张聪
国网江苏省电力有限公司射阳县供电分公司 江苏射阳 224300
【摘要】盐城地区有大量的鸟类自然保护区，鸟类的数量及种类都非常繁多。同时，鸟类筑巢对于配电线路的安全运行，却带来了一定的危害。天气一旦入春， 鸟类即开始筑巢、产卵、孵化。这些鸟口叼树枝、铁丝、柴草等物，在线路上空或导线之间穿越飞行，当铁丝等物落在横担与导线之间，就会造成线路故障。这都给电力配网造成重大的损失，而传统的驱鸟方法利用防鸟刺、风车式防鸟器、防鸟罩等不仅成本高、安装时需停电，而且还存在驱鸟效果差、鸟儿适应性强、易老化、自然损坏严重、寿命短、无风天气不能发挥等缺陷。因此，利用超声波驱鸟器等对电力配网进行驱鸟防护具有长效持久、经济安全的特点，且已经成为国内外科研单位和电力部门的热点课题。
【关键词】超声波；驱鸟器；超级电容；取能电路
0.引言
本次研究中重点侧重于对超声波驱鸟器的取能电路的设计，因此需要对电网鸟害的实际需求进行分析，在此基础上制定超声波驱鸟器的设计方案，分析超级电容电路自取能模块在实际作业过程中的安全性。
1.电网鸟害的状况
由于输电线路杆塔、信号塔等能够为其提供广阔的视野，同时空隙较多、易于筑巢、坚固稳定，导致输电线路遭受由于鸟窝、鸟粪等引起的闪络、短路、跳闹事故逐年增加，对电网的运行安全造成了严重的威胁。
鸟害之所以对电网运行安全造成如此大的威胁，首先应鸟类的筑巢谈起。筑
巢是鸟类繁殖过程中的重要环节，大多数鸟类在春季求偶、生育之前，会在选定
的巢区以内，由雌鸟用植物纤维、树枝、杂草泥土、兽毛或鸟羽等物筑成巢穴，
减缓热量散失，为鸟卵的孵化提供稳定的温度，并促进幼雏的生长发育。在筑巢
行为的活动过程中，还有助于鸟类生理激素的分泌，促进体内的卵细胞生长发育
并迅速成熟，使繁殖行为得意延绵。
筑巢的地点则根据鸟类的不同而各有不同，隐蔽处、高大树梢细枝杈间、悬
崖绝壁上、地面、水面、洞穴或建筑物内都是鸟类喜欢筑巢的地方。其中，如喜鹊、乌鸦等鸟类，喜欢在地势空矿的位置搭设鸟窝，广阔的视野便于它们发现猎
物并进行捕食，这就使输屯杆塔成为它们的最优选择[1]。
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图1电网鸟害状况
2.电网防鸟害措施的优缺点对比
鸟粪跌落、栖息筑巢、飞行触碰、啄损绝缘设备等是引起输电线路故障的主要原因，而相应防鸟害措施可归结为隔离、驱逐、引导三种方法。隔离是指通过金属挡板等部件，将鸟类的活动空间与线路带电的关键部位分隔幵来；驱逐则是设法让鸟类远离输电线路杆塔和带电设备；引导是在杆塔或其他远离被保护设备、线路的地方设置鸟巢，吸引鸟类驻留而避免其自行搭设巢穴危害输电安全。每一种驱鸟方式都有各自的优缺点，表1所示为现阶段各类驱鸟方式优缺点对比[2]。
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3.超声波驱鸟器的总体方案
野外超声波驱鸟最大的问题是电源问题，考虑到太阳能电池板的价格相对较高，不易实现在供电系统大量应用，所以驱鸟器所需要的电能最好基于输电系统就地取能。
超声波驱鸟器的总体设计应由五部分构成，分别为取能单元、电容储能单元、单片机控制与信号产生单元、信号调制和放大单元、超声信号发射单元，其相互关系如图。
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图2超声波驱鸟器的总体设计
取能单元为后续单元提供电能，但必须同时保证在故障电流、雷电流的击下，后续电路的运行安全；电容储能单元必须保证在供电线路电流较小时，耗能儿件的持续工作，保证良好的电能质量；单片机除了产生规定频率的超声波信号外，还应提供不同的频率模式，满足长期驱鸟而不使其产生适应性的要求，并提供足够的中断，在检修、维护吋的回复响应的指令以明确自身工作状态；调制、放大单元应作为连接单片机与超声发射单元的桥梁，应提供较高的输入电阻和较低的输出电阻，使超声波发射元件工作在最大功率，以获得足够的驱鸟范围；超声发射单元应在较小的能量消耗前提下，提供规定强度的超声输出，并具备足够寿命。
4.超声波驱鸟器取能单元的设计
借助于电网沿线中的电流，利用电流传感器进行电流变换，然后经过整流二极管得到直流电流，对电容充电、储能。电容中储存的能量经过稳压装置实现电能输出，供单片机等模块的设备使用。铁芯应制做成双半环式，由卡箍固定在线路杆塔和金属导线上，方便现场设备安装，不破坏现有接线。在铁芯的接口处应留有空气隙，以便于适当降低铁芯的磁导率，增加铁芯磁通饱和时的励磁电流数值，从而提高互感器的抗浪涌电流冲击能力，以更好地保护二次侧设备。
这部分设计的主要计算难点为铁芯截面积选取、二次侧距数和空气隙大小计算，既能保证二次侧的电流需求，又不至于在雷电流、故障冲击电流情况下，产生高压脉冲，损毁二次侧设备。
5.超声波驱鸟器超级电容储能单元的设计
超级电容储能单元主要难点为雷电流、故障电流等在互感器二次侧形成的浪涌电压、电流防护，以及串联电容的均压电路设计，保证稳定输出的±9V、±5V电压。
热敏电阻引入温度系数，当温度超出某特定温度范围时（实际统计接触网每年鸟害发生的主要月份为3~5月份），鸟类的筑窝活动己经基本结束或回归南方过冬，此时不需要继续进行驱鸟工作，这时根据热敏电阻提供的反馈信号，自动切断整流单元后继电路，尽量减少寿命较短元件的使用时间；过电压保护应配合互感器铁芯，防止一次侧瞬吋大电流，对二次侧电源电路及负载形成冲击过电压损害主电容进行电荷能量存储，为驱鸟器提供电能，保证驱鸟器继续工作一定时间，至少持续到下次电流到达该区间的时刻；串联电容均压电路应保证串联电容在充电过程中均勾储存电荷，不至出现超级电容及穿故障；稳压装置作为电源电路的最后一级，应保证为负载提供合格质量的电能。
6.超声波驱鸟器超声信号单元的设计
超声信号单元主要负责生成驱鸟器所需的超声频率与制定驱鸟超声工作模式，同时应能够提供检修、维护等服务，为远距离操控提供可能，这无疑对单片机的应用提出严格的要求。
由于时域脉冲在频域展开后为一条直线，包含所有频率的信号，所以在将脉冲信号进行滤波后可以得到所需的超声频率（17kHz~35kHz），而且这种超声信号内各个频率的比重可随脉冲信号的陡度变化而产生急剧变化，也即产生一种多变的超声信号，鸟类的适应性将大幅降低。
这种方法的优点是可以产生一种混合频率的超声波信号，而且超声波内各频率信号的比重可以随意调节鸟类的适应性较低但是由于脉冲信号经过滤波后，所得到的各个频率信号的幅值是很小的，造成了后端功率放大单元负担较重；实际中，脉冲信号的产生多由方波信号经过电容后得到，无论是对方波信号上升沿、下降沿，还是对串联电容量的调节都是不易实现的，产生多种不同宽度和斜率的脉冲信号是很困难的，而少数种类的超声频率又不利于降低鸟类对超声频率的适应性。
结 论
变频超声驱鸟器可实现对配网中各种鸟害的驱赶需求，具有体积小、质量轻、可地电安装、不需爬塔、不占用杆塔空间的优点，目前在盐城射阳县供电公司试运行50台；减少鸟类在设备区筑巢次数，由以前的每年80次以上减少至10次以下；隔离鸟类活动，将原来在配网巡视时可见鸟类上百只以上，减少为巡视见鸟类10只以下。鸟类空投杂物现象减少为0。减少不必要的人为断电次数，减少了线路故障率，从而确保了线路、设备长期稳定运行，提高了供电可靠性，增加了经济效益。
参考文献
[1]朱昌成,汪涛.输电线路鸟害故障原因分析与防范[J].华中电力.2009,22(4):44-49
[2]郭伟跃.美国输电线路和变电站电气设备防鸟害措施[J].中国电力.2006,39(8):82-84
[3]易辉,熊幼京,周刚.架空输电线路鸟害故障分析及对策[J].电网技术.2008,32(20):95-100
[4]杨玉龙.铁路电力架空线的鸟害影响及防治措施[J].电源技术应用.2012,12:73