝置的現(xiàn)場操作性能。

1 新型驅(qū)鳥器整體方案

圖1是新型無源復合式全天候驅(qū)鳥器總結(jié)構圖，本次設計的新型驅(qū)鳥器在原有傳統(tǒng)驅(qū)鳥器的前提上增加了蜂鳴器、LED燈、仿生鷹、亮片和風力發(fā)電機等結(jié)構，將蜂鳴器和LED燈安裝在仿生鷹上。在整個結(jié)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(fā)電機，通過1葉片的轉(zhuǎn)動來將風能轉(zhuǎn)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(qū)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(xiàn)夜晚的自發(fā)光功能。

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

2 新型驅(qū)鳥器詳細設計

2.1 仿生鷹設計

根據(jù)鳥類懼怕猛禽的天性，可裝置仿生鷹，并在其內(nèi)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(qū)鳥效果來嚇走鳥類。大多數(shù)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(fā)光且亮度超強，通過光控傳感器控制其發(fā)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(fā)電機相匹配，配有延時繼電器，夜間會自動發(fā)光驅(qū)趕鳥類。其參數(shù)如表1所示。

表1 LED警示燈主要技術參數(shù)

根據(jù)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(qū)鳥的目的。參數(shù)如表2所示。

表2 蜂鳴器主要技術參數(shù)

為了更好達到驅(qū)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(zhì)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(xiàn)夜晚的自發(fā)光功能，并可無限次循環(huán)使用，該發(fā)光材料起始高亮度可達2 h～3 h以上，余輝持續(xù)時間可達10 h以上。

熒光材料的工作原理是熒光物質(zhì)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(fā)光，持續(xù)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(jié)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(fā)電機設計

本項目主要針對傳統(tǒng)風力發(fā)電機的葉片進行改造。本裝置的風力發(fā)電機采用三相交流永磁發(fā)電機，共有5個葉片，材料是輕質(zhì)鋁合金?？梢栽谌~片的外表面使用反光鏡片，內(nèi)表面覆蓋亮片，亮片材質(zhì)是亞克力，亮片的漫反射增強驅(qū)鳥效果。因此，驅(qū)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(qū)散效果。整個驅(qū)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(fā)中的重要項目[6]。風力發(fā)電的基本原理是空氣的流動帶動葉輪，從而將風能轉(zhuǎn)換成機械能，然后通過葉輪的旋轉(zhuǎn)通過電磁感應使得發(fā)電機產(chǎn)生電能。垂直軸風力發(fā)電機采用葉輪通過轉(zhuǎn)軸直接連接發(fā)電機轉(zhuǎn)子的連接方式，不用迎風調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可以接受任何方位來風，主軸永遠朝著設計方向轉(zhuǎn)動，提高了風能的使用率，且結(jié)構簡單、體積小、成本低，并便于維護[7]。但是風力并不穩(wěn)定，即單位時間內(nèi)帶動葉輪的風量并不穩(wěn)定，造成葉輪轉(zhuǎn)速變化很大，也就無法保證風力發(fā)電機的穩(wěn)定運行，其輸出的電壓、頻率不穩(wěn)定。為了使風力發(fā)電機輸出的電能用于實際，需要采用一定的控制系統(tǒng)對風力發(fā)電機輸出電壓和頻率進行控制[8]。風力發(fā)電機參數(shù)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(zhuǎn)方向會大大減小它的受壓，韌性得到很大的提高。

3)回轉(zhuǎn)半徑：由于其原理和結(jié)構的不同，回轉(zhuǎn)半徑得到了縮減，效率得到了提高。

4)發(fā)電曲線特性：發(fā)電功率的穩(wěn)定性得到了提高，曲線特性愈發(fā)平穩(wěn)。

表3 風力發(fā)電機的技術參數(shù)

2.3 主控制電路設計

為了達到夜晚無光狀態(tài)下的驅(qū)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(shù)器參數(shù)如表4所示。

表4 延時繼電器參數(shù)

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(nèi)DC220V5A以內(nèi)>10萬次設定參數(shù)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(fā)電機輸出的不穩(wěn)定交流電轉(zhuǎn)化為不穩(wěn)定的近似直流電，再經(jīng)電容濾波獲得平滑的直流電；穩(wěn)壓電路將近似直流電通過閉環(huán)控制電路轉(zhuǎn)化為穩(wěn)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(jié)語

風力機葉片設計是本設計的基礎，風力機葉片內(nèi)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(qū)趕鳥類。根據(jù)購置的仿生鷹實體，在翅膀部位加上LED警示燈，內(nèi)部裝上機械蜂鳴器。通過風力使風扇旋轉(zhuǎn)通過電磁感應將機械能轉(zhuǎn)化為電能。供給裝置的蜂鳴器和LED警示燈使用。這幾種創(chuàng)新的設計，能適應不同天氣環(huán)境，并完成驅(qū)鳥任務。

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