一种高压输电线路杆塔上的防鸟害装置

【摘 要】 研制了一种采用太阳能电池供电、不重复多电平直接模拟量存储声波随机触放的新型高压输电杆塔上的防鸟害装置，有效地解决了由于鸟类的模仿能力造成的防害失效问题。

【关键词】 输电线路杆塔 鸟害 多电平直接模拟量存储技术 太阳能电池

引言

随着我国经济的高速发展，各类能源电站和各种等级的高压输电线路得以快速发展，分布于城乡各地的输电杆塔经常成为鸟类光顾活动和栖息的场所，由此引起的输电线路的故障时有发生，造成了巨大的经济损失。国内外大量资料分析显示，这类事故的形成机理基本上可分为鸟飞来或飞起造成线间空气间隙击穿跳闸、鸟类营巢材料搭连引起放电跳闸、鸟在悬垂绝缘子串上方排泄粪便造成即时的闪络跳闸或以后的污闪跳闸等情况。据此产生了多种驱鸟、防鸟器装置和方法各具优缺点，由于鸟类的“模仿能力”长期效果都不甚满意[1，2]。因此，研制新的适合高压输电杆塔上的长效防鸟害装置具有重要意义。

1 装置的总体构成及功能

本装置由监测传感、声波样本存储、换能器驱动、智能控制、能源供给等单元组成，结构框图如（图1）所示。

监视感知单元的功能是用来监测是否有鸟进入防范区域边缘，而不是落在杆塔上，只要进入就可检测到，达到使鸟没有机会在杆塔上停留为最佳。为此，采用热释红外传感技术，红外管选用对鸟类较敏感的红外探测元件LN206，并装有相应的滤光镜片和菲涅尔透镜。能在鸟类飞临杆塔的有效距离内（还没降落）就采集到信号，将其作为智能控制单元的触发控制信号。

声波样本存储单元将所需能够利用鸟类“模仿能力”，可以控制和导向鸟类的活动的各种声波信号，例如使鸟类认为“危险、惊恐、逃离、死亡“之类的鸣叫声，或各种不同可驱鸟声音或声波等，采用多分段、不重复样本依次顺序存储，每段大约10～15秒左右，长短可不尽相同。这样，在每次有鸟入侵杆塔保护空间时，触放的防鸟声波是完全不同的，可有效地解决鸟类模仿能力造成的长期防害失效问题。

换能器驱动单元完成对声波的功率放大，驱动相应声波换能器智能控制单元采用智能单片机，控制协调监视感知、声波样本存储、换能器驱动等单元理性工作，管理能源供给单元可靠供能。

能源供给单元采用硅太阳能电池配合可充电氢镍电池组合供能，解决了高压杆塔监测装置供电难的问题，不仅节约了能源，还可以在无人监守情况下长期运行。

2 工程实际应用

采用AT89C51单片机、多电平直接模拟量存储技术的固态语音集成芯片ISD4004、热释红外传感器和功放集成芯片TDA2003（构成BTL输出电路）等组成防鸟害装置如（图2）所示。

AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，具有丰富的资源可供方便利用。同时，AT89C51可降至OHz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的空闲和掉电节电工作模式。这种节电工作模式是本装置节电运行所需要利用的。

多电平直接模拟量存储技术的固态语音录放集成芯片ISD4004，是美ID公司推出的，可将所需各种声波信号，任意时长分段（最多2400段）直接存贮在片内闪烁存贮器中，并能够非常真实自然地再现事先存储的语音和声波，单片时间可达十数分钟。由微控制器控制，连接接口方便、操作简单、控制可靠。还具有掉电信息不丢失（在断电情况下可保存100年）与低功耗等特点。

开关W/R置于1端为语音录入功能，开关SD为手动/自动录入控制，不按时为自动。事先自动录入防鸟语音或声波时，可通过PC计算机将编制完成的多样本、不重复的分段（每段10～15S）声音信号经声卡由J1输入给ISD4004芯片，在单片机控制下存入其内部的闪烁存储器。芯片录满为止，此时，LED灯将停止闪烁。若PC机的音源传送的声波信号是连续不分段时，可通过按下开关SD进行手动分段，每次按下的时间将是新录入一个分段的长度。全部录入完成后，将开关W/R置于2端，转入已存储语音分段播放功能，即可进行杆塔安装。开关FA为返回控制键，每当按下一次时，无论现在录/放处于芯片的任何分段，都将立即返回芯片存储器的起始地址，便于在录入出错时使用。

装置上设广角探测传感器3只，可满足杆塔全方位监测。单片机循环扫描各传感器的信号，发现某一方向有鸟侵入信号时，即由单片机的P1.7引脚，通过光耦控制继电器闭合功放驱动电路的直流电源开关K1，使其参加工作（声波换能器通过J2外接）。同时，随之执行ISD4004的播放程序，每段播放时间到，ISD4004将在INT端产生一信号，单片机收到后，执行ISD停止操作、读出当前地址（顺序播放时）保存、掉电命令，断开功放电源开关，这样就完成了一段样本声波的播放。再次收到传感器信号时，设置新一段的放音地址，重复上述操作。当芯片播完存储最后一段声波时，ISD4004将通过MISO引脚输出OVF标志，单片机将因此控制下一次播放时返回从ISD的第一段开始。声波播放模式还可选择段地址随机生成方式，这更有利于提高防鸟效果的长期有效性。本装置在某电力局的一次变和一段220KV铁塔上进行了现场安装使用，能在鸟刚飞临杆塔时，就发出声音鸣响，每次都产生与历史鸣响完全不同的、不重复的声波，使鸟没有机会进入或停落在杆塔危害区域上，防鸟害效果明显，并且具有较强的抗干扰能力。

3 结语

本项目研制的装置是以太阳能作为动力，以非接触类红外传感技术检测鸟类是否接近和存在，来判断是否有鸟进入防范区域边缘，而不是落在杆塔上。同时可选择发出事先录入保存的多种不同样本声音的某一种，克服了由于鸟类“模仿能力“长期效果下降的问题。这样，利用其“模仿能力”，使其养成不在杆塔上筑巢和栖息的条件反射习性，从而控制和引导了鸟类的活动，即有利于生态文明建设，又避免上述鸟害事故的发生，提高了电力系统安全运行的质量。

参考文献：

[1]列剑平，于江萍，鄂明菊.等.高压输电线路防鸟设施应用及效果研究[J]东北师大学报（自然科学版），2013，45（2）：118～121.

[2]易辉，熊幼京，周刚.等.架空输电线路鸟害故障分析及对策[J]电网技术，2008，32（20）：95～99.