针对鸟体尺寸重量的导线防鸟装置选择

张传民 张 东

（1.阜康市国津电气有限公司 2.深圳市龙岗区庭恺电力新技术研究咨询工作室）

0 引言

在北方秋冬季节，农作物收成后，农田中会散落大量作物种子，会吸引大量鸟类来觅食，由于田地面积过大，在田地周围又无高大树木作为鸟类落脚地，此时通过农田地的输电线路就成为天然的鸟类落脚地，成群结队的鸟类落在导线上，在遇到天敌或受到惊吓时，几乎站在导线上的鸟类同时飞起，鸟类飞起后会造成输电线路振动，在振动幅度较大时，可能会造成相间跳闸[1-3]。在新疆的塔城、阿勒泰、奎屯等地区均出现过因大量鸟类同时起飞造成的输电线路相间跳闸。本文将对鸟类同时起飞造成输电线路相间跳闸的原因和输电线路导线防鸟的装置的选用做具体分析。

1 鸟类同时起飞造成线路跳闸原因分析

鸟类同时起飞相当于在线路上的载荷同时去除，其与线路覆冰后整体脱冰时的情况相类似，不同的是脱冰时线路上载荷是向下卸载，鸟类起飞时卸载方向具有不固定性，其差别只是卸载方向不同，不影响最终卸载的结果。因此，鸟类同时起飞会造成输电线路导线跳跃，其跳跃高度可参考输电线路脱冰跳跃。

根据文献[4]的计算结果，110kV 输电线路，采用LGJ400 的单导线，长度352m，在覆冰厚度15mm时，100%脱冰情况下的最大跳跃高度为1.6m，此时会引起输电线路跳闸。LGJ400 导线直径26.6mm，覆冰15mm 时直径56.6mm，覆冰密度按0.7g/cm3进行计算，长度352m 导线上覆冰重量为482786g。依据落在导线上的中型鸟（普通鸽子、斑鸠等）平均重量为220g，在长为352m 的导线上降落有2194 只鸟时，输电线路即可能发生跳闸。显而易见，在长352m的线上同时降落有2194 只中型鸟的可能性不大（每16cm 站有一只翼展25～42cm 的鸟），此时需考虑其他因素的影响。

有研究表明，鸟类起飞时靠扇动翅膀和弹跳来获取向上的升力，根据文献[5]和文献[6]的研究成果，鸟类原地起飞（有助跑类不在此列）时对支撑物的压力为自身重量的2～4 倍，按起飞时对支撑物的平均作用为自身重量的3 倍计算，鸟类站在导线上时引起的输电线路导线拉力增大在起飞瞬间不会突然消失，所以计算时取鸟类对输电线路导线的压力为自身重力的4 倍，在352m 长的导线上只需有505 只鸟即可造成线路跳闸，由此可见，鸟类起飞时造成线路跳闸原因是起飞时对支撑物的重量较大，而不是鸟自身重量突然从导线上掉落引起的。在导线更细时，落在导线上的鸟类飞起时更容易造成跳跃跳闸。

2 防止鸟类站在导线上引起跳闸的措施

根据前面的分析可知，鸟类落在输电线路上跳闸的主要原因为起飞时对导线的压力较大，同时起飞时引起输电线路导线张力急剧变化，引起相间短路而造成跳闸，依据原因找措施，可以采用输电线路防覆冰脱冰跳跃的措施，也可采用防止鸟类落在导线上的措施。

若采用防覆冰线路脱冰跳跃的措施，目前已有大量研究，且防控措施也较为齐全，主要为采用相间间隔棒的方式进行，主要考虑间隔棒的选型的安装方式，在这里不再详细叙述。

由于防止鸟类落在导线上的措施研究不多，本文主要分析采用防止鸟类落在导线上的措施，防止鸟类落在导线上的主要措施有激光，导线防鸟刺等，下面分析防止鸟类落在导线措施的有效性。

3 防止鸟类落在导线上的措施有效性分析

3.1 声波（超声波、可听声波、次声波）驱鸟

不同鸟类听力范围如下表所示，表中数据得来方式为通过不同频率的纯音对鸟类进行刺激并观察鸟类的反应[7]，可以看出，常见鸟类的听力范围均在人类的听力范围内，且鸟类对超声波并无反应，所以若采用超声波驱鸟可能完全达不到效果。根据调查发现，目前市场上并无单独的超声波驱鸟设备，超声驱鸟设备往往集成在可吸声波、激光等驱鸟设备中，可见驱鸟设备生产厂商对超声设备的驱鸟效果也无把握，不然不会只生产将超声波融合到其他驱鸟装置中的设备。

表 不同鸟类听力范围

在人类的可听声波段进行驱鸟具有一定的实用性，但在鸟类未在杆塔上筑巢的情况下，一只鸟落在相同杆塔或长时间在相同杆塔附近停留的可能性不大，即对偶然来到输电线路附近的鸟类采用声波驱鸟具有一定的有效性，鸟类在食物的驱使下，特别是在导线下方觅食的鸟类，可能1～2 周内均在同一条输电线路下觅食，更容易将声音驱鸟作为一种背景声音[8-9]，例如观察同一种鸟类在田野和城市对声音会有不同的反应，在田野中的鸟类更为警觉，在听到刺耳的汽车鸣笛声时会飞离，但生活在城市的鸟类在听到汽车鸣笛声时基本不会飞离，由此也说明可听式的驱鸟声波会被鸟类当作一种背景音而不会飞离音源处。因此鸟类对可听声波的适应性可能达不到预期的驱鸟效果。

次声为频率低于20Hz 的声波，次声波频段与地震波频段基本相同，根据鸟类在地震前的异常反应来看，可以采用次声波进行驱鸟。根据现有研究结果，采用次声波进行驱鸟需产生140dB 的声压才有可能将鸟类进行驱离[10]，同时人类器官在次声波下会产生共振，人类暴露在130dB 声压以下的次声波时并不会对器官有伤害，长期暴露在高于130dB 的声压下才可能有伤害[11-12]，所以采用次声波驱鸟的同时可以对人类造成伤害，造成得不偿失。若想得到声压大于140dB的次声波，所需的设备体积在4m3左右，功率需在100kW 左右，用来驱鸟基本不具有可行性。

3.2 激光驱鸟

激光驱鸟利用鸟类的视觉不适性进行驱鸟，通过激光驱鸟效果宣传图片、视频可知，激光驱鸟只有激光扫到鸟类的时候鸟类才离开，目前激光驱鸟采用的不是定向驱鸟方式，是一种根据设定好的程序，无论这一区域是否有鸟，均进行扫描的方式进行驱鸟，无法做到先发现鸟类，再对鸟类所在位置进行定向扫描的定向、定位置驱鸟。在杆塔或变电站，因为杆塔和变电站内设备高度已知且固定，只需设定好需扫描位置即可完成驱鸟。

输电线路导线为悬链结构，一束激光只能扫到导线的一个或者两个点，同时受风速影响，固定安装的激光仪可能与导线的交点一个都扫不到，而且大量鸟类落到导线上以后，导线弧垂会发生较大变化，原来设定的扫描位置已不在当前位置，无法使用预置设定的方式对导线上的鸟类进行驱赶。为了使激光驱鸟系统可以用于驱赶输电线路导线上的鸟类，需设计一套图像识别系统先识别出导线或鸟类所在位置，然后根据制导原理进行定向驱鸟，然而此类技术目前主要用于军用，民用中很少有此类设备，所以在将杆塔或变电站的激光驱鸟设备使用到导线驱鸟时，需进行技术改进。而引进定向、定位置识别、激光发射系统需将激光制导技术应用到输电线路导线驱鸟技术上来。

3.3 引线型驱鸟

引线型驱鸟原理为在导线上再放置一根较细的线，使鸟类无法站立在较细的线上，但由于该引线无法做到足够细，在防止中型鸟能站的线上可能会落小型鸟，如图1 所示，鸟类站在驱鸟引线上，同时引线型驱鸟由于采用两端拉紧的方式进行固定，鸟类站在上面后引线再无弹性，鸟类会感觉该线很牢固，进而会站在驱鸟引线上，同时需考虑输电线路导线的热胀冷缩带来的输电线路延长和缩短，引线型驱鸟器的引线可能会拉断或松弛，所以不建议采用引线进行驱鸟。

图1 鸟类站在驱鸟引线上

3.4 针刺型驱鸟

目前杆塔上使用的针刺型防鸟装置有直立较短型和较长的可折弯型针刺，其能达到有效防鸟效果的原因如下[13-14]，直立较短型针刺长度均为25cm，直立较短型针板驱鸟的原理为针刺间隔较小，针刺间隔小于鸟类的身体宽度，同时针刺长度大于鸟腿长度，使鸟无法在针板上站立。将较短型的针刺安装在杆塔上时，例如角铁宽度为10cm 时，由于针刺距离角铁边缘有一定距离，此时距离为6cm，鸟类可能会站在角铁边缘上，所以直立较短型防鸟针刺可以增加下针刺长度和宽度。长针型防鸟针刺的工作原理为其弹性使鸟类无法稳定站立在鸟刺上进行防鸟，例如35cm 的针刺在末端施加1N 的力时就会有约1cm 的弹性变形，此时针刺一直有弹性，所以鸟类无法稳定地站在针刺上。

根据前面分析的针刺型防鸟刺可以进行防鸟的原因，在对输电线路导线进行防鸟时，若采用直立型防鸟针刺，针刺的间距应小于要防鸟类的身体宽度，针刺的长度需大于要防鸟类腿的长度，且针刺中间不能有可让鸟类落脚的位置，若安装或选型不当，会出现如图2 所示的情况，例如某地安装的直立针刺型防鸟装置，由于其针刺长度只有5cm 左右，造成鸟类同样落在直立型防鸟针刺上，虽然图2 中所示的防鸟针刺安装位置为横担，但其与安装在导线上可达到的防鸟效果是类似的。中型鸟腿长在7～12cm 左右，所以在防中型鸟时其针刺长度建议选为15cm，中型鸟体宽度约6～13cm，所以在防中型鸟时针刺间距选5cm 为宜。

图2 鸟类落在直立型防鸟针刺上

在输电线路导线上安装针刺型防鸟装置后不可避免地会出现输电线路导线等效面积增加、电晕等问题。等效面积增加会造成迎风面较大，更容易引起风偏跳闸故障，所以在大风区安装需考虑风阻变大带来的风偏问题。金属防鸟针刺由于尖端放电问题可能会产生电晕，增加输电损耗。同时输电线路导线防鸟装置不建议采用包裹式安装，包裹式防鸟针刺不仅增加迎风面积，也会增加导线直径，在结冰季节会增加结冰表面，极大增加相同覆冰厚度下覆冰的重量，容易引起舞动和断线的故障。

由以上分析可知，在输电线路上安装针刺型防鸟装置建议采用绝缘式针刺，通过软连接安装在导线上，以尽可能地避免以上问题，同时也可根据鸟类调研情况确定安装防护距离，安装防护位置等。

同时输电线路导线防鸟装置不建议全线安装，全线安装更容易引起上述问题，可以根据仿真或计算结果进行安装，例如根据前文的分析，在同样的情况下，若300 只鸟同时起飞不会造成线路跳闸，可只安装整个线路档距的40%，若鸟类在中间位置更容易引起跳闸且经计算中间位置防护20%的情况下即不会引起跳闸，可只在中间位置的20%安装防鸟装置，在节省安装长度的情况下也尽可能地避免安装带来的问题。

4 结束语

通过观察输电线路导线上鸟类起飞可能会造成输电线路相间短路的现象，分析得到跳闸的原因是大量鸟类同时飞离造成输电线路导线跳跃，输电线路跳跃后引起相间安全距离不足造成跳闸，在计算跳闸所需同时起飞鸟类数量时需考虑鸟类起飞对导线带来的作用力。大量鸟类从导线上飞离与导线上覆冰脱落具有类似性，可以采用输电线路防脱冰跳闸的方法进行防鸟类起飞引起的跳闸。

针对采用驱鸟方式进行防治时，在声波驱鸟上，通过对鸟类的听觉频率范围分析，发现声波驱鸟只有采用与人类听觉频率范围相近的频率进行驱鸟时才可有效驱鸟，超声波无法用于驱鸟，次声波驱鸟可行性不高、危害性较大且成本高，无法实际应用。引线型驱鸟装置无法有效驱鸟，不建议使用。选用激光驱鸟时需采用带有制导功能的激光驱鸟器，制导可采用图像制导，不然可能由于导线有弧垂而不是一条直线，无法实现定向驱鸟。选用针刺型驱鸟装置时需观察引起跳闸的鸟类，根据可能引起跳闸时鸟类大小、数量等进行针刺驱鸟装置安装。