基于智能主動驅趕的輸電終端場防異物裝置研究

李 良

（廣東電網有限責任公司江門供電局，廣東江門 529000）

0 引言

江門供電局擔負著上下川島海底電纜的運維工作，其中4個海纜終端場作為海底電纜線路的重要組成部分，其運行狀態的穩定關系到整個電力系統的安全運行。由于各海纜終端場均是無人值守站點，且所建位置極為偏遠，會時常受到野外異物的入侵和攀爬，帶來不可預控的安全隱患或設備損毀（如短路、絕緣層破損、電源擊穿等），而運維人員定期巡視的規律性與間隔性，又難以適應異物入侵的無規律性、偶然性等，因此急需海纜終端場建立一套針對異物入侵的防控裝置。

近年來因活體異物（蛇、鼠等）而導致的輸電設備故障已成為電力線路的頻發性故障之一，是影響電網安全的較大隱患之一。如何降低活體異物活動對輸電設備等電力設備的危害，促進人與自然、人與動物的和諧共處，已成為電網企業開展輸電日常運行維護工作所面臨的一個重要課題。

現階段異物入侵防治的探測和驅趕方式，主要以風動或者磁力的方式驅動機械臂，但該方式針對性較弱，只能起到固定點的防控，受到設備形狀及地形的限制；利用超聲波語音驅趕異物的方式，則在適用性方面存在極大限制，僅能針對個別動物種類起到驅趕效果；利用激光驅趕異物，該方法效果較好，但現有研究只能通過固定路徑展開防控，無法實現主動驅趕的效果[1-2]。

為了彌補目前各種防控手段的運行弊端，研制了一種基于智能主動驅趕的輸電終端場防異物裝置，用于防治輸電電纜終端及輸電線路設備遭受活體異物的影響。該系統采用利用光電邊界探測技術、激光立體掃描的策略，降低誤報率低，提升探測驅趕的覆蓋效果。

1 故障原理

1.1 活體異物活動短路故障

據統計，每年的3—10 月廣東地區的活體異物活動頻繁，對于輸電線路存在巨大的安全風險隱患，活體異物通過叼引各種樹枝等材料進行搭建鳥巢，因此極易外露接近導線。在天氣情況較為潮濕的情況下，就會瞬時引起接地故障從而跳閘。此外，輸電線路運維的電纜終端場區域位于海邊，海鳥會掉落大量鳥糞在絕緣子等部件上，其中接觸的過程中會引發空氣間隙的擊穿和閃絡，對設備的安全運行也會造成一定影響。

1.2 鼠類咬破絕緣外層故障

現有的海底電纜終端場均是無人值守站點，且所建位置極為偏遠，會時常受到野外異物的入侵和攀爬，在無人值守的情況下，易發生鼠類等動物撕咬避雷器、戶外終端絕緣外層的安全事故，進而引發絕緣擊穿造成設備損毀。

2 智能主動驅趕策略的研究

利用激光的光線驅趕作用是刺激各類活體異物的眼睛瞪敏感部位，使其產生感光刺激從而逃離，由于激光裝置可以采用云臺調控進行驅趕，所以覆蓋范圍廣泛，使用于多類型的活體異物驅趕。在實際應用中，針對不同的時間、設備種類，還可通過不斷轉換激光頻率和顏色來降低各類活體異物的適應性。此外，由于激光對人眼可能造成潛在的傷害風險，本策略將應用短頻光波，達到不刺激傷害眼部的效果。采用不定時工作的變換方式，會加快對活體異物等異物的驅趕速度，防止其產生抵抗性驅趕效果。另外，采用主動規劃的探測方式，針對危害活動頻頻率高的點位進行設計，利用包含探測模塊、電源模塊、控制模塊和執行模塊的相互配合。

2.1 探測單元

為有效提高驅趕異物的準確性和有效率，本研究采用先規劃路徑、后探測的方法開展。首先，利用電纜終端場等設備的固定性進行建模，通過高清攝像裝置采集不同時段的活體異物出現頻次，建立系統的驅趕點。由此利用將信息集成傳輸到控制單元作為激光路徑規劃的基礎單元，基于串口通信進行點位設計、時間調節、強度調節等模塊控制和交互。其次，高清攝像裝置采集到活體異物信息后，將采集信息發送到綜合云臺控制單元，驅動云臺工作。本策略通過單片機DC 模式實現激光束的有效強度調節，強度可調節為500～1000 mW，激光的波長也可根據實際需要調節為520～532 nm 進行輸出，已達到驅趕電纜終端場附近的活體異物。最后，高清相機也會對激光驅趕過程進行持續采集，與前段時間信息進行比對，判斷是否起到驅趕鳥效果，其中光電探測的區域是通過光照強度的變化而進行的信息反饋調節，有發生突變的話，其信號會上傳至處理器進行存儲[3-5]。

2.2 激光控制單元

智能激光控制驅趕裝置的調用單元主體由單片機PIC16D70 組成，主要負責激光光路的指定以及各交互模式的選擇和信號傳導，驅動云臺和激光發射指令驅趕飛鳥等。根據不同時間段，驅趕的位置以及時間停留的長短不同，該裝置設置了3 種工況的運行方式：相應于鳥類異物的防治模式，其規劃的激光路徑主要為電纜終端的上部區域，重點在轉角等落鳥區域停留掃射，防止上空鳥類停留和鳥糞下落；蛇鼠類防治模式的重點規劃區段為底座位置以及終端護套的末端，切斷蛇鼠類相上延展的路徑；晚上的夜間工作方式，由于鳥類夜間的活動減少，故加大掃描間隙。以第二種模式為主，以達到降低作業功耗的目的。

2.3 激光掃描單元

本模塊單元為核心單元，其為驅趕異物的主要模塊單元，主要流程為利用手動設定、控制掃描方式、速度及區域，可使激光按軌跡形成一個立體的掃描區域，驅趕異物，并防止其他異物入侵，覆蓋范圍廣，將事故隱患降低到最小，從而達到保障終端場安全穩定運行的目的。為防止激光對誤入人員或空中航班造成影響，在激光掃描過程中將云臺的活動范圍限制在上下35°、水平旋轉幅度350°，在此范圍內進行往復立體運作，通過接收探測單元的規劃點指示激光進行相應的動作響應（圖1）。

圖1 裝置運轉

2.4 雙能供電單元

智能超聲驅趕異物裝置采用太陽能及蓄電池的雙能供電系統。裝置采用由太陽能電池板、控制電路和蓄電池組成的雙能供電系統。主要能源供應以日照的太陽能充電為主，將太陽能轉化為化學能，本策略利用電路控制合理調節控電系統的工作時間，為防止蓄電池過量充放，將充電限額一般固定于至85%左右，且放電余留20%左右，確保蓄電池的供應能夠滿足10 h 的使用要求。監測電池的用量程度，合理分配兩種能源的使用狀態，在光照充足時將電能存儲與蓄電池中，在陰雨天以及夜間使用，確保整個運行系統可以穩定地長時間工作。

3 實驗驗證

為驗證基于智能主動驅趕的輸電終端場防異物裝置的可靠性，并具有穩定、驅趕準確、適用于多場景等特點的設計思路。本文針對多場景、驅趕有效率等測試指標，對基于智能主動驅趕的輸電終端場防異物裝置進行了測試。

由于鳥類活動范圍較為廣泛，且對線路的危害性最大，現以模擬某220 kV 某海纜終端場的重點鳥害隱患區段為例，分別選取兩處測試點，一處設置驅趕裝置進行對比。通過6 個月的運行統計，對比前后鳥類活動頻次得到表1 的實驗數據。可以看出，安裝驅鳥裝置前后鳥類活動頻次明顯下降，同時隨著鳥害高發季節也會隨之增大。這驗證了本裝置可以有效驅趕活體異物，對輸電終端等設備有明顯的輔助作用。

表1 安裝驅鳥裝置前后鳥類活動頻次 次

在完成測試后，基于智能主動驅趕的輸電終端場防異物裝置應用于實際的輸電線路運維中，一方面激光智能主動驅趕的投入可以減少常規日常巡視的工作投入，另一方面通過不斷循環掃描輸電設備可以創建一個永久的保護區域，實現對電網設備的安全運行管理。

4 結束語

基于智能主動驅趕的輸電終端場防異物裝置研究，利用手動設定、控制掃描方式、速度及區域，可使激光按軌跡形成一個立體的掃描區域，驅趕異物，并防止其他異物入侵，覆蓋范圍廣，將事故隱患降低到最小，從而達到保障終端場安全穩定運行的目的。另一方面，相比傳統異物入侵的防治辦法，該系統具有驅趕效果持續時間長、成本低、可靠性高，有較好的應用前景。通過現場試驗，也驗證了該裝置的有效性。