張傳民 張 東

（1.阜康市國津電氣有限公司 2.深圳市龍崗區(qū)庭愷電力新技術(shù)研究咨詢工作室）

0 引言

在北方秋冬季節(jié)，農(nóng)作物收成后，農(nóng)田中會散落大量作物種子，會吸引大量鳥類來覓食，由于田地面積過大，在田地周圍又無高大樹木作為鳥類落腳地，此時通過農(nóng)田地的輸電線路就成為天然的鳥類落腳地，成群結(jié)隊(duì)的鳥類落在導(dǎo)線上，在遇到天敵或受到驚嚇時，幾乎站在導(dǎo)線上的鳥類同時飛起，鳥類飛起后會造成輸電線路振動，在振動幅度較大時，可能會造成相間跳閘[1-3]。在新疆的塔城、阿勒泰、奎屯等地區(qū)均出現(xiàn)過因大量鳥類同時起飛造成的輸電線路相間跳閘。本文將對鳥類同時起飛造成輸電線路相間跳閘的原因和輸電線路導(dǎo)線防鳥的裝置的選用做具體分析。

1 鳥類同時起飛造成線路跳閘原因分析

鳥類同時起飛相當(dāng)于在線路上的載荷同時去除，其與線路覆冰后整體脫冰時的情況相類似，不同的是脫冰時線路上載荷是向下卸載，鳥類起飛時卸載方向具有不固定性，其差別只是卸載方向不同，不影響最終卸載的結(jié)果。因此，鳥類同時起飛會造成輸電線路導(dǎo)線跳躍，其跳躍高度可參考輸電線路脫冰跳躍。

根據(jù)文獻(xiàn)[4]的計算結(jié)果，110kV 輸電線路，采用LGJ400 的單導(dǎo)線，長度352m，在覆冰厚度15mm時，100%脫冰情況下的最大跳躍高度為1.6m，此時會引起輸電線路跳閘。LGJ400 導(dǎo)線直徑26.6mm，覆冰15mm 時直徑56.6mm，覆冰密度按0.7g/cm3進(jìn)行計算，長度352m 導(dǎo)線上覆冰重量為482786g。依據(jù)落在導(dǎo)線上的中型鳥（普通鴿子、斑鳩等）平均重量為220g，在長為352m 的導(dǎo)線上降落有2194 只鳥時，輸電線路即可能發(fā)生跳閘。顯而易見，在長352m的線上同時降落有2194 只中型鳥的可能性不大（每16cm 站有一只翼展25～42cm 的鳥），此時需考慮其他因素的影響。

有研究表明，鳥類起飛時靠扇動翅膀和彈跳來獲取向上的升力，根據(jù)文獻(xiàn)[5]和文獻(xiàn)[6]的研究成果，鳥類原地起飛（有助跑類不在此列）時對支撐物的壓力為自身重量的2～4 倍，按起飛時對支撐物的平均作用為自身重量的3 倍計算，鳥類站在導(dǎo)線上時引起的輸電線路導(dǎo)線拉力增大在起飛瞬間不會突然消失，所以計算時取鳥類對輸電線路導(dǎo)線的壓力為自身重力的4 倍，在352m 長的導(dǎo)線上只需有505 只鳥即可造成線路跳閘，由此可見，鳥類起飛時造成線路跳閘原因是起飛時對支撐物的重量較大，而不是鳥自身重量突然從導(dǎo)線上掉落引起的。在導(dǎo)線更細(xì)時，落在導(dǎo)線上的鳥類飛起時更容易造成跳躍跳閘。

2 防止鳥類站在導(dǎo)線上引起跳閘的措施

根據(jù)前面的分析可知，鳥類落在輸電線路上跳閘的主要原因?yàn)槠痫w時對導(dǎo)線的壓力較大，同時起飛時引起輸電線路導(dǎo)線張力急劇變化，引起相間短路而造成跳閘，依據(jù)原因找措施，可以采用輸電線路防覆冰脫冰跳躍的措施，也可采用防止鳥類落在導(dǎo)線上的措施。

若采用防覆冰線路脫冰跳躍的措施，目前已有大量研究，且防控措施也較為齊全，主要為采用相間間隔棒的方式進(jìn)行，主要考慮間隔棒的選型的安裝方式，在這里不再詳細(xì)敘述。

由于防止鳥類落在導(dǎo)線上的措施研究不多，本文主要分析采用防止鳥類落在導(dǎo)線上的措施，防止鳥類落在導(dǎo)線上的主要措施有激光，導(dǎo)線防鳥刺等，下面分析防止鳥類落在導(dǎo)線措施的有效性。

3 防止鳥類落在導(dǎo)線上的措施有效性分析

3.1 聲波（超聲波、可聽聲波、次聲波）驅(qū)鳥

不同鳥類聽力范圍如下表所示，表中數(shù)據(jù)得來方式為通過不同頻率的純音對鳥類進(jìn)行刺激并觀察鳥類的反應(yīng)[7]，可以看出，常見鳥類的聽力范圍均在人類的聽力范圍內(nèi)，且鳥類對超聲波并無反應(yīng)，所以若采用超聲波驅(qū)鳥可能完全達(dá)不到效果。根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前市場上并無單獨(dú)的超聲波驅(qū)鳥設(shè)備，超聲驅(qū)鳥設(shè)備往往集成在可吸聲波、激光等驅(qū)鳥設(shè)備中，可見驅(qū)鳥設(shè)備生產(chǎn)廠商對超聲設(shè)備的驅(qū)鳥效果也無把握，不然不會只生產(chǎn)將超聲波融合到其他驅(qū)鳥裝置中的設(shè)備。

表 不同鳥類聽力范圍

在人類的可聽聲波段進(jìn)行驅(qū)鳥具有一定的實(shí)用性，但在鳥類未在桿塔上筑巢的情況下，一只鳥落在相同桿塔或長時間在相同桿塔附近停留的可能性不大，即對偶然來到輸電線路附近的鳥類采用聲波驅(qū)鳥具有一定的有效性，鳥類在食物的驅(qū)使下，特別是在導(dǎo)線下方覓食的鳥類，可能1～2 周內(nèi)均在同一條輸電線路下覓食，更容易將聲音驅(qū)鳥作為一種背景聲音[8-9]，例如觀察同一種鳥類在田野和城市對聲音會有不同的反應(yīng)，在田野中的鳥類更為警覺，在聽到刺耳的汽車鳴笛聲時會飛離，但生活在城市的鳥類在聽到汽車鳴笛聲時基本不會飛離，由此也說明可聽式的驅(qū)鳥聲波會被鳥類當(dāng)作一種背景音而不會飛離音源處。因此鳥類對可聽聲波的適應(yīng)性可能達(dá)不到預(yù)期的驅(qū)鳥效果。

次聲為頻率低于20Hz 的聲波，次聲波頻段與地震波頻段基本相同，根據(jù)鳥類在地震前的異常反應(yīng)來看，可以采用次聲波進(jìn)行驅(qū)鳥。根據(jù)現(xiàn)有研究結(jié)果，采用次聲波進(jìn)行驅(qū)鳥需產(chǎn)生140dB 的聲壓才有可能將鳥類進(jìn)行驅(qū)離[10]，同時人類器官在次聲波下會產(chǎn)生共振，人類暴露在130dB 聲壓以下的次聲波時并不會對器官有傷害，長期暴露在高于130dB 的聲壓下才可能有傷害[11-12]，所以采用次聲波驅(qū)鳥的同時可以對人類造成傷害，造成得不償失。若想得到聲壓大于140dB的次聲波，所需的設(shè)備體積在4m3左右，功率需在100kW 左右，用來驅(qū)鳥基本不具有可行性。

3.2 激光驅(qū)鳥

激光驅(qū)鳥利用鳥類的視覺不適性進(jìn)行驅(qū)鳥，通過激光驅(qū)鳥效果宣傳圖片、視頻可知，激光驅(qū)鳥只有激光掃到鳥類的時候鳥類才離開，目前激光驅(qū)鳥采用的不是定向驅(qū)鳥方式，是一種根據(jù)設(shè)定好的程序，無論這一區(qū)域是否有鳥，均進(jìn)行掃描的方式進(jìn)行驅(qū)鳥，無法做到先發(fā)現(xiàn)鳥類，再對鳥類所在位置進(jìn)行定向掃描的定向、定位置驅(qū)鳥。在桿塔或變電站，因?yàn)闂U塔和變電站內(nèi)設(shè)備高度已知且固定，只需設(shè)定好需掃描位置即可完成驅(qū)鳥。

輸電線路導(dǎo)線為懸鏈結(jié)構(gòu)，一束激光只能掃到導(dǎo)線的一個或者兩個點(diǎn)，同時受風(fēng)速影響，固定安裝的激光儀可能與導(dǎo)線的交點(diǎn)一個都掃不到，而且大量鳥類落到導(dǎo)線上以后，導(dǎo)線弧垂會發(fā)生較大變化，原來設(shè)定的掃描位置已不在當(dāng)前位置，無法使用預(yù)置設(shè)定的方式對導(dǎo)線上的鳥類進(jìn)行驅(qū)趕。為了使激光驅(qū)鳥系統(tǒng)可以用于驅(qū)趕輸電線路導(dǎo)線上的鳥類，需設(shè)計一套圖像識別系統(tǒng)先識別出導(dǎo)線或鳥類所在位置，然后根據(jù)制導(dǎo)原理進(jìn)行定向驅(qū)鳥，然而此類技術(shù)目前主要用于軍用，民用中很少有此類設(shè)備，所以在將桿塔或變電站的激光驅(qū)鳥設(shè)備使用到導(dǎo)線驅(qū)鳥時，需進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。而引進(jìn)定向、定位置識別、激光發(fā)射系統(tǒng)需將激光制導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用到輸電線路導(dǎo)線驅(qū)鳥技術(shù)上來。

3.3 引線型驅(qū)鳥

引線型驅(qū)鳥原理為在導(dǎo)線上再放置一根較細(xì)的線，使鳥類無法站立在較細(xì)的線上，但由于該引線無法做到足夠細(xì)，在防止中型鳥能站的線上可能會落小型鳥，如圖1 所示，鳥類站在驅(qū)鳥引線上，同時引線型驅(qū)鳥由于采用兩端拉緊的方式進(jìn)行固定，鳥類站在上面后引線再無彈性，鳥類會感覺該線很牢固，進(jìn)而會站在驅(qū)鳥引線上，同時需考慮輸電線路導(dǎo)線的熱脹冷縮帶來的輸電線路延長和縮短，引線型驅(qū)鳥器的引線可能會拉斷或松弛，所以不建議采用引線進(jìn)行驅(qū)鳥。

圖1 鳥類站在驅(qū)鳥引線上

3.4 針刺型驅(qū)鳥

目前桿塔上使用的針刺型防鳥裝置有直立較短型和較長的可折彎型針刺，其能達(dá)到有效防鳥效果的原因如下[13-14]，直立較短型針刺長度均為25cm，直立較短型針板驅(qū)鳥的原理為針刺間隔較小，針刺間隔小于鳥類的身體寬度，同時針刺長度大于鳥腿長度，使鳥無法在針板上站立。將較短型的針刺安裝在桿塔上時，例如角鐵寬度為10cm 時，由于針刺距離角鐵邊緣有一定距離，此時距離為6cm，鳥類可能會站在角鐵邊緣上，所以直立較短型防鳥針刺可以增加下針刺長度和寬度。長針型防鳥針刺的工作原理為其彈性使鳥類無法穩(wěn)定站立在鳥刺上進(jìn)行防鳥，例如35cm 的針刺在末端施加1N 的力時就會有約1cm 的彈性變形，此時針刺一直有彈性，所以鳥類無法穩(wěn)定地站在針刺上。

根據(jù)前面分析的針刺型防鳥刺可以進(jìn)行防鳥的原因，在對輸電線路導(dǎo)線進(jìn)行防鳥時，若采用直立型防鳥針刺，針刺的間距應(yīng)小于要防鳥類的身體寬度，針刺的長度需大于要防鳥類腿的長度，且針刺中間不能有可讓鳥類落腳的位置，若安裝或選型不當(dāng)，會出現(xiàn)如圖2 所示的情況，例如某地安裝的直立針刺型防鳥裝置，由于其針刺長度只有5cm 左右，造成鳥類同樣落在直立型防鳥針刺上，雖然圖2 中所示的防鳥針刺安裝位置為橫擔(dān)，但其與安裝在導(dǎo)線上可達(dá)到的防鳥效果是類似的。中型鳥腿長在7～12cm 左右，所以在防中型鳥時其針刺長度建議選為15cm，中型鳥體寬度約6～13cm，所以在防中型鳥時針刺間距選5cm 為宜。

圖2 鳥類落在直立型防鳥針刺上

在輸電線路導(dǎo)線上安裝針刺型防鳥裝置后不可避免地會出現(xiàn)輸電線路導(dǎo)線等效面積增加、電暈等問題。等效面積增加會造成迎風(fēng)面較大，更容易引起風(fēng)偏跳閘故障，所以在大風(fēng)區(qū)安裝需考慮風(fēng)阻變大帶來的風(fēng)偏問題。金屬防鳥針刺由于尖端放電問題可能會產(chǎn)生電暈，增加輸電損耗。同時輸電線路導(dǎo)線防鳥裝置不建議采用包裹式安裝，包裹式防鳥針刺不僅增加迎風(fēng)面積，也會增加導(dǎo)線直徑，在結(jié)冰季節(jié)會增加結(jié)冰表面，極大增加相同覆冰厚度下覆冰的重量，容易引起舞動和斷線的故障。

由以上分析可知，在輸電線路上安裝針刺型防鳥裝置建議采用絕緣式針刺，通過軟連接安裝在導(dǎo)線上，以盡可能地避免以上問題，同時也可根據(jù)鳥類調(diào)研情況確定安裝防護(hù)距離，安裝防護(hù)位置等。

同時輸電線路導(dǎo)線防鳥裝置不建議全線安裝，全線安裝更容易引起上述問題，可以根據(jù)仿真或計算結(jié)果進(jìn)行安裝，例如根據(jù)前文的分析，在同樣的情況下，若300 只鳥同時起飛不會造成線路跳閘，可只安裝整個線路檔距的40%，若鳥類在中間位置更容易引起跳閘且經(jīng)計算中間位置防護(hù)20%的情況下即不會引起跳閘，可只在中間位置的20%安裝防鳥裝置，在節(jié)省安裝長度的情況下也盡可能地避免安裝帶來的問題。

4 結(jié)束語

通過觀察輸電線路導(dǎo)線上鳥類起飛可能會造成輸電線路相間短路的現(xiàn)象，分析得到跳閘的原因是大量鳥類同時飛離造成輸電線路導(dǎo)線跳躍，輸電線路跳躍后引起相間安全距離不足造成跳閘，在計算跳閘所需同時起飛鳥類數(shù)量時需考慮鳥類起飛對導(dǎo)線帶來的作用力。大量鳥類從導(dǎo)線上飛離與導(dǎo)線上覆冰脫落具有類似性，可以采用輸電線路防脫冰跳閘的方法進(jìn)行防鳥類起飛引起的跳閘。

針對采用驅(qū)鳥方式進(jìn)行防治時，在聲波驅(qū)鳥上，通過對鳥類的聽覺頻率范圍分析，發(fā)現(xiàn)聲波驅(qū)鳥只有采用與人類聽覺頻率范圍相近的頻率進(jìn)行驅(qū)鳥時才可有效驅(qū)鳥，超聲波無法用于驅(qū)鳥，次聲波驅(qū)鳥可行性不高、危害性較大且成本高，無法實(shí)際應(yīng)用。引線型驅(qū)鳥裝置無法有效驅(qū)鳥，不建議使用。選用激光驅(qū)鳥時需采用帶有制導(dǎo)功能的激光驅(qū)鳥器，制導(dǎo)可采用圖像制導(dǎo)，不然可能由于導(dǎo)線有弧垂而不是一條直線，無法實(shí)現(xiàn)定向驅(qū)鳥。選用針刺型驅(qū)鳥裝置時需觀察引起跳閘的鳥類，根據(jù)可能引起跳閘時鳥類大小、數(shù)量等進(jìn)行針刺驅(qū)鳥裝置安裝。