基于变电站巡检机器人的驱鸟技术研究

2013-10-15杨墨，金海，冯华，李健

制造业自动化 2013年15期

杨墨，金海，冯华，李健

（1. 山东电力集团公司电力科学研究院，济南 250101；2. 山东鲁能智能技术有限公司，济南 250101；3. 浙江省电力公司嘉兴电力局，嘉兴 314033；4. 浙江省电力公司检修分公司，杭州 310000）

0 引言

近年来，随着输电线路、变电站的不断建设和生态环境的不断改善，电网鸟害事故呈上升趋势。不仅使电网的安全稳定运行受到严重威胁，也使电力运维部门在人力、物力上承受较大损失。为了防止电网鸟害事故，提高输电线路运行的可靠性，有必要采取适当措施驱赶鸟类。本文以变电站鸟害为直接研究对象，通过分析电网鸟害事故的类型及规律，常见驱鸟方法的技术原理及应用特点，提出基于变电站巡检机器人的超声波驱鸟方案，并详细介绍其系统构成及关键技术，为变电站多管齐下的立体驱鸟提供有益支持。

1 变电站鸟害分析

电网鸟害事故类型主要包括筑巢类和泄粪类。有些鸟类喜欢在杆塔上筑巢。在搭建巢穴的过程中，藤条、树枝、金属丝等异物容易接触或靠近导线或电力设备，导致发生短路或接地故障。鸟类排泄的粪便在空中形成的线状通道可能直接造成飞弧短接。鸟粪在绝缘子表面累积到一定程度后，容易形成闪络。另外，恶劣天气下，大风将鸟巢吹落至导线上，可能引起短路跳闸。较大的鸟类在导线间飞行、争斗可能导致相间短路[1]。

电网鸟害事故发生存在一定规律，主要表现在：

1）季节性：鸟害是季节性线路故障，高发期主要为每年的1月份至9月份，其中2至5月份为鸟害最严重的时候。

2）区域性：在人类活动比较集中的城市和乡镇，发生鸟害的概率很小。而在人烟稀少、林木茂密或邻近水库、河流等地方，则往往是鸟害故障频发的地段。

3）时间性：在一天中鸟害故障多发生在夜间，即18:00以后至次日6:00。

4）设备选择性：对鸟类活动与鸟害发生地点观测统计发现，变电站鸟害多发地集中在主变构架、线路门型构架和母线上方构架等区域，设备本体发生几率较小。原因主要是主变的上部平坦，桩头比较多，除夏季外常年温度适宜鸟类；大部分鸟害分布在门型构架区域，该区域高于其他构架，吸引了鸟类筑巢。由此可知鸟害防治重点区域为：主变构架、线路门型构架等区域。

鸟害直接影响电网的安全稳定运行。传统上处理鸟害往往仅以“治、拆”为主，设备运行人员发现鸟害无差异区别的上报，处理鸟害无针对性，治理过程稍显被动。从发现到处理闭环过程存在很大的提升空间。

2 常用驱鸟技术分析

目前常用的预防鸟害的技术主要有：超声波、电子声音、视觉、物理方法、驱鸟剂或几种方法同时使用防止鸟害[2]。

2.1 超声波驱鸟

超声波刺激和破坏鸟类的神经系统及生理系统，恶化鸟类的生存环境，将其驱赶于杆塔之外筑巢，从而保证输电线路的运行安全。超声波频率一般在20KHz以上。人耳的听觉最高约为16-20KHz，人的听觉系统对超声波无法产生响应。超声波驱鸟器的功率不能穿透人体，对人体没有影响。鸟类难以适应不断变化频率的超声波，驱鸟效果持久。超声波驱鸟的特点还有：低电压、低功耗、性能可靠、使用寿命长、维修量小、适合大面积推广等。

2.2 电子声音驱鸟

声音驱鸟器是通过发出人耳能听到的声音，如噪音、鸟的天敌、鸟自身紧张或警告、吸引鸟类天敌等声音，来刺激鸟的听觉系统，使鸟感到紧张或恐惧，从而离开所要保护的区域。声音驱鸟器常在果园，机场等开阔地使用，居民区等人员活动多的地方较少使用。鸟类容易适应驱鸟器发出的声音。语音驱鸟在不同地区的使用效果差别较大，不适合大范围推广。

2.3 视觉驱鸟

鸟类对于波长为532nm的绿色激光非常敏感。激光驱鸟器工作时发出一束“棒状”绿色激光，鸟类犹如看到一根绿色大棒扫射过来，受到惊吓而恐慌逃跑。该产品主要适用于飞机场、果园、农田等场所的夜间驱鸟。外界光线低于15000 lux时，激光驱鸟器有效。激光驱鸟器作用点小，价格较高。利用风车式镜面驱鸟器反射光线，或高频强闪光灯惊吓鸟类，鸟类容易适应。

2.4 物理方法

物理方法主要包括驱鸟刺和引导式驱鸟等。鸟刺在一个球冠形底座上安装若干个针体，针体呈放射状分布，使鸟不能落在驱鸟刺安装处，从而有效防止鸟害的发生。在合适位置为鸟类“筑巢”，安装有一定容量的篮、盆，引导鸟类在固定的位置安家，变堵为疏。但防鸟刺防护距离有限，有时鸟会在防鸟刺上筑巢，且防鸟刺不能过大，以免造成检修作业不方便。

2.5 驱鸟剂

传统化学驱鸟剂不仅毒害鸟类而且污染环境。现代驱鸟剂多数是绿色无公害生物型，缓慢持久地释放出一种影响禽鸟神经系统、呼吸系统的特殊清香气味，可有效驱赶，且不伤害鸟类。驱鸟剂水稀释液能降解，对人畜无公害，广泛用于农作物、果园、飞机场等场所。但驱鸟剂人工布置工作量大，易受雨水影响，对非植物作用有限。

各种驱鸟技术都有其优缺点和适用范围。鸟害防治必须因地制宜，科学、生态、有效的组合使用各种防鸟措施，同时匹配相关管理措施，增强技术措施利用效率。驱、防、引三者结合才能最根本的治理变电所鸟害。本文提出基于变电站巡检机器人平台的超声波驱鸟技术，为变电站建立有效的驱鸟体系提供有益补充。

3 基于巡检机器人的超声波驱鸟应用

超声波驱鸟器通过不断变化频率使鸟类难以适应，性能可靠，使用寿命长，方便与巡检机器人融合。基于变电站巡检机器人平台，搭载超声波驱鸟器进行鸟害防治，是预防电网鸟害事故的有效手段之一。

3.1 驱鸟系统功能框图

超声波驱鸟功能框图如图1所示[3,4]。

巡检机器人本体由锂电池组供电，具备自动充电功能，并可通过电源模块为设备供电。驱鸟器不需要自备蓄电池和太阳能电池板。巡检机器人本体工控机通过继电器组控制驱鸟器电源。驱鸟器以单片机为控制核心，上电后自动运行。单片机发出超声频率的脉冲电压，经超声驱动电路处理后，输出到超声探头形成超声波。实时时钟为驱鸟提供时间依据。指示灯用于显示工作状态。巡检机器人配备全向型防水拾音器，可以用于探测鸟叫声，使驱鸟针对性更强。单片机读写存储芯片记录驱鸟次数等事项。

图1 驱鸟系统功能框图

3.2 驱鸟系统工作原理

驱鸟系统采用推挽式功率放大电路，配合专用的防水超声波换能器，可将单片机发出的高频脉冲信号，转换成100 dB以上的超声波播放出来，刺激鸟类神经系统，使其生理紊乱而逃离。驱鸟系统上电后，持续10秒钟发出6KHz的低频超声，同时指示灯以1秒的间隔闪烁。1分钟后进入工作状态，指示灯常亮。驱鸟系统有定频和扫频两种工作模式，1分钟切换1次工作模式。单片机根据内置ADC产生的随机数，切换超声波定频工作频点。扫频工作在20KHz-30 KHz的频段中循环，鸟类不易产生适应性[5,6]。

巡检机器人后台通过无线网桥给工控机下发巡视命令，控制变电站巡检机器人进行设备巡视。在机器人巡视过程中，工控机通过继电器组控制超声波驱鸟系统发射定频、扫频超声波。声音采集模块将采集的周围声音送入工控机，工控机对声音进行鸟叫声的提取。工控机可根据鸟叫信息采取相应的驱鸟策略[7]。

3.3 驱鸟器适应性结构设计

巡检机器人前部装有超声波停障装置，为防止干扰，将驱鸟器安装在巡检机器人后盖板上。为使驱鸟器发射的超声波尽可能覆盖到鸟害高发位置，包括一般设备和位置较高的设备，如铁塔、门架、阻波器、开关箱等容易搭建鸟窝的地点，同时考虑机器人的行进路线与设备区的相对位置关系（巡检机器人在变电站道路中间运行），将超声波探头斜向上方安装。考虑室外应用防水性能要求高及雨水积聚影响超声波探头起振等问题，选用防水型超声探头，并将超声波电路板安装在机器人本体内部。巡检机器人安装驱鸟器后效果如图2所示。