張傳民 張 東

（1.阜康市國(guó)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(huì)散落大量作物種子，會(huì)吸引大量鳥類來(lái)覓食，由于田地面積過(guò)大，在田地周圍又無(wú)高大樹木作為鳥類落腳地，此時(shí)通過(guò)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(shí)，幾乎站在導(dǎo)線上的鳥類同時(shí)飛起，鳥類飛起后會(huì)造成輸電線路振動(dòng)，在振動(dòng)幅度較大時(shí)，可能會(huì)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(guò)因大量鳥類同時(shí)起飛造成的輸電線路相間跳閘。本文將對(duì)鳥類同時(shí)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(shí)起飛造成線路跳閘原因分析

鳥類同時(shí)起飛相當(dāng)于在線路上的載荷同時(shí)去除，其與線路覆冰后整體脫冰時(shí)的情況相類似，不同的是脫冰時(shí)線路上載荷是向下卸載，鳥類起飛時(shí)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(shí)起飛會(huì)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(jì)算結(jié)果，110kV 輸電線路，采用LGJ400 的單導(dǎo)線，長(zhǎng)度352m，在覆冰厚度15mm時(shí)，100%脫冰情況下的最大跳躍高度為1.6m，此時(shí)會(huì)引起輸電線路跳閘。LGJ400 導(dǎo)線直徑26.6mm，覆冰15mm 時(shí)直徑56.6mm，覆冰密度按0.7g/cm3進(jìn)行計(jì)算，長(zhǎng)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(zhǎng)為352m 的導(dǎo)線上降落有2194 只鳥時(shí)，輸電線路即可能發(fā)生跳閘。顯而易見，在長(zhǎng)352m的線上同時(shí)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(shí)需考慮其他因素的影響。

有研究表明，鳥類起飛時(shí)靠扇動(dòng)翅膀和彈跳來(lái)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(shí)對(duì)支撐物的壓力為自身重量的2～4 倍，按起飛時(shí)對(duì)支撐物的平均作用為自身重量的3 倍計(jì)算，鳥類站在導(dǎo)線上時(shí)引起的輸電線路導(dǎo)線拉力增大在起飛瞬間不會(huì)突然消失，所以計(jì)算時(shí)取鳥類對(duì)輸電線路導(dǎo)線的壓力為自身重力的4 倍，在352m 長(zhǎng)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(shí)造成線路跳閘原因是起飛時(shí)對(duì)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(shí)，落在導(dǎo)線上的鳥類飛起時(shí)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(shí)對(duì)導(dǎo)線的壓力較大，同時(shí)起飛時(shí)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(lái)方式為通過(guò)不同頻率的純音對(duì)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(duì)超聲波并無(wú)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(chǎng)上并無(wú)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(duì)超聲設(shè)備的驅(qū)鳥效果也無(wú)把握，不然不會(huì)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(zhǎng)時(shí)間在相同桿塔附近停留的可能性不大，即對(duì)偶然來(lái)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(duì)聲音會(huì)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?guó)Q笛聲時(shí)會(huì)飛離，但生活在城市的鳥類在聽到汽車?guó)Q笛聲時(shí)基本不會(huì)飛離，由此也說(shuō)明可聽式的驅(qū)鳥聲波會(huì)被鳥類當(dāng)作一種背景音而不會(huì)飛離音源處。因此鳥類對(duì)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(lái)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(shí)人類器官在次聲波下會(huì)產(chǎn)生共振，人類暴露在130dB 聲壓以下的次聲波時(shí)并不會(huì)對(duì)器官有傷害，長(zhǎng)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(shí)可以對(duì)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(lái)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(guò)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(shí)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(wú)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(wú)法做到先發(fā)現(xiàn)鳥類，再對(duì)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(gè)或者兩個(gè)點(diǎn)，同時(shí)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(gè)都掃不到，而且大量鳥類落到導(dǎo)線上以后，導(dǎo)線弧垂會(huì)發(fā)生較大變化，原來(lái)設(shè)定的掃描位置已不在當(dāng)前位置，無(wú)法使用預(yù)置設(shè)定的方式對(duì)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(jì)一套圖像識(shí)別系統(tǒng)先識(shí)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(shí)，需進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。而引進(jìn)定向、定位置識(shí)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(lái)。

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(wú)法站立在較細(xì)的線上，但由于該引線無(wú)法做到足夠細(xì)，在防止中型鳥能站的線上可能會(huì)落小型鳥，如圖1 所示，鳥類站在驅(qū)鳥引線上，同時(shí)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(wú)彈性，鳥類會(huì)感覺該線很牢固，進(jìn)而會(huì)站在驅(qū)鳥引線上，同時(shí)需考慮輸電線路導(dǎo)線的熱脹冷縮帶來(lái)的輸電線路延長(zhǎng)和縮短，引線型驅(qū)鳥器的引線可能會(huì)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(zhǎng)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(zhǎng)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(shí)針刺長(zhǎng)度大于鳥腿長(zhǎng)度，使鳥無(wú)法在針板上站立。將較短型的針刺安裝在桿塔上時(shí)，例如角鐵寬度為10cm 時(shí)，由于針刺距離角鐵邊緣有一定距離，此時(shí)距離為6cm，鳥類可能會(huì)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(zhǎng)度和寬度。長(zhǎng)針型防鳥針刺的工作原理為其彈性使鳥類無(wú)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(shí)就會(huì)有約1cm 的彈性變形，此時(shí)針刺一直有彈性，所以鳥類無(wú)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(duì)輸電線路導(dǎo)線進(jìn)行防鳥時(shí)，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(zhǎng)度需大于要防鳥類腿的長(zhǎng)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(huì)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(zhǎng)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(zhǎng)在7～12cm 左右，所以在防中型鳥時(shí)其針刺長(zhǎng)度建議選為15cm，中型鳥體寬度約6～13cm，所以在防中型鳥時(shí)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(huì)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(huì)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(lái)的風(fēng)偏問題。金屬防鳥針刺由于尖端放電問題可能會(huì)產(chǎn)生電暈，增加輸電損耗。同時(shí)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(huì)增加導(dǎo)線直徑，在結(jié)冰季節(jié)會(huì)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(dòng)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(guò)軟連接安裝在導(dǎo)線上，以盡可能地避免以上問題，同時(shí)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(shí)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(jì)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(shí)起飛不會(huì)造成線路跳閘，可只安裝整個(gè)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(jì)算中間位置防護(hù)20%的情況下即不會(huì)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(zhǎng)度的情況下也盡可能地避免安裝帶來(lái)的問題。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)觀察輸電線路導(dǎo)線上鳥類起飛可能會(huì)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(shí)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(jì)算跳閘所需同時(shí)起飛鳥類數(shù)量時(shí)需考慮鳥類起飛對(duì)導(dǎo)線帶來(lái)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(duì)采用驅(qū)鳥方式進(jìn)行防治時(shí)，在聲波驅(qū)鳥上，通過(guò)對(duì)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(shí)才可有效驅(qū)鳥，超聲波無(wú)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(wú)法實(shí)際應(yīng)用。引線型驅(qū)鳥裝置無(wú)法有效驅(qū)鳥，不建議使用。選用激光驅(qū)鳥時(shí)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(wú)法實(shí)現(xiàn)定向驅(qū)鳥。選用針刺型驅(qū)鳥裝置時(shí)需觀察引起跳閘的鳥類，根據(jù)可能引起跳閘時(shí)鳥類大小、數(shù)量等進(jìn)行針刺驅(qū)鳥裝置安裝。