输电线路新型无源复合式全天候驱鸟器的研制

王德贺 林美玲 潘 科

(贵州电网有限责任公司培训与评价中心，贵州 清镇 551417)

0 引言

由于郊区电网输电线路很长，网络状况复杂，各种鸟害情况发生多，鸟类筑巢比率高，鸟类活动直接造成的线路短路、接地以及由鸟类栖息形成的诸如鸟粪堆积、巢穴塌方等都会对设备形成重大威胁[1]。

为了能够驱逐鸟类，降低它对配电系统设备的危害。一般都是采用风力驱鸟装置。将其安装在鸟类喜欢筑巢的设备部位。本身老式风力驱鸟器靠3个反射的镜片装置在水平面上，通过太阳光在上方的垂直照射后，反射光线会集中于水平向下的区域，形成小范围的散光区，依据鸟类惧光特性，导致其不靠近设备筑巢或栖息。老式驱鸟装置利用光反射原理能起到驱鸟的效果，但是由于设计机构过于简单，期初未能够考虑到鸟类的飞行特性和鸟的飞行方向之类的细节问题，因此对于来自装置上方和斜上方向的飞鸟作用效果不大，存在一定的盲区[2]。这种驱鸟器使用一段时间之后，鸟类的适应性较强对其不再产生害怕。所以驱鸟效果就会变差了。超声波驱鸟器采用变频超声波来驱走害虫，属于物理范畴，无毒无臭无污染。超声波驱鸟器驱鸟效果长久，但见效较慢，由于其主要通过恶化鸟类生存环境起到长久驱鸟作用，因此对于需要实时驱鸟的场合，并非十分适用[3]。太阳能驱鸟器使用太阳能板给蓄电池充电，在光照充足时，太阳能板在光照下，产生电流电压，给电池充电。电池输出电能给负载，太阳能驱鸟器低碳节能环保，但成本太高，输电线路安装维护过于麻烦，实际应用价值低[4]。

本项目的设计与传统驱鸟器相比有很大改进，充分利用不同天气环境下驱鸟器的实际功用，采用以老式风力反光驱鸟器结构进行改进。风力机提供电源，给蜂鸣器和LED警示器提供光源，使仿生鹰更加真实，同时为夜间驱鸟提供多种采用高强逆反射反光材料，进行装置反射效果加强，基于仿生学原理，设计仿生机械鹰。采用光致储能荧光材料，实现夜间状态下的自发光驱鸟功能，

采用多种驱鸟方式，极大的提高了驱鸟装置的现场操作性能。

1 新型驱鸟器整体方案

图1是新型无源复合式全天候驱鸟器总结构图，本次设计的新型驱鸟器在原有传统驱鸟器的前提上增加了蜂鸣器、LED灯、仿生鹰、亮片和风力发电机等结构，将蜂鸣器和LED灯安装在仿生鹰上。在整个结构图当中，7是支撑柱，通过螺钉与三脚架连接，起到固定安装的作用。支撑柱上是6风力发电机，通过1叶片的转动来将风能转化成电能，为5蜂鸣器和4 LED灯提供能源。3是支撑臂来支撑固定1叶片，并且在叶片上安装亮片来通过反光的方法起到驱鸟的效果。2是仿生鹰，蜂鸣器和LED灯都安装在仿生鹰上，并且在仿生鹰上涂抹超强荧光材料，通过吸收各种自然光，实现夜晚的自发光功能。

整个驱鸟装置设计分为三个部分，分别为仿生鹰设计、风力发电机的设计、主控制电路设计。

2 新型驱鸟器详细设计

2.1 仿生鹰设计

根据鸟类惧怕猛禽的天性，可装置仿生鹰，并在其内部放置蜂鸣器，在仿生鹰眼睛上装LED灯，在仿生鹰身涂上超强荧光材料增强驱鸟效果来吓走鸟类。大多数鸟类非常害怕闪光，鸟类有些色盲，最害怕红光和耀眼的白光。采用高强度的超亮红色，使仿生鹰能发光且亮度超强，通过光控传感器控制其发光时间，鸟类从高空往下看，效果明显[9]。这个LED警示灯适配功率和风力发电机相匹配，配有延时继电器，夜间会自动发光驱赶鸟类。其参数如表1所示。

表1 LED警示灯主要技术参数

根据鸟类遇到噪声会自行离开的特性，可以布置蜂鸣器，以便更好达到驱鸟的目的。参数如表2所示。

表2 蜂鸣器主要技术参数

为了更好达到驱鸟的目的，本设计可以在仿生鹰身上覆盖超强荧光材料，材质是PVC材料。本设计采用黄色的光致储能荧光材料，对波长450 μm以下的短波可见光具有很强的吸收能力，通过吸收各种自然光或人造光，实现夜晚的自发光功能，并可无限次循环使用，该发光材料起始高亮度可达2 h～3 h以上，余辉持续时间可达10 h以上。

荧光材料的工作原理是荧光物质在受到自然光、日光灯和紫外线等照射后，把光能储存起来，在停止光源照射后，再以荧光的方式释放出来，所以在夜间，仍能看到发光，持续时间长达十几小时。

同时，超强反光荧光材料自身具有以下特点：

1)独特边缘密封结构，可防止水和灰尘渗入。

2)耐磨、耐刮、耐撞击。

3)韧性好，操作简单。

4)具有超强的反光性能，良好的广角性能，入射角在较大角度变化时，仍然具有良好的反光性能和耐热性能。

2.2 垂直轴风力发电机设计

本项目主要针对传统风力发电机的叶片进行改造。本装置的风力发电机采用三相交流永磁发电机，共有5个叶片，材料是轻质铝合金。可以在叶片的外表面使用反光镜片，内表面覆盖亮片，亮片材质是亚克力，亮片的漫反射增强驱鸟效果。因此，驱鸟器的改进充分考虑了鸟类迎风飞行的因素，垂直反射镜可将太阳光反射到朝上的各个方向，增加鸟类眼睛的受光幅面，增强驱散效果。整个驱鸟器形成了全方位的反射光照射面[5]。

风能是一种清洁的可再生能源，一直以来是新能源开发中的重要项目[6]。风力发电的基本原理是空气的流动带动叶轮，从而将风能转换成机械能，然后通过叶轮的旋转通过电磁感应使得发电机产生电能。垂直轴风力发电机采用叶轮通过转轴直接连接发电机转子的连接方式，不用迎风调节系统，可以接受任何方位来风，主轴永远朝着设计方向转动，提高了风能的使用率，且结构简单、体积小、成本低，并便于维护[7]。但是风力并不稳定，即单位时间内带动叶轮的风量并不稳定，造成叶轮转速变化很大，也就无法保证风力发电机的稳定运行，其输出的电压、频率不稳定。为了使风力发电机输出的电能用于实际，需要采用一定的控制系统对风力发电机输出电压和频率进行控制[8]。风力发电机参数如表3所示。

该装置具有以下特点:

1)安全性：叶片的垂直轴设计会使得叶片不易于受损，能提高叶片的安全性。

2)韧性：叶片的水平旋转方向会大大减小它的受压，韧性得到很大的提高。

3)回转半径：由于其原理和结构的不同，回转半径得到了缩减，效率得到了提高。

4)发电曲线特性：发电功率的稳定性得到了提高，曲线特性愈发平稳。

表3 风力发电机的技术参数

2.3 主控制电路设计

为了达到夜晚无光状态下的驱鸟目的，该装置使用延时继电器控制LED警示灯。继电器输出是无源触点，不带电输出，控制一条线路通断的作用。本项目通过设置继电器晚上6点～早上6点控制LED灯的自动点亮。电路设计如图2所示。参数器参数如表4所示。

表4 延时继电器参数

工作电压工作电流/mA输出能力使用寿命设置类型直流5 V50AC30V5A以内DC220V5A以内>10万次设定参数断电后永远记忆

主电路的输入端采用二极管搭建的三相桥式不可控整流电路，将发电机输出的不稳定交流电转化为不稳定的近似直流电，再经电容滤波获得平滑的直流电；稳压电路将近似直流电通过闭环控制电路转化为稳定的直流电压供给蜂鸣器及LED警示灯使用，其中延时定时器控制开关，如图3所示。

3 结语

风力机叶片设计是本设计的基础，风力机叶片内安置反光镜片，背面覆盖强荧光材料。从而充分利用风能，增强光的反射效果，360°无死角的驱赶鸟类。根据购置的仿生鹰实体，在翅膀部位加上LED警示灯，内部装上机械蜂鸣器。通过风力使风扇旋转通过电磁感应将机械能转化为电能。供给装置的蜂鸣器和LED警示灯使用。这几种创新的设计，能适应不同天气环境，并完成驱鸟任务。

综上所述，本设计能够经济有效的减少鸟类对电力网路设施的破坏，保障电网和人身的安全。