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)
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。
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。
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。
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)
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。
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。