配電線路智能激光驅(qū)鳥(niǎo)裝置的研究

張少偉 王 健 米宏偉 賴(lài)冠斌 韓雪峰（深汕特別合作區(qū)供電局，廣東 深圳 518260）

0 引言

配電線路靠近居民區(qū)，線路覆蓋廣，所處的環(huán)境復(fù)雜多樣，是鳥(niǎo)類(lèi)繁衍的理想場(chǎng)所，特別是在一些水稻、農(nóng)田、低洼潮濕地帶和一些村莊、僻靜開(kāi)闊的莊稼地帶有鳥(niǎo)類(lèi)捕食對(duì)象的地方成為鳥(niǎo)害高發(fā)區(qū)，對(duì)線路的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重威脅。目前，電力部門(mén)使用了多種智能的驅(qū)鳥(niǎo)裝置，雖然可以有一定作用，但是很難達(dá)到持續(xù)性地驅(qū)鳥(niǎo)效果，并且這些智能驅(qū)鳥(niǎo)裝置目前大多是應(yīng)用在110 kV電壓等級(jí)以上的輸電線路，針對(duì)配電線路應(yīng)用的驅(qū)鳥(niǎo)器少之又少。

1 傳統(tǒng)的驅(qū)鳥(niǎo)方法

為了解決鳥(niǎo)害問(wèn)題，有效降低鳥(niǎo)害故障率，根據(jù)鳥(niǎo)類(lèi)的生活習(xí)性和生理特點(diǎn)，各電網(wǎng)公司采取了許多技術(shù)措施和保護(hù)措施來(lái)減少鳥(niǎo)類(lèi)對(duì)線路的傷害。傳統(tǒng)的驅(qū)鳥(niǎo)方式有語(yǔ)音、化學(xué)、物理、超聲波、器人等，相互之間的效果比較如表1所示。從表1中的分析可以了解到激光驅(qū)鳥(niǎo)技術(shù)與傳統(tǒng)方法相比具有更好的效果。

表1 不同驅(qū)鳥(niǎo)方式效果對(duì)比

2 激光驅(qū)鳥(niǎo)的主要技術(shù)原理

驅(qū)鳥(niǎo)激光器發(fā)射出來(lái)的是532 nm波長(zhǎng)的高亮光束，能瞬間對(duì)鳥(niǎo)類(lèi)的眼睛產(chǎn)生短暫眩暈和失盲的效果，致使其感受到強(qiáng)烈的刺激，從而逃離桿塔。進(jìn)行激光驅(qū)鳥(niǎo)時(shí)還可以配備兩種顏色的激光，通過(guò)交替式照射提高刺激感觀，并且進(jìn)一步減小鳥(niǎo)類(lèi)對(duì)某一激光器的適應(yīng)性。

3 配電線路激光驅(qū)鳥(niǎo)的特點(diǎn)

根據(jù)不同驅(qū)鳥(niǎo)需求，驅(qū)鳥(niǎo)可以分為以下幾個(gè)等級(jí)：

（1）驅(qū)巢級(jí)：主要特征是解決鳥(niǎo)兒在輸電線路、倉(cāng)庫(kù)防護(hù)區(qū)域內(nèi)筑巢，以防止鳥(niǎo)類(lèi)長(zhǎng)時(shí)間在區(qū)域內(nèi)停留，防止污閃，防止鳥(niǎo)巢造成相間短路；

（2）驅(qū)食級(jí)：主要特征是在果園、魚(yú)塘等區(qū)域防止鳥(niǎo)兒覓食，避免侵食果實(shí)；

（3）凈空級(jí)：常應(yīng)用在航空機(jī)場(chǎng)、電力設(shè)備區(qū)域，以防止撞鳥(niǎo)和發(fā)生相間短路。

從配電線路的實(shí)際情況分析，其驅(qū)鳥(niǎo)等級(jí)為驅(qū)巢級(jí)和小區(qū)域凈空級(jí)。根據(jù)配電線路環(huán)境情況，其驅(qū)鳥(niǎo)方式還包括以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）配電網(wǎng)靠近居民區(qū)，不宜采用語(yǔ)音驅(qū)鳥(niǎo)方式，以避免噪音影響周邊居民的日常生活；

（2）配電線路為小架空線路，驅(qū)鳥(niǎo)器安裝高度不高，桿塔作用的范圍也比較小，因此激光器照射范圍應(yīng)做出限制，以免對(duì)周邊居民造成影響，同時(shí)激光功率也不宜過(guò)高，以便減少不必要的功率損耗；

（3）配電線路鐵塔比較小，還有些是水泥桿的，安裝上會(huì)受到一定的限制，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)采取多種方法，以便適應(yīng)不同的安裝場(chǎng)合；

（4）受安裝位置的影響，激光光束照射時(shí)會(huì)在配電桿塔上產(chǎn)生盲區(qū)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用分體式安裝或者云臺(tái)控制方向的掃描的方式增加照射范圍，在覆蓋重點(diǎn)區(qū)域的同時(shí)，盡可能地減小盲區(qū)。

4 激光驅(qū)鳥(niǎo)器裝置功能實(shí)現(xiàn)

驅(qū)鳥(niǎo)裝置由太陽(yáng)能供電單元、激光器及整形擴(kuò)束單元、光照強(qiáng)度感應(yīng)單元、多普勒雷達(dá)探測(cè)單元、云臺(tái)控制單元、爆閃燈、微處理單元組成。

4.1 激光器及整形擴(kuò)束單元

由兩個(gè)不同顏色的激光器組成，分別為綠色和紅色激光器。通過(guò)光束的整形擴(kuò)束可以減小光污染距離并擴(kuò)大照射的范圍，有利于提高驅(qū)鳥(niǎo)效率。兩束激光輸出時(shí)采用多種形式，包括慢速交替閃爍、慢速同時(shí)閃爍、高速交替閃爍和高速同時(shí)閃爍等。

4.2 光照強(qiáng)度傳感單元

感應(yīng)環(huán)境光照強(qiáng)度，將光強(qiáng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)放大處理生成模擬調(diào)制信號(hào)，經(jīng)過(guò)MCU控制單元采樣轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，計(jì)算光照強(qiáng)度。微處理單元將根據(jù)該光照強(qiáng)度對(duì)激光發(fā)射的功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)白天光照強(qiáng)度較大時(shí)，為了避免自然光對(duì)激光光束的能量的影響，將對(duì)激光發(fā)射功率進(jìn)行增大，以達(dá)到有效地驅(qū)鳥(niǎo)效果。夜晚工作時(shí)減小激光發(fā)射功率還可以減少光污染，避免影響到周邊居民。

4.3 太陽(yáng)能供電單元

由太陽(yáng)能電池板、充放電控制器和蓄電池組成。在白天有太陽(yáng)的條件下對(duì)設(shè)備進(jìn)行供電并對(duì)電池進(jìn)行充電，在晚上利用白天已儲(chǔ)存的電量為設(shè)備進(jìn)行供電。電池設(shè)計(jì)容量可供無(wú)光照條件下設(shè)備正常工作7天時(shí)間。

4.4 云臺(tái)控制單元

采用微型電控云臺(tái)，將激光照射模塊和爆閃模塊安裝在上面，支持左右、上下掃描，支持預(yù)置位設(shè)置。云臺(tái)控制激光器進(jìn)行照射，照射區(qū)域限定在安裝點(diǎn)的水平四周以及上方，限定激光器不向下照射，避免對(duì)桿塔下的行人或者車(chē)輛造成影響。

4.5 爆閃模塊

采用2顆大功率LED燈組成，發(fā)光顏色為白色和紅色，工作模式與激光照射方式相同，可與激光器同時(shí)工作，也可以單獨(dú)工作。

4.6 微處理單元

內(nèi)置智能MCU芯片，是裝備的控制核心。用于采集和控制各個(gè)單元協(xié)調(diào)工作。保存預(yù)置的工作模式、激光驅(qū)鳥(niǎo)工作計(jì)劃等。

4.7 安裝方式

考慮到配電線路與輸電線路的不同，本激光驅(qū)鳥(niǎo)器在保證驅(qū)鳥(niǎo)效果的情況下將進(jìn)行小型化低功耗設(shè)計(jì)。安裝方式將支持鐵塔角鐵安裝和水泥桿抱箍安裝兩種方式。

4.8 工作方式

系統(tǒng)采用智能化的工作模式，有定期循環(huán)驅(qū)趕和探測(cè)受控驅(qū)趕兩種模式。其中定期工作模式還支持夏冬兩種季節(jié)模式，以適應(yīng)不同的晝夜長(zhǎng)短。系統(tǒng)還將進(jìn)行電量檢測(cè)，當(dāng)電量低于預(yù)設(shè)值，自動(dòng)開(kāi)啟低電量保護(hù)，并暫時(shí)關(guān)閉定時(shí)掃射功能，當(dāng)電池充電恢復(fù)正常后才開(kāi)啟。

5 配電線路激光驅(qū)鳥(niǎo)器裝置的技術(shù)特點(diǎn)

（1）激光射程遠(yuǎn)，作用范圍大，是目前驅(qū)鳥(niǎo)設(shè)備中作用半徑最大的。（2）作業(yè)范圍大。在進(jìn)行光束整形擴(kuò)束之后可以形成大面積的光點(diǎn)，增加了直接照射鳥(niǎo)類(lèi)眼睛的概率。（3）驅(qū)鳥(niǎo)效果長(zhǎng)?？梢则?qū)除大部分的鳥(niǎo)類(lèi)，這些鳥(niǎo)類(lèi)對(duì)激光不會(huì)有適應(yīng)性，可使鳥(niǎo)類(lèi)半永久地離開(kāi)桿塔。（4）激光驅(qū)鳥(niǎo)器發(fā)出的激光光束為二級(jí)激光，對(duì)鳥(niǎo)類(lèi)只是暫時(shí)性的刺激，不會(huì)對(duì)鳥(niǎo)類(lèi)造成永久性傷害；該光束可直射人的皮膚，不會(huì)對(duì)皮膚造成傷害，不過(guò)安裝時(shí)工作人員或者周邊人員不宜直接注視光束，以免受強(qiáng)光的刺激造成眼睛的不適。（5）在拂曉、傍晚、陰雨天及霧天時(shí)，配電線路的飛鳥(niǎo)最多，對(duì)線路危害最大時(shí)，在這種情況下采用激光進(jìn)行驅(qū)鳥(niǎo)使用效果最佳。由此可見(jiàn)，與傳統(tǒng)驅(qū)鳥(niǎo)方式相比，自動(dòng)激光驅(qū)鳥(niǎo)裝置的效果非常明顯。

6 結(jié)語(yǔ)

配電線路全自動(dòng)智能激光驅(qū)鳥(niǎo)裝置的研究結(jié)合了多普勒雷達(dá)探測(cè)技術(shù)、電控云臺(tái)技術(shù)、激光整形擴(kuò)束技術(shù)和智能化工作模式，可以有效地持續(xù)性地對(duì)鳥(niǎo)類(lèi)進(jìn)行驅(qū)逐，可以實(shí)現(xiàn)24小時(shí)內(nèi)不間斷驅(qū)鳥(niǎo)，鳥(niǎo)類(lèi)也不會(huì)對(duì)這種高亮的激光形成耐受性，驅(qū)鳥(niǎo)效果不會(huì)隨時(shí)間降低，可以廣泛應(yīng)用于配電線路鳥(niǎo)害嚴(yán)重的場(chǎng)所。