从专利角度分析输电线路防蛇装置.pdf

-25-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Mar.2024中国科技信息 2024 年第 5 期专利分析随着我国社会经济的不断发展，城市化建设进程的加快以及新农村建设的快速发展，人们对电力的需求急剧增加，电力系统的分布范围也越来越广泛。在电力系统中，输电杆塔遍布发电、输电、变配电等各个环节中，无论是高压输送电系统，还是低压供配电系统，杆塔作为线路的主要支撑结构起到了至关重要的作用。由于电力杆塔通常架设于野外，受自然环境影响较大，尤其是鸟类筑巢、蛇类攀爬等行为严重影响着电力系统的正常运行。在春夏气温较高的时节，蛇类活动频繁，为了捕食在输电线路上筑巢或栖息的鸟类，借助杆塔、拉线进行攀爬，导致输电线路、设备短路，引发跳闸、损坏电力设备，极大地影响了电力系统运行的安全性、可靠性。因此，输电线路的防蛇工作一直是电力从业人员的关注重点，是确保电力系统稳定运行的重要因素。本文从专利角度分析了输电线路防蛇装置的常见类型，比较分析了各种常见类型的优缺点，提出了对输电线路防蛇措施的相关建议，为输电线路的运行维护提供参考。输电线路防蛇装置专利申请概况通过在中国专利文摘数据库（CNABS）以及外文数据库（VEN）中进行输电线路防蛇装置的检索和统计（截止日期为 2023.7.01），输电线路防蛇装置的专利申请主要集中在中国和日本两个国家，从专利申请数目上看，中国专利申请量约占总数量的 85%，其中发明申请约占中国专利申请总数的三分之一。最早的输电线路防蛇装置专利的申请始于 20 世纪 80行业曲线开放度创新度生态度检索量持续度可替代度影响力行业关联度从专利角度分析输电线路防蛇装置张冬梅 何大波张冬梅 何大波（等同第一作者）国家知识产权局专利局专利审查协作四川中心张冬梅，知识产权师，研究方向：电缆敷设专利审查。何大波，知识产权师，研究方向：特种电机专利审查。图 1 输电线路防蛇装置的申请人国别分布中国科技信息 2024 年第 5 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Mar.2024-26-专利分析年代末，由日本的 YOTSUGI 提出申请，我国对输电线路防蛇装置专利申请时间相对较晚，这是由于我国专利制度普及较晚，但随着我国改革开放政策的不断深入，国民经济快速发展，电力领域得到了大力发展，相关领域的技术人员开始关注输电线路专利申请工作，输电线路防蛇装置的申请量从 2007 年后逐年增加，在 2018 年达到年最大申请量。输电线路防蛇装置专利的申请人也主要是从事电力领域的企业或个人，以国家电网为领军人物。输电线路防蛇装置专利分析在东南亚一些国家和地区，受热带雨林气候的影像，气温较高，空气也比较潮湿，杆塔大多采用方形或菱形结构，在一定程度上能够有效减少蛇类攀爬概率。但在我国电力系统中，广泛采用柱状结构作为杆塔的主要构成部件，且在一些杆塔上辅以拉线进行固定，这为蛇类攀爬提供了有利条件，而大面积更换支柱不切实际，经济代价过高，对于蛇害的普遍防护措施是在杆塔或拉线上设置附加的防蛇装置。通过对输电线路防蛇装置相关专利进行分析可知，常见的输电线路防蛇装置主要有以下几种类型。1）阻挡型由于输电线路杆塔、拉线通常具有柱形结构，蛇类在攀爬过程中缠绕在杆塔、拉线上，阻挡型防蛇装置通过在杆塔、拉线上设置盘式、伞形或筒形的阻挡结构，利用阻挡结构作为障碍物以防止蛇类继续向上攀爬。专利文献CN207381921U 提出了一种电杆防蛇装置，通过在电杆上固定裙状罩体，当蛇在沿拉线攀爬时，遇到裙状罩体将无法通过，只能折返。2）尖刺型为了提高防蛇效率，避免蛇类绕过阻挡型防蛇装置进行攀爬，在杆塔、拉线上设置尖刺，能够使得蛇类在接触到尖刺时因受伤跌落或折回。专利文献 CN201639193U 提出了一种输电线路防蛇金具，通过在杆塔上安装具有尖刺的环形抱箍，阻挡蛇类沿杆塔攀爬。3）旋转型旋转型防蛇装置通过将球体、转盘、滚筒等旋转结构设置在拉线等蛇类攀爬物体上，利用蛇类的攀爬习惯以及拉线的设置特点，使得蛇类在缠绕于拉线攀爬时，因其自身重力和旋转结构的旋转，失去平衡，从拉线上跌落，提高了攀爬难度。专利文献 JP2008283800A 提出了一种防蛇装置，通过在拉线上转动设置扭转板，使得蛇类在沿扭转板攀爬时，扭转板转动使其因自重落下。4）异味驱逐型由于蛇类对味道异常敏感，在杆塔、拉线附近布设蛇类敏感的驱蛇剂，例如雄黄、硫黄，通过对蛇类的嗅觉或视觉产生影响，从而使蛇远离电力杆塔、拉线。对于异味驱逐型防蛇装置的结构而言，有易有难，但均是利用蛇类敏感的驱蛇剂进行驱蛇作业。专利文献 CN106410681A 通过将填充异味剂的阻蛇器安装在拉线上以防止蛇类沿拉线攀爬；专利文献 CN109197857A 提出一种用于野外高压线的驱蛇装置，将驱蛇装置架设在高压线上并沿其自动行走，在行走的同时沿途喷洒硫黄来驱蛇，避免蛇爬上高压线；专利文献CN205724769U 提出一种架空输电线路杆塔驱蛇装置，当蛇类攀爬至输电线路杆塔时，感应模块将周围运动物体的电信号传输给控制模块，由控制模块控制驱蛇液喷射装置动作，驱蛇液喷出，将蛇驱离杆塔，完成驱蛇工作，清洁环保，在防蛇的同时能够避免伤害蛇类破坏地区生态平衡。5）电击型电击型防蛇装置利用电击装置释放电能，使攀爬中的蛇类受电击跌落，能够有效避免蛇类攀爬至输电线路上。专利文献 JP2016119810A 中，在铁塔上设置具有第一电极和第二电极的绝缘体，当蛇攀爬至绝缘体上将第一、二电极导通时，产生感应电压，使蛇类受到电击而跌落。专利文献 JP2018117577A 中，在杆塔上设置电压施加装置，使得杆塔外周布设的导电线及螺钉通电，利用蛇类以突起物为线索进行攀爬的习惯，将带电螺钉作为突起物进行攀爬，电流经螺钉由蛇、杆塔传导至地面，对蛇施加电击。专利文献CN111493059A 中，在杆塔上方设置太阳能电池作为装置的主要能量来源，并采用蓄电池进行储能以及对防蛇结构供电，便于将缠绕在防蛇结构上的蛇电晕，防止其爬上输电线。6）仿生型仿生型防蛇装置利用仿生学原理，模仿蛇类的天敌对其进行驱逐，或模仿蛇类的捕食对象对其进行诱导，避免蛇类接近、攀爬至输电杆塔。专利文献 CN207870177U 提出了一种架空输电线路杆塔驱蛇装置，将驱蛇装置设计成老鹰的外形，使其架设在输电线路杆塔上，并通过模仿老鹰扇动翅膀以驱逐蛇类，防止其靠近、攀爬杆塔；专利文献JP2015198631A 则通过在杆塔下方设置仿生蛋，对蛇类进行有目的诱导，避免其攀爬杆塔。7）捕获型捕获型防蛇装置主要利用易进难出的外壳结构对蛇类进行捕获，将其封闭在外壳结构中，难以完成输电线路杆塔、拉线的进一步攀爬。专利文献 JP2018174801A 在输电杆塔上设置筒状壳体，并在壳体内开闭机构，当蛇类攀爬至筒状壳体内，触发开闭机构动作，使得蛇类被关在筒状壳体内，防止其进一步攀爬。专利文献 JP202129220A 将圆筒状的、上端封口的捕获容器设置在杆塔上，捕获容器的下盖由多张金属制得板簧构成，一方面，板簧由于从下方向上施加的外力而打开，沿杆塔向上攀爬的蛇将板簧推开，能够进入捕获容器主体内，另一方面，进入捕获容器主体中的蛇类用自身的身体从上方向下对板簧施加力，板簧也不会打开。8）动力驱逐型图 2 我国输电线路防蛇装置专利历年申请量-27-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Mar.2024中国科技信息 2024 年第 5 期专利分析动力驱逐型则通过设置动力驱逐机构，例如振动结构、弹射结构、离心旋转结构，对蛇进行驱逐，通过控制振动、弹射力度、旋转速度，在不伤害蛇类的情况下对其进行驱逐。在专利文献 CN208236066U 中，设置在输电线路杆塔上的防蛇攀爬装置上设置有振动组件，当振动组件中的压力传感器受到蛇类触碰时，主控芯片控制微型振动器振动，使得蛇类失去稳定性掉落。在专利文献 CN205283040U 中，架空输电线路杆塔防蛇装置包括安装在杆塔外壁上的固定底座以及通过弹簧活页与固定底座底端铰接的多个防蛇板，固定底座的顶端还固定安装有光伏板、充电模块、充电电池、感应模块和控制模块，当蛇类攀爬至输电线路杆塔时，感应模块将周围运动物体的电信号传输给控制模块，由控制模块控制防蛇板活扣打开动作，防蛇板由弹簧活页弹开，在防蛇板挥弹开的过程中，蛇类被防蛇板弹掉，完成驱蛇工作，整个工作过程清洁环保，由于未对蛇类造成实质性伤害，避免了对地区生态平衡的破坏。专利文献 CN113404369A 提出一种电力铁塔的防蛇攀爬设备，在铁塔的支柱上设置由驱动电机驱动的套管，驱动电机带动套管转动，使得缠绕在套管上的蛇受力被甩离套管，防止蛇经套管爬到塔体上。9）材料改进型蛇类在攀爬过程中，依靠自身鳞片与攀附物之间的摩擦力前行，通过减小摩擦力能够使得蛇类攀爬受阻，或从攀附物上滑落。根据这一特点，在杆塔、拉线上设置光滑、摩擦系数小的材料，对蛇类攀爬提供一定障碍，减小其杆塔、拉线攀爬成功率。专利文献 JP2005057899A、JP2008154461A 分别通过在杆塔上涂覆摩擦系数小的液体、贴附光滑构件以减小摩擦力，有效阻挡蛇类沿杆塔攀爬至输电线路。减小摩擦型防蛇装置通常与阻挡型、旋转型防蛇装置联合使用，通过将阻挡结构、旋转结构设置为光滑结构以减小蛇类的攀爬成功率。随着科技日新月异的发展，新兴材料层出不穷，在电力领域也达到的广泛应用。专利文献 JP2008154461A 中，根据蛇类活动对温度的敏感度，利用不同材料的吸热特性对输电杆塔的结构进行改进，在杆塔的下端涂覆吸热性涂料，在上端涂覆隔热性涂料，使得杆塔的下端处于高热状态，上端由于隔热性涂料的存在，与下端产生较大温度差，使得攀爬中的蛇类由于温度急剧下降的热冲击而体温降低，运动迟缓，以致停止上升。通过对输电线路防蛇装置专利文献数量分析可知，阻挡型、尖刺型、旋转型、异味驱逐型的专利数量约占总数量的80%，在实际应用中占据主导地位，其综合性能比较如表 1所示。表 1 几种典型防蛇技术比较阻挡型尖刺型旋转型异味驱逐型结构简单简单较难较难安装维护方便方便较难较难环境友好好不好好好驱蛇效果一般好较好一般阻挡型和尖刺型防蛇装置具有结构简单、安装维护方便的特点，而旋转型和异味驱逐型结构较复杂，在日常维护中花费的时间精力较高。旋转型防蛇装置需要确保其在长期置于野外的工作环境下能够正常旋转作业，而异味驱逐型防蛇装置则需要定期更换驱蛇剂以确保其长期处于有效期内。电击型、仿生型、捕获型、动力驱逐型在对环境友好性上存在明显优势，但其结构复杂，安装维护成本高，不适用大面积应用于电力输送电线路中。材料改进型结构简单，但其受制于户外环境因素，材料的具体性能因环境实际情况而改变，不适用大范围推广。在实际应用中，单一的防蛇装置具有一定局限性，将各种防蛇技术进行结合，能够提高输电线路防蛇效率，进而确保输电线路的安全可靠性。在专利文献 CN113303321A 中，通过设置旋转阻拦球和雄黄粉末放置仓，将旋转结构与异味驱逐结构相结合，使得蛇在攀爬过程中受阻的同时受到雄黄刺激，有效提升阻拦效果；在专利文献 CN209976130U 中，通过在杆塔上转动设置圆台状结构的筒体，在筒体外设置凸刺，在筒体内设置驱蛇异味剂，多种防蛇技术有效结合，提高驱蛇效率。总结电力输电系统具有架设距离长，分布范围广，地理环境复杂等特点，结构复杂、安装维护成本较高的防蛇装置在电力输电系统中不具有突出优势，而结构简单的防蛇装置在对环境友好性及驱蛇效果上存在不足，任何防蛇措施都不能一劳永逸地解决输电线路因蛇类攀爬所引起的故障。面对这一长期存在的问题，需要不断改进防蛇装置结构，结合蛇类活动特点，采用科学合理的方法逐步完善和改进防范措施。第一，对防蛇装置本身进行改进，结合新材料技术，综合考虑装置制造成本和安装维护成本，将摩擦系数小的材料应用于结构简单的防蛇装置上；第二，根据蛇类活动范围和时间，合理划分输电系统蛇害高危区和蛇害低危区，在蛇害高危区增设防蛇装置，提高维护频次，尤其是在蛇类频繁活动的夏季；第三，从源头上进行有效防范，由于蛇类攀爬输电线路主要是为了觅食在输电线路上停歇或筑巢的鸟类，增设驱鸟器能够有效减少鸟类在输电线路上停歇、筑巢，进而降低蛇类攀爬输电线路的可能性。