架空輸電線路新型驅(qū)鳥劑的研究

毛曉坡 1，周光遠(yuǎn) ，周學(xué)明 1，李朝暉

（1.國網(wǎng)湖北省電力有限公司電力科學(xué)研究院，湖北 武漢 430077；2.國網(wǎng)湖北省電力有限公司荊門供電公司，湖北 荊門 448000）

0 引言

隨著保持生態(tài)平衡政策的推廣和自然環(huán)境的改善，鳥類數(shù)量逐步增多，但是隨之而來的鳥類頻繁活動(dòng)卻時(shí)刻威脅著電網(wǎng)安全［1-3］。輸電線路桿塔上鳥巢林立，絕緣子上鳥糞比比皆是，造成接地跳閘和絕緣子閃絡(luò)等鳥害事故，直接威脅著輸電線路的安全運(yùn)行，鳥害事故已成為繼雷害故障后的第二大類自然故障［4-6］，如圖1所示。

圖1 某線路鳥害跳閘及落鳥情況Fig.1 Bird tripping and falling bird situation on a certain line

根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，鳥害引起的線路故障可主要分為鳥糞閃絡(luò)、鳥類筑巢、群鳥飛行和鳥啄復(fù)核絕緣子等四類，其中鳥糞閃絡(luò)是最常見的鳥害故障類型，如圖2所示。目前，電力系統(tǒng)主要采用的防鳥措施為防鳥刺和防鳥擋板，防止鳥類進(jìn)入絕緣子上方，可以有效降低鳥害故障的發(fā)生［7-9］。然而，該技術(shù)無法完全阻止鳥害故障的發(fā)生，這是由于鳥類能夠適應(yīng)這些裝置的存在，依然在絕緣子上方排便，引起線路跳閘，同時(shí)，這些裝置妨礙了運(yùn)維人員在桿塔上作業(yè)活動(dòng)［10-12］，并且，某些桿塔由于結(jié)構(gòu)原因，不能安裝防鳥刺和防鳥擋板［13-15］。

圖2 鳥害故障類型Fig.2 Types of bird damage

為了有效防止架空輸電線路鳥害的發(fā)生，在不影響運(yùn)維人員桿塔作業(yè)的情況下，針對(duì)所有桿塔類型，本文通過設(shè)計(jì)一種新型驅(qū)鳥劑，該裝置可以緩慢持久、長期有效地釋放出影響鳥類中樞神經(jīng)系統(tǒng)的氣體［16-18］。

1 驅(qū)鳥劑性能設(shè)計(jì)

目前應(yīng)用的驅(qū)鳥劑主要有顆粒驅(qū)鳥劑、粉劑驅(qū)鳥劑、水劑驅(qū)鳥劑和膏狀驅(qū)鳥劑等，已廣泛應(yīng)用于飛機(jī)場、果園和農(nóng)田等［19-21］。這幾種類型的驅(qū)鳥劑都有一定的驅(qū)鳥效果，但這幾種類型的驅(qū)鳥劑都怕雨水沖刷，遇雨后會(huì)大大降低使用效果，甚至失效，雨后必須重施，因而加大驅(qū)鳥成本；在氣溫較低時(shí)，液體揮發(fā)速度減慢，有效釋放的氣味濃度低，達(dá)不到驅(qū)鳥效果；此外驅(qū)鳥劑商品的有效成分大多主要來源于國外的香精香料產(chǎn)品，價(jià)格較高，氣味有效釋放時(shí)間一般在一個(gè)月左右，不能適應(yīng)輸電線路的使用［22-24］。因此急需一種高效、長效、耐候性好且實(shí)效性高的驅(qū)鳥劑，而且是不破壞生態(tài)平衡的安全、環(huán)保的驅(qū)鳥產(chǎn)品［25-27］。

對(duì)于架空輸電線路驅(qū)鳥劑，需制成膠體制劑，采用點(diǎn)式投藥，用塑料或者其它耐用淺容器注入藥物適量，設(shè)法固定容器在橫擔(dān)、電線桿、鐵塔，讓驅(qū)鳥劑緩慢釋放［28-30］。為了制成這種驅(qū)鳥劑還必須額外添加一些其他物質(zhì)，比如緩釋劑、吸附劑、乳化劑、防腐劑、抗凍劑等。

其中緩釋劑載體的主要作用為將驅(qū)鳥的香料盡量多地負(fù)載于其中，并能有效控制香料的揮發(fā)速度，使其緩慢長久地釋放于空氣中。目前緩釋劑主要分為兩種：1）物理型緩釋劑。將藥劑吸附于無機(jī)、有機(jī)或天然吸附性載體中作為貯存體，然后涂以控制性外膜即制成吸附性制品。常用吸附性載體有活性炭、空心纖維、氧化鋁、膨潤土、沸石、硅藻土、鋸末、離子交換樹脂或合成的粒狀載體；這類載體通常吸附量不超過20%，吸附能力強(qiáng)的載體會(huì)影響香料的揮發(fā)，需要在較高溫度下才能發(fā)揮較好的揮發(fā)效果。2）化學(xué)型緩釋劑。這類緩釋劑主要是利用原藥本身的活性基團(tuán)（如COOH、OH、SH、NH2），在不破壞原化學(xué)結(jié)構(gòu)的條件下，自身聚合或縮聚，與天然或合成高分子化合物直接結(jié)合或通過橋聯(lián)（交聯(lián)）結(jié)合，與無機(jī)或有機(jī)化合物生成絡(luò)合物或分子化合物。常用的有聚酯或多聚醇類的凝膠型固體香料載體。這類載體通常為含水凝膠，對(duì)疏水性的香料溶解量較小，揮發(fā)濃度低，持久性差。

延長驅(qū)鳥劑的長效使用時(shí)間，一是增大驅(qū)鳥劑的單位體積內(nèi)香料的負(fù)載量，二是需要在保證驅(qū)鳥劑揮發(fā)在空氣中有效濃度的前提下，能保持持續(xù)緩慢揮發(fā)的作用。因此需要合理研發(fā)適宜的驅(qū)鳥劑載體。

干-濕相轉(zhuǎn)化法通常采用各種溶劑將高分子顆粒通過溶解相轉(zhuǎn)化，制成各種多孔的高分子膜材料。利用該技術(shù)原理，可以用來制備驅(qū)鳥劑的多孔高分子固體載體。由于采用疏水性材料和溶劑，因此能大大增加疏水性香料的溶解量；制孔技術(shù)的應(yīng)用，能使合成的載體具有良好的緩釋性能。

常用的高分子顆粒有聚偏氟乙烯（PVDF）樹脂和聚醚酰亞胺等。其中聚偏氟乙烯（PVDF）樹脂主要是指偏氟乙烯均聚物或者偏氟乙烯與其他少量含氟乙烯基單體的共聚物，PVDF樹脂兼具氟樹脂和通用樹脂的特性，除具有良好的耐化學(xué)腐蝕性、耐高溫性、耐氧化性、耐候性、耐射線輻射性能外，還具有壓電性、介電性、熱電性等特殊性能。由于PVDF樹脂具有超強(qiáng)的耐候性，可在戶外長期使用，無需保養(yǎng)，本研究擬采用PVDF顆粒為主要原料，采用干-濕相轉(zhuǎn)化法制備驅(qū)鳥劑的緩釋載體。

2 驅(qū)鳥劑成分設(shè)計(jì)

高性能驅(qū)鳥劑載體聚偏氟乙烯顆粒為載體的主要原料，利用干-濕相轉(zhuǎn)換的機(jī)理，加入制孔劑、抗氧化劑、防腐劑、抗凍劑等多種組分，制備多孔的固體彈性載體。在高性能驅(qū)鳥劑載體合成的過程中，加入驅(qū)鳥有機(jī)香料成分，使合成的固體型驅(qū)鳥劑負(fù)載的驅(qū)鳥成分超過30%，并且可緩慢持久地釋放出具有香味且對(duì)鳥類有神經(jīng)刺激性的氣體，達(dá)到驅(qū)鳥氣味的濃度保持在一年以上。

主要儀器：電熱套、攪拌器、天平、三口瓶、溫度計(jì)等。

主要試劑：PVDF顆粒，N，N-二甲基甲酰胺（DMF），麝香草油、樟腦油、魚腥草精油、薄荷油、桉葉油、玫瑰油、鄰氨基苯甲酸甲酯等多種香料，碳酸氫鈉（NaHCO3），抗壞血酸（VC），苯甲酸，乙二醇等。

實(shí)驗(yàn)方法：將70 g PVDF顆粒和100 mL N，N-二甲基甲酰胺（DMF）依次加入250 mL三口瓶（或燒杯）中，安裝好溫度計(jì)、攪拌器，置于電熱套中，加熱至完全溶解；保持在110℃，不斷攪拌條件下，逐漸緩慢的加入適量香料，再依次加入乙二醇、苯甲酸、抗壞血酸和碳酸氫鈉。研究各種試劑加入順序和加入速度等因素對(duì)合成的驅(qū)鳥劑性狀的影響。

檢測目的：檢測驅(qū)鳥劑在不同溫度下散發(fā)出的揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）的含量。

檢測儀器：PGM-7340 ppbRAE 3000

檢測步驟：將驅(qū)鳥劑裝入容器中，控制容器周圍溫度，分別測定容器開口處驅(qū)鳥劑在不同溫度下?lián)]發(fā)的VOCs的氣相濃度（單位：ppm）。

檢測結(jié)果如表1所示。

表1 驅(qū)鳥劑在不同溫度下散發(fā)VOCs的氣體濃度Table 1 The gas concentration of VOCs emitted by bird repellent at different temperatures

1）隨著溫度的升高，該驅(qū)鳥劑的揮發(fā)性能也提高。溫度在較低溫度時(shí)揮發(fā)的VOCs的氣相濃度仍能達(dá)到高溫時(shí)的65%，從而證明該驅(qū)鳥劑在實(shí)驗(yàn)的溫度范圍內(nèi)均具有較好的揮發(fā)性。

2）該驅(qū)鳥劑在100℃以下均能保持固態(tài)，溫度過高或受熱不均勻的高溫點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致驅(qū)鳥劑流動(dòng)性增強(qiáng)。

為了使驅(qū)鳥劑具有更好的防凍、抗氧化和防腐性能，并形成具有許多分布均勻、孔徑微細(xì)的高分子固體材料，需要研究其他防腐劑、制孔劑、防凍劑和抗氧化劑等的加入種類、加入順序、加入時(shí)機(jī)及攪拌速度等各種工藝條件并進(jìn)行優(yōu)化。首先將PVDF顆粒和DMF溶劑依次加入反應(yīng)器，加熱攪拌溶解，顆粒全部溶解后逐滴加入香料，在完全加完香料后，停止加熱，再在不斷攪拌下，依次加入乙二醇和苯甲酸，待溫度降低至90℃時(shí)，再在攪拌下依次加入固體抗壞血酸和碳酸氫鈉。驅(qū)鳥劑合成過程中的照片如圖3所示。

圖3 加熱溶解狀態(tài)圖冷卻凝固后的驅(qū)鳥劑Fig.3 The state of heating and dissolving the bird repellent after cooling and solidification

通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化工藝后的各種藥劑的加入量為：PVDF顆粒70 g，DMF溶劑100 mL，混合香料60～70 g，乙二醇4.0～4.5 g，苯甲酸0.7～0.8 g，VC 0.5～0.6 g，NaHCO31.0～1.1 g。

3 驅(qū)鳥劑現(xiàn)場應(yīng)用

由于輸電線路需要驅(qū)鳥的都是高高的鐵塔或電線桿，需要將驅(qū)鳥裝置安裝在容易被鳥類筑巢的位置。因此要求驅(qū)鳥劑的包裝盒具有耐高溫，防凍，耐用，易于驅(qū)鳥劑的揮發(fā)，并且具有防雨防風(fēng)等功能。國網(wǎng)湖北荊門供電公司利用無人機(jī)自動(dòng)投放驅(qū)鳥劑，增強(qiáng)輸電線路防鳥效果，提升作業(yè)效率，同時(shí)降低了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，如圖4所示。

圖4 新型驅(qū)鳥劑制備及安裝Fig.4 Preparation and installation of new bird repellent

經(jīng)實(shí)時(shí)監(jiān)測結(jié)果表明，該驅(qū)鳥劑氣味濃郁，對(duì)鳥類有明顯的驅(qū)逐作用，可使鳥類不再接近裝有驅(qū)鳥劑的鐵塔，甚至不再歸巢，具有環(huán)保、高效、長效，方便安裝及使用，耐候性好等優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)于現(xiàn)有應(yīng)用于電力系統(tǒng)的同類驅(qū)鳥產(chǎn)品，滿足電力系統(tǒng)的驅(qū)鳥要求。

4 結(jié)語

本文研發(fā)的新型驅(qū)鳥劑產(chǎn)品，無毒無害，是一種生態(tài)友好型的產(chǎn)品，在電力系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，將為電力系統(tǒng)減少大量經(jīng)濟(jì)損失，創(chuàng)造很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1）該驅(qū)鳥劑以PVDF顆粒為主要載體原料，采用干-濕相轉(zhuǎn)化技術(shù)，并輔以各種功能藥劑，研究開發(fā)了具有緩釋、耐候性和長效性的高效新型固體驅(qū)鳥劑。

2）該驅(qū)鳥劑氣味濃郁，對(duì)鳥類有明顯的驅(qū)逐作用，可使鳥類不再接近裝有驅(qū)鳥劑的鐵塔，具有環(huán)保、高效、長效，方便安裝及使用，耐候性好等優(yōu)點(diǎn)，滿足電力系統(tǒng)的驅(qū)鳥要求。