周弘毅，李 想，高 原，汪澤州

（國網(wǎng)浙江省電力有限公司海鹽縣供電公司，浙江 海鹽 314300）

近幾年國內(nèi)通信行業(yè)飛速發(fā)展，光纜作為支撐通信的基礎(chǔ)資源也隨之大規(guī)模地進(jìn)行建設(shè)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域往往采用架空光纜作為最主要的敷設(shè)方式，但光纜護(hù)套的塑料材質(zhì)特有的氣味使其成為鼠類常啃咬的對(duì)象。作為通信傳輸連接中最重要的組成部分之一，線路光纜的突發(fā)故障不僅會(huì)導(dǎo)致承載的通信、自動(dòng)化等業(yè)務(wù)中斷，影響電力通信可靠性，還有可能造成工程延期、無法遠(yuǎn)程操作等問題，對(duì)其他部門班組開展相關(guān)的工作造成了阻礙。另外，線纜的維修與更換也是一筆不菲的費(fèi)用。

國網(wǎng)浙江省海鹽供電公司在2017?2021年期間由于鼠咬發(fā)生的通信故障達(dá)到47起（其中2021年發(fā)生12起），光纜斷芯現(xiàn)象則更加頻繁，嚴(yán)重超過了通信線路的故障率要求。

為此，QC小組希望研制一種適用于穿林架空線路的驅(qū)松鼠器，采用紅外線感應(yīng)探測(cè)技術(shù)，集聲、光、超聲波、形等多種驅(qū)松鼠方式于一體，在有效驅(qū)趕松鼠的同時(shí)合理控制成本，減少因松鼠啃噬光纜引起的通信事故，提高通信業(yè)務(wù)的可靠性，降低運(yùn)維成本。

QC活動(dòng)目標(biāo)設(shè)定：研制一種適用于穿林架空線路的驅(qū)松鼠器 ， 借助該裝置將每年松鼠啃咬導(dǎo)致的破壞降低70%以上，達(dá)到年通信故障總量不超過7起的目標(biāo)。

1 總體設(shè)計(jì)

根據(jù)小組的借鑒思路及上述可行性分析，QC小組選定總體研制方案為：設(shè)計(jì)一個(gè)適用于穿林線路的驅(qū)松鼠器，將總體方案分為底座安裝模塊、電源模塊、控制模塊和驅(qū)松鼠模塊4個(gè)部分[1]。

控制模塊設(shè)定驅(qū)松鼠器在松鼠活動(dòng)時(shí)段，電池供電功率正常且有松鼠靠近線路或桿塔的情況下運(yùn)行；驅(qū)松鼠模塊使用聲音、超聲波、松貂外形、發(fā)出紅、紫爆閃燈光等多種方式，實(shí)現(xiàn)有效實(shí)現(xiàn)驅(qū)趕松鼠的功能，防止松鼠啃咬。將完成后的設(shè)備用于海鹽縣域內(nèi)所有穿過林間的架空光纜線路中?？傮w方案如圖1所示[2]。

圖1 架空線路驅(qū)松鼠器總體方案

2 模塊設(shè)計(jì)

2.1 底座安裝模塊

裝置擬安裝的地點(diǎn)為樹干和桿塔上，帶電安裝是本新型驅(qū)鼠器的一個(gè)重要亮點(diǎn)，底座的使用性和牢固性尤為重要，要求底座材料牢固可靠耐用、安裝方便且安全。

如圖2所示，該安裝結(jié)構(gòu)可以通過強(qiáng)力磁吸或者電鉆螺絲攻絲等方式安裝在桿塔或樹干上，由于其角度可以調(diào)節(jié)，在各種直徑的圓柱體上均能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定安裝。

圖2 異形底座安裝模塊結(jié)構(gòu)

2.2 電源模塊

如圖3所示，考慮到本裝置除了裸露的桿塔上，也會(huì)安裝在樹干等照明條件不是很好的地方，所以要求太陽能板材質(zhì)具有高光電轉(zhuǎn)化率、高弱光轉(zhuǎn)化能力的優(yōu)點(diǎn)，綜合考慮，小組成員決定選用單硅晶材質(zhì)的太陽能板[3]。

圖3 單片機(jī)STM32F407

根據(jù)裝置實(shí)際大小考慮，采購350 mm × 240 mm規(guī)格的太陽能板。采用太陽能發(fā)電，實(shí)現(xiàn)節(jié)約能量并且野外地點(diǎn)放置方便，光照下產(chǎn)生電壓電流通過降壓恒流電路給鋰電池充電，一天光照可以提供驅(qū)鼠器工作 48 h，為整個(gè)系統(tǒng)提供+5 V的直流電源，夜間輸出電能給電路，支撐驅(qū)鼠器的整體運(yùn)作。

2.3 控制模塊

如圖4所示，紅外感應(yīng)控制通過感應(yīng)外界散發(fā)的紅外熱量，實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)控制功能，動(dòng)物體溫通常為35～40 ℃，會(huì)發(fā)出9.5 μm的紅外線，發(fā)出的紅外輻射信號(hào)匯聚到紅外熱釋電傳感器上從而被感知，感知最大距離為5 m。

圖4 紅外感應(yīng)模塊

紅外感應(yīng)可以濾除風(fēng)、太陽光、雨水等的干擾波形，并且感應(yīng)角度較大，容易采樣到松鼠活動(dòng)，感應(yīng)可靠性較高。

使用MCU智能時(shí)間管理模塊，早上5:00開機(jī)，晚上6:00?7:00關(guān)機(jī)，在白天自動(dòng)發(fā)出耗能較低的超聲波驅(qū)松鼠功能模塊，驅(qū)除松鼠。

2.4 驅(qū)松鼠功能模塊

利用松鼠聽力發(fā)達(dá)，使裝置發(fā)出變頻超聲波驅(qū)趕，整個(gè)裝置采用三面（左、右、下方）超聲波方式，封鎖住左右兩側(cè)線纜過來及從電線桿下部活動(dòng)松鼠，主要是采用了人耳聽不到的20 kHz以上的超聲波，如25、30、35、48 kHz等頻率進(jìn)行隨機(jī)發(fā)送，主要是在非觸發(fā)時(shí)間段進(jìn)行輪巡發(fā)送，破壞松鼠的生存環(huán)境，制造只有松鼠、老鼠類等聽得到的噪音，使其神經(jīng)受損，煩躁，使其逃離裝置附近，而對(duì)人類無害[4-6][7-8]，如圖5所示。利用仿聲學(xué)，內(nèi)置錄存多種松鼠天敵的聲音，喇叭可以循環(huán)播放貓頭鷹、雕、蛇、狗等動(dòng)物叫聲和槍炮聲，裝置喇叭叫聲可以傳播10 m左右，以驅(qū)逐松鼠[9-10]，如圖6所示。

圖5 超聲波模塊PCB圖

圖6 超聲波喇叭圖

3 效益與展望

對(duì)電力企業(yè)而言，安全是最大的效益。通過開展本次QC小組活動(dòng)，解決了架空線纜受損的問題，成功將鼠類對(duì)線纜光纜造成的故障損害降低，安全效益顯著，提高了通信網(wǎng)維護(hù)安全性，無需人員爬桿，保護(hù)了人員安全。

該裝置在國網(wǎng)浙江省海鹽縣供電公司110 kV富亭變、110 kV石泉變等15個(gè)綜合工程中的桿塔試驗(yàn)中投入使用，在2022年架空線纜故障率有明顯降低，年通信故障總量只有3起，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

架空線纜驅(qū)（松）鼠系統(tǒng)可以應(yīng)用于電網(wǎng)中的架空光纜線纜，該系統(tǒng)能夠減少因松鼠咬壞光纜引起通信事故，降低松鼠在電纜活動(dòng)造成相間短路跳閘帶來的直接經(jīng)濟(jì)損失，提高通信網(wǎng)維護(hù)安全性，大大節(jié)約安裝時(shí)間。架空線纜驅(qū)（松）鼠系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景和較強(qiáng)的推廣價(jià)值。