变电站鸟巢清理装置设计分析

冯志斌 苏乃波 温超洪 罗阳

摘要：巡视维护作为变电运行工作的重要一环，直接关系到整个电网系统的安全稳定运行。现结合近年来鸟类的繁衍活动对变电设备安全运行造成的威胁，以及当前变电站设备的特点，明确了鸟巢清理装置设计的必要性，分析如何有效设计鸟巢清理装置系统，并应用于变电运行维护的带电清理鸟巢工作中。

关键词：变电站;鸟巢清理装置;机械结构

0    引言

随着科技水平的不断提高，我国针对输电线路清障装置的研究力度越来越大，虽然处于初级阶段，但已经取得了一定成绩。而作为电网安全运行中关键节点的变电站，大多建在远离城市的郊区或高山之上，周围生态环境较好，各种鸟类活动频繁，对变电站设备的安全运行造成了很大威胁。例如大型鸟类春季在变电站设备构架、隔离开关、变压器等设备上筑巢，导致树枝杂草等掉落，容易造成运行设备短路跳闸。且现在变电站多是无人值班，巡维人员对变电站的巡视有一定的周期，这就给鸟类筑巢活动留下了充足的时间，部分鸟巢被发现时，已经比较完整和牢固，因此需要研发一种高效的变电站鸟巢带电清理装置，能够方便有效地及时清除鸟巢，消除隐患。

1    鸟巢清理装置的作用

近年来，随着电网系统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。通常电网设备架构上存在较多的鸟类巢穴，而且鸟类巢穴常常由树枝杂草筑成，遇到风雨天气容易造成设备短路跳闸，严重威胁变电站设备和整个电网系统的安全运行。为了防止电网鸟害事故，提高电网运行的可靠性，有必要采取适当措施清除鸟巢。因此，研究如何快速有效去除鸟巢的装置，意义重大。

变电站现有可以带电清除鸟巢的工具只有绝缘杆，但局限于绝缘杆的重量和结构特点，使用绝缘杆清除鸟巢非常吃力，效率低，效果不好，因此，拓展新思路解决鸟害问题已是当务之急。为此，我们从实际生产工作中遇到的问题着手，总结鸟巢类型及特点，对巡维中心及所属变电站发现的鸟巢进行分析，在传统清除鸟巢工具的使用经验基础上，研制出一套无线控制的电动清除鸟巢装置。

2    鸟巢清理装置系统

本项目设备是根据鸟类在变电站设备上的筑巢习惯实际情况而研发的一种电动鸟巢清理装置，本装置主要融合了无线操控技术、图像远程可视化技术、清理机构万向调节技术、机构传动技术、安全隔离绝缘技术等。整个系统装置主要由无线操控单元、视频监控系统、万向调节单元、电动机工控系统、电源储能模块、鸟巢清除抓手、支架组合模块等部分组成。

2.1    总体功能

本系统以变电站设备上鸟类巢穴为直接研究对象，通过分析电网鸟害事故的类型及规律，提出了基于变电站无线操控和远程可视化技术的智能鸟巢清理方案。

2.1.1    及时有效清除鸟巢，保证变电站设备安全运行

及时有效地对发现的鸟巢进行清除处理，避免无法及时清理或清理不彻底而造成的安全隐患，影响变电站设备安全稳定运行。

2.1.2    提升了巡维人员的工作效率，大大缩短了作业时间

该装置的投入使用可以解决传统清除鸟巢工具功能单一的难题，提高了巡维人员的工作效率，降低了人力和时间成本，主要体现在以下几点：（1）便于观察。通过无线摄像头传输到手机上的画面，作业人员可以直接查看高处设备构架上的鸟巢位置情况。（2）便于操作。通过带倒钩的电动旋转抓手清除常规绝缘操作杆无法清除的鸟巢，如图1所示。

2.2    实现方式

变电站鸟巢清除装置主要是应用无线传输技术、无线控制技术、电力电子技术和电机控制技术等进行设计制作的，包括软件开发、硬件开发和联调三个步骤，其具体的研发过程如下：

2.2.1    软件开发

变电站鸟巢清除装置软件部分主要包括电机编程控制软件和手机APP摄像头软件。手机APP摄像头软件借用现有的APP软件，可连接摄像头Wi-Fi热点查看摄像头实时画面;电机控制软件采用C语言编程实现，还可以自定义组合动作，用于调试和设计机械抓手不同的动作以满足使用需求。可自定义设置的内容包括动作的电机、动作时长、动作旋转角度、动作旋转速度、动作顺序、组合动作、循环次数等，并以图形化的方式显示排列出自定义的动作。

2.2.2    硬件开发

硬件部分的研发工作主要包括控制电路的研发和设备选型两个方面。控制电路是该装置的关键组成部分，是该装置完成电机状态数据采集、无线控制指令接收、计时、手动启动、发送电机动作指令等功能的控制板。电路板的功能实现主要是利用二极管的开关特性和光耦隔离技术。电路原理图的设计是根据功能的模块化实现，分为无线通信模块、控制模块、指令输出模块等。

2.2.3    关键结构设计

（1）机械爪是变电站清除鸟巢装置的重要组成部件之一，由机械抓手和旋转头两部分组成。机械抓手设计最大张开角度为180°，闭合时角度为0°，通过锯齿和闭合实现物理的抓取，设计最大抓取重量为60 kg。

（2）便携三节式的绝缘操作杆具有以下优势：1）质量轻;2）强度高;3）耐腐性能好;4）便携。

3    项目成效

该装置的使用可以有效地清除变电站设备上的鸟类巢穴，降低人工配合的难度，缩短作业时间，提高工作效率，減轻维护工作量，保障作业人员人身安全，快速消除鸟害带来的安全隐患，项目达到了预期目的，成效显著。

4    结语

随着时代的变迁，我国越来越重视对输电线路、变电站设备的清障技术研究。本项目不但突破了传统工具作业模式的制约，而且结合了现代化技术理念，研制出了全新的、针对性强的清障装置。由于输电线路、变电站所处环境不同，所以在研发应用清障装置时，必须要先明确其使用环境，根据安全风险控制要求制订使用方法，熟练操作这类工具，这样既可以充分展现清障装置的功能便利性，又可以避免因使用不当造成电力设备损伤的情况。最后，在科技发展日新月异的时代背景下，变电站设备也在不断更新换代，科研人员要继续探索并加大清障装置的研发力度，与时俱进，保障电力设施的安全稳定运行。

[参考文献]

[1] 蔡峰腾，陈鵁，林火煅，等.输电线路UAV清障飞行机器人的深入研发[J].电气开关，2017，55（2）：87-91.

[2] 曾啸，伍耀峰，李迪，等.基于多旋翼无人机的输电线路清障装置开发[J].机电信息，2017（33）：9-10.

[3] 黄智明.输电线路带电作业巡检清障机器人的设计[J].机电信息，2017（27）：19-20.

[4] 俞学文，杜永祥.输配电线路安全运行的因素及措施[J].绿色环保建材，2017（4）：192.

收稿日期：2019-11-08

作者简介：冯志斌（1986—），男，广东江门鹤山人，变电巡维中心技术负责人，主要从事220 kV变电站的运行、维护工作。