配電線路智能激光驅(qū)鳥裝置的研究

張少偉 王 健 米宏偉 賴冠斌 韓雪峰（深汕特別合作區(qū)供電局，廣東 深圳 518260）

0 引言

配電線路靠近居民區(qū)，線路覆蓋廣，所處的環(huán)境復雜多樣，是鳥類繁衍的理想場所，特別是在一些水稻、農(nóng)田、低洼潮濕地帶和一些村莊、僻靜開闊的莊稼地帶有鳥類捕食對象的地方成為鳥害高發(fā)區(qū)，對線路的安全運行造成嚴重威脅。目前，電力部門使用了多種智能的驅(qū)鳥裝置，雖然可以有一定作用，但是很難達到持續(xù)性地驅(qū)鳥效果，并且這些智能驅(qū)鳥裝置目前大多是應用在110 kV電壓等級以上的輸電線路，針對配電線路應用的驅(qū)鳥器少之又少。

1 傳統(tǒng)的驅(qū)鳥方法

為了解決鳥害問題，有效降低鳥害故障率，根據(jù)鳥類的生活習性和生理特點，各電網(wǎng)公司采取了許多技術(shù)措施和保護措施來減少鳥類對線路的傷害。傳統(tǒng)的驅(qū)鳥方式有語音、化學、物理、超聲波、器人等，相互之間的效果比較如表1所示。從表1中的分析可以了解到激光驅(qū)鳥技術(shù)與傳統(tǒng)方法相比具有更好的效果。

表1 不同驅(qū)鳥方式效果對比

2 激光驅(qū)鳥的主要技術(shù)原理

驅(qū)鳥激光器發(fā)射出來的是532 nm波長的高亮光束，能瞬間對鳥類的眼睛產(chǎn)生短暫眩暈和失盲的效果，致使其感受到強烈的刺激，從而逃離桿塔。進行激光驅(qū)鳥時還可以配備兩種顏色的激光，通過交替式照射提高刺激感觀，并且進一步減小鳥類對某一激光器的適應性。

3 配電線路激光驅(qū)鳥的特點

根據(jù)不同驅(qū)鳥需求，驅(qū)鳥可以分為以下幾個等級：

（1）驅(qū)巢級：主要特征是解決鳥兒在輸電線路、倉庫防護區(qū)域內(nèi)筑巢，以防止鳥類長時間在區(qū)域內(nèi)停留，防止污閃，防止鳥巢造成相間短路；

（2）驅(qū)食級：主要特征是在果園、魚塘等區(qū)域防止鳥兒覓食，避免侵食果實；

（3）凈空級：常應用在航空機場、電力設(shè)備區(qū)域，以防止撞鳥和發(fā)生相間短路。

從配電線路的實際情況分析，其驅(qū)鳥等級為驅(qū)巢級和小區(qū)域凈空級。根據(jù)配電線路環(huán)境情況，其驅(qū)鳥方式還包括以下幾個特點：

（1）配電網(wǎng)靠近居民區(qū)，不宜采用語音驅(qū)鳥方式，以避免噪音影響周邊居民的日常生活；

（2）配電線路為小架空線路，驅(qū)鳥器安裝高度不高，桿塔作用的范圍也比較小，因此激光器照射范圍應做出限制，以免對周邊居民造成影響，同時激光功率也不宜過高，以便減少不必要的功率損耗；

（3）配電線路鐵塔比較小，還有些是水泥桿的，安裝上會受到一定的限制，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計應采取多種方法，以便適應不同的安裝場合；

（4）受安裝位置的影響，激光光束照射時會在配電桿塔上產(chǎn)生盲區(qū)，設(shè)計時應采用分體式安裝或者云臺控制方向的掃描的方式增加照射范圍，在覆蓋重點區(qū)域的同時，盡可能地減小盲區(qū)。

4 激光驅(qū)鳥器裝置功能實現(xiàn)

驅(qū)鳥裝置由太陽能供電單元、激光器及整形擴束單元、光照強度感應單元、多普勒雷達探測單元、云臺控制單元、爆閃燈、微處理單元組成。

4.1 激光器及整形擴束單元

由兩個不同顏色的激光器組成，分別為綠色和紅色激光器。通過光束的整形擴束可以減小光污染距離并擴大照射的范圍，有利于提高驅(qū)鳥效率。兩束激光輸出時采用多種形式，包括慢速交替閃爍、慢速同時閃爍、高速交替閃爍和高速同時閃爍等。

4.2 光照強度傳感單元

感應環(huán)境光照強度，將光強轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大處理生成模擬調(diào)制信號，經(jīng)過MCU控制單元采樣轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，計算光照強度。微處理單元將根據(jù)該光照強度對激光發(fā)射的功率進行調(diào)節(jié)。當白天光照強度較大時，為了避免自然光對激光光束的能量的影響，將對激光發(fā)射功率進行增大，以達到有效地驅(qū)鳥效果。夜晚工作時減小激光發(fā)射功率還可以減少光污染，避免影響到周邊居民。

4.3 太陽能供電單元

由太陽能電池板、充放電控制器和蓄電池組成。在白天有太陽的條件下對設(shè)備進行供電并對電池進行充電，在晚上利用白天已儲存的電量為設(shè)備進行供電。電池設(shè)計容量可供無光照條件下設(shè)備正常工作7天時間。

4.4 云臺控制單元

采用微型電控云臺，將激光照射模塊和爆閃模塊安裝在上面，支持左右、上下掃描，支持預置位設(shè)置。云臺控制激光器進行照射，照射區(qū)域限定在安裝點的水平四周以及上方，限定激光器不向下照射，避免對桿塔下的行人或者車輛造成影響。

4.5 爆閃模塊

采用2顆大功率LED燈組成，發(fā)光顏色為白色和紅色，工作模式與激光照射方式相同，可與激光器同時工作，也可以單獨工作。

4.6 微處理單元

內(nèi)置智能MCU芯片，是裝備的控制核心。用于采集和控制各個單元協(xié)調(diào)工作。保存預置的工作模式、激光驅(qū)鳥工作計劃等。

4.7 安裝方式

考慮到配電線路與輸電線路的不同，本激光驅(qū)鳥器在保證驅(qū)鳥效果的情況下將進行小型化低功耗設(shè)計。安裝方式將支持鐵塔角鐵安裝和水泥桿抱箍安裝兩種方式。

4.8 工作方式

系統(tǒng)采用智能化的工作模式，有定期循環(huán)驅(qū)趕和探測受控驅(qū)趕兩種模式。其中定期工作模式還支持夏冬兩種季節(jié)模式，以適應不同的晝夜長短。系統(tǒng)還將進行電量檢測，當電量低于預設(shè)值，自動開啟低電量保護，并暫時關(guān)閉定時掃射功能，當電池充電恢復正常后才開啟。

5 配電線路激光驅(qū)鳥器裝置的技術(shù)特點

（1）激光射程遠，作用范圍大，是目前驅(qū)鳥設(shè)備中作用半徑最大的。（2）作業(yè)范圍大。在進行光束整形擴束之后可以形成大面積的光點，增加了直接照射鳥類眼睛的概率。（3）驅(qū)鳥效果長。可以驅(qū)除大部分的鳥類，這些鳥類對激光不會有適應性，可使鳥類半永久地離開桿塔。（4）激光驅(qū)鳥器發(fā)出的激光光束為二級激光，對鳥類只是暫時性的刺激，不會對鳥類造成永久性傷害；該光束可直射人的皮膚，不會對皮膚造成傷害，不過安裝時工作人員或者周邊人員不宜直接注視光束，以免受強光的刺激造成眼睛的不適。（5）在拂曉、傍晚、陰雨天及霧天時，配電線路的飛鳥最多，對線路危害最大時，在這種情況下采用激光進行驅(qū)鳥使用效果最佳。由此可見，與傳統(tǒng)驅(qū)鳥方式相比，自動激光驅(qū)鳥裝置的效果非常明顯。

6 結(jié)語

配電線路全自動智能激光驅(qū)鳥裝置的研究結(jié)合了多普勒雷達探測技術(shù)、電控云臺技術(shù)、激光整形擴束技術(shù)和智能化工作模式，可以有效地持續(xù)性地對鳥類進行驅(qū)逐，可以實現(xiàn)24小時內(nèi)不間斷驅(qū)鳥，鳥類也不會對這種高亮的激光形成耐受性，驅(qū)鳥效果不會隨時間降低，可以廣泛應用于配電線路鳥害嚴重的場所。