架空输电线路新型驱鸟剂的研究

2021-07-19毛晓坡周光远周学明李朝晖

湖北电力 2021年2期

毛晓坡 1，周光远，周学明 1，李朝晖

（1.国网湖北省电力有限公司电力科学研究院，湖北武汉 430077；2.国网湖北省电力有限公司荆门供电公司，湖北荆门 448000）

0 引言

随着保持生态平衡政策的推广和自然环境的改善，鸟类数量逐步增多，但是随之而来的鸟类频繁活动却时刻威胁着电网安全［1-3］。输电线路杆塔上鸟巢林立，绝缘子上鸟粪比比皆是，造成接地跳闸和绝缘子闪络等鸟害事故，直接威胁着输电线路的安全运行，鸟害事故已成为继雷害故障后的第二大类自然故障［4-6］，如图1所示。

图1 某线路鸟害跳闸及落鸟情况Fig.1 Bird tripping and falling bird situation on a certain line

根据运行经验，鸟害引起的线路故障可主要分为鸟粪闪络、鸟类筑巢、群鸟飞行和鸟啄复核绝缘子等四类，其中鸟粪闪络是最常见的鸟害故障类型，如图2所示。目前，电力系统主要采用的防鸟措施为防鸟刺和防鸟挡板，防止鸟类进入绝缘子上方，可以有效降低鸟害故障的发生［7-9］。然而，该技术无法完全阻止鸟害故障的发生，这是由于鸟类能够适应这些装置的存在，依然在绝缘子上方排便，引起线路跳闸，同时，这些装置妨碍了运维人员在杆塔上作业活动［10-12］，并且，某些杆塔由于结构原因，不能安装防鸟刺和防鸟挡板［13-15］。

图2 鸟害故障类型Fig.2 Types of bird damage

为了有效防止架空输电线路鸟害的发生，在不影响运维人员杆塔作业的情况下，针对所有杆塔类型，本文通过设计一种新型驱鸟剂，该装置可以缓慢持久、长期有效地释放出影响鸟类中枢神经系统的气体［16-18］。

1 驱鸟剂性能设计

目前应用的驱鸟剂主要有颗粒驱鸟剂、粉剂驱鸟剂、水剂驱鸟剂和膏状驱鸟剂等，已广泛应用于飞机场、果园和农田等［19-21］。这几种类型的驱鸟剂都有一定的驱鸟效果，但这几种类型的驱鸟剂都怕雨水冲刷，遇雨后会大大降低使用效果，甚至失效，雨后必须重施，因而加大驱鸟成本；在气温较低时，液体挥发速度减慢，有效释放的气味浓度低，达不到驱鸟效果；此外驱鸟剂商品的有效成分大多主要来源于国外的香精香料产品，价格较高，气味有效释放时间一般在一个月左右，不能适应输电线路的使用［22-24］。因此急需一种高效、长效、耐候性好且实效性高的驱鸟剂，而且是不破坏生态平衡的安全、环保的驱鸟产品［25-27］。

对于架空输电线路驱鸟剂，需制成胶体制剂，采用点式投药，用塑料或者其它耐用浅容器注入药物适量，设法固定容器在横担、电线杆、铁塔，让驱鸟剂缓慢释放［28-30］。为了制成这种驱鸟剂还必须额外添加一些其他物质，比如缓释剂、吸附剂、乳化剂、防腐剂、抗冻剂等。

其中缓释剂载体的主要作用为将驱鸟的香料尽量多地负载于其中，并能有效控制香料的挥发速度，使其缓慢长久地释放于空气中。目前缓释剂主要分为两种：1）物理型缓释剂。将药剂吸附于无机、有机或天然吸附性载体中作为贮存体，然后涂以控制性外膜即制成吸附性制品。常用吸附性载体有活性炭、空心纤维、氧化铝、膨润土、沸石、硅藻土、锯末、离子交换树脂或合成的粒状载体；这类载体通常吸附量不超过20%，吸附能力强的载体会影响香料的挥发，需要在较高温度下才能发挥较好的挥发效果。2）化学型缓释剂。这类缓释剂主要是利用原药本身的活性基团（如COOH、OH、SH、NH2），在不破坏原化学结构的条件下，自身聚合或缩聚，与天然或合成高分子化合物直接结合或通过桥联（交联）结合，与无机或有机化合物生成络合物或分子化合物。常用的有聚酯或多聚醇类的凝胶型固体香料载体。这类载体通常为含水凝胶，对疏水性的香料溶解量较小，挥发浓度低，持久性差。

延长驱鸟剂的长效使用时间，一是增大驱鸟剂的单位体积内香料的负载量，二是需要在保证驱鸟剂挥发在空气中有效浓度的前提下，能保持持续缓慢挥发的作用。因此需要合理研发适宜的驱鸟剂载体。

干-湿相转化法通常采用各种溶剂将高分子颗粒通过溶解相转化，制成各种多孔的高分子膜材料。利用该技术原理，可以用来制备驱鸟剂的多孔高分子固体载体。由于采用疏水性材料和溶剂，因此能大大增加疏水性香料的溶解量；制孔技术的应用，能使合成的载体具有良好的缓释性能。

常用的高分子颗粒有聚偏氟乙烯（PVDF）树脂和聚醚酰亚胺等。其中聚偏氟乙烯（PVDF）树脂主要是指偏氟乙烯均聚物或者偏氟乙烯与其他少量含氟乙烯基单体的共聚物，PVDF树脂兼具氟树脂和通用树脂的特性，除具有良好的耐化学腐蚀性、耐高温性、耐氧化性、耐候性、耐射线辐射性能外，还具有压电性、介电性、热电性等特殊性能。由于PVDF树脂具有超强的耐候性，可在户外长期使用，无需保养，本研究拟采用PVDF颗粒为主要原料，采用干-湿相转化法制备驱鸟剂的缓释载体。

2 驱鸟剂成分设计

高性能驱鸟剂载体聚偏氟乙烯颗粒为载体的主要原料，利用干-湿相转换的机理，加入制孔剂、抗氧化剂、防腐剂、抗冻剂等多种组分，制备多孔的固体弹性载体。在高性能驱鸟剂载体合成的过程中，加入驱鸟有机香料成分，使合成的固体型驱鸟剂负载的驱鸟成分超过30%，并且可缓慢持久地释放出具有香味且对鸟类有神经刺激性的气体，达到驱鸟气味的浓度保持在一年以上。

主要仪器：电热套、搅拌器、天平、三口瓶、温度计等。

主要试剂：PVDF颗粒，N，N-二甲基甲酰胺（DMF），麝香草油、樟脑油、鱼腥草精油、薄荷油、桉叶油、玫瑰油、邻氨基苯甲酸甲酯等多种香料，碳酸氢钠（NaHCO3），抗坏血酸（VC），苯甲酸，乙二醇等。

实验方法：将70 g PVDF颗粒和100 mL N，N-二甲基甲酰胺（DMF）依次加入250 mL三口瓶（或烧杯）中，安装好温度计、搅拌器，置于电热套中，加热至完全溶解；保持在110℃，不断搅拌条件下，逐渐缓慢的加入适量香料，再依次加入乙二醇、苯甲酸、抗坏血酸和碳酸氢钠。研究各种试剂加入顺序和加入速度等因素对合成的驱鸟剂性状的影响。

检测目的：检测驱鸟剂在不同温度下散发出的挥发性有机物（VOCs）的含量。

检测仪器：PGM-7340 ppbRAE 3000

检测步骤：将驱鸟剂装入容器中，控制容器周围温度，分别测定容器开口处驱鸟剂在不同温度下挥发的VOCs的气相浓度（单位：ppm）。

检测结果如表1所示。

表1 驱鸟剂在不同温度下散发VOCs的气体浓度Table 1 The gas concentration of VOCs emitted by bird repellent at different temperatures

1）随着温度的升高，该驱鸟剂的挥发性能也提高。温度在较低温度时挥发的VOCs的气相浓度仍能达到高温时的65%，从而证明该驱鸟剂在实验的温度范围内均具有较好的挥发性。

2）该驱鸟剂在100℃以下均能保持固态，温度过高或受热不均匀的高温点会导致驱鸟剂流动性增强。

为了使驱鸟剂具有更好的防冻、抗氧化和防腐性能，并形成具有许多分布均匀、孔径微细的高分子固体材料，需要研究其他防腐剂、制孔剂、防冻剂和抗氧化剂等的加入种类、加入顺序、加入时机及搅拌速度等各种工艺条件并进行优化。首先将PVDF颗粒和DMF溶剂依次加入反应器，加热搅拌溶解，颗粒全部溶解后逐滴加入香料，在完全加完香料后，停止加热，再在不断搅拌下，依次加入乙二醇和苯甲酸，待温度降低至90℃时，再在搅拌下依次加入固体抗坏血酸和碳酸氢钠。驱鸟剂合成过程中的照片如图3所示。