輸電線路防外力破壞熒光警示牌的研究與應用

陳忠華 鄔韋華　陳旭

摘 要：輸電線路上防外力破壞熒光警示牌是一項投資少、見效快、附加值高的科技項目，在國內(nèi)會有很大的空間，對輸電線路防外力破壞也會發(fā)揮極大的作用。

關(guān)鍵詞：輸電線路；外力破壞；熒光；警示牌

前言

電力系統(tǒng)中的輸電線路設施點多、線長、面廣，呈開放性分布，電力設備經(jīng)常面臨著外力破壞事故的困擾，給輸電線路運行與檢修工作增加了很大的難度。

近年來，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市、交通以及市政設施建設力度不斷增大，沿輸電線路施工的場地越來越多，經(jīng)常出現(xiàn)白天、夜晚不間斷施工，還有一些是物品臨時堆放需用吊車等高大機械，這些都是架空輸電線路外力破壞事件發(fā)生的起因，給輸電線路安全運行帶來了極大的危害。通過對杭州市電力局（2007——2012年）輸電線路夜間外力破壞事故發(fā)生的主要原因進行調(diào)查分析（如表1），夜間施工，多數(shù)是由于施工人員對電力安全知識的淡薄，我們以前所掛設的警示牌等警示標語，夜間看不清，這就造成了一定的盲區(qū)，施工人員及機械操作人員不能良好的遵守線路保護的安全距離，會造成線路放電跳閘，時常出現(xiàn)車輛碰撞桿塔，夜間施工場地不小心在桿塔基礎(chǔ)保護區(qū)內(nèi)堆（?。┩?，造成桿塔基礎(chǔ)的不穩(wěn)定性。

表1 夜間外力破壞原因分析表

1 前景探究

眾所周知，夜光警示牌在交通警示領(lǐng)域已廣泛應用，但熒光警示牌在架空輸電線路方面應用還是欠缺，近些年超長余輝納米稀土發(fā)光粉的研制成功及其廣泛的應用，為我們輸電線路上熒光警示牌的研發(fā)創(chuàng)造了良好條件，對輸電線路上防外力破壞也會起到極大的作用。

我們研制新型的熒光警示牌，目的就是要在夜間施工場地能夠讓施工人員清晰的看見警示標語，達到安全生產(chǎn)的目標，降低對線路外力破壞事件的發(fā)生。以往的輸電線路所應用的警示牌多為鐵制品，我們所研制的熒光警示牌，在避免浪費鋼鐵的行為，切實的做到了節(jié)能、環(huán)保、安全、應用范圍廣等。

2 項目研究

2.1 前期準備

本研究根據(jù)實際情況制定了詳細方案，采用蓄光型自發(fā)光材料，具有吸光、蓄光功能，在亮處吸收日光、燈光等可見光，在黑暗處便可持續(xù)發(fā)光一段時間。無毒、無害、無放射性，無需電源供電，是一種節(jié)能產(chǎn)品。圖案、規(guī)格按國家電力行業(yè)標準設計生產(chǎn)，并在一些特別圖案上進行了創(chuàng)新。前期收集了相關(guān)的需求資料：

（1）采用透明性油墨、越透明發(fā)光效果越好。

（2）解決分散效果與發(fā)光效果的矛盾，長效長余輝夜光粉的粒度宜選用300目以上的細粉料，某些發(fā)光油墨對粉體粒徑要求較高，需依實際情況來選定粉體粒度，粉體含量占20-50%（重量）。

（3）發(fā)光油墨不能用金屬設備研磨，必要時可采用塑料或搪瓷內(nèi)襯的設備球磨或沙磨最好采用高速分散的辦法。

（4）可適當少量加入透明顏料，進行調(diào)色，但長效長余輝夜光粉的余輝指標會有不同程度的下降。

（5）依據(jù)不同的承印物選擇不同類型的透明油墨，如：承印物PVC材料應選用適當油墨。

2.2 材料選擇

本研究方案難點之一便是材料上的選擇，經(jīng)過多方面考究，也通過多次的實際試驗相比較，最終確定所需材料。材料多選用塑料制品，減少了鐵制品警示牌經(jīng)常被偷盜的困擾。主要材質(zhì)包括：稀土發(fā)光粉（配備熒光粉）、普通夜光粉、發(fā)光油墨、主板PVC材料、其他（長余輝夜光粉、透明顏料、阻燃ABS材料）等。其具體情況如表2所示。

表2 警示牌材料選配表

2.3 設計原理

確定本熒光警示牌所用到的相關(guān)原理，用稀土發(fā)光材料的發(fā)光原理：運用可見光激活稀土發(fā)光材料里的Eu3+、Dy3+等元素，儲存光在暗處可發(fā)出波長為450-600nm的黃綠光。并根據(jù)使用地點、環(huán)境及客戶的要求不同，采用PVC硬質(zhì)低發(fā)泡聚氯乙烯板材和少量阻燃ABS材料制作警示牌。工作原理：在白天或燈光照射下，吸光10-30分鐘可達到飽和，當在黑暗處時可以持續(xù)發(fā)光8小時以上。工作過程為：吸光->發(fā)光->吸光->發(fā)光，可無數(shù)次循環(huán)下去。稀土發(fā)光粉是淺黃色，因此選擇制作警示牌PVC阻燃板材必需是偏向黃綠色為佳。

圖1 工作原理及過程

2.4 設計尺寸

根據(jù)輸電線路生產(chǎn)運行的實際需要，充分調(diào)查電力企業(yè)實際使用警示牌的形狀、尺寸、質(zhì)量等要求，以及輸電線路防外力破壞熒光警示牌掛設對周邊環(huán)境的影響，通過實際設計檢測，確定設計尺寸如表3所示。

表3 設計尺寸參數(shù)表

2.5 材料布置

為了盡可能發(fā)揮所選擇材料特性，經(jīng)過多次試驗研究和分析，最終確定了材料的分層布置方案，如圖2所示。

圖2 材料布置方案圖

1、9-稀土發(fā)光粉層；2、8-透明油墨層；3、7-夜光粉層；4、6-發(fā)光油墨層；5-主板PVC材料。

3 結(jié)構(gòu)設計

3.1 材料比配

在材料配比上，能達到實際應用的需求，盡量考慮了夜間光的質(zhì)量、持續(xù)時間、顏色效果等相關(guān)條件，在相關(guān)材質(zhì)配合使用方面做到了發(fā)揮最大功效、又能控制成本投資，主板PVC材料為整體構(gòu)架，其它材料分層布置，主要材料布置方案（上半層）如圖3。

圖3 材料比配示意圖（單位：mm）

3.2 外形設計

該警示牌外形（如圖4）的設計，應尋求材質(zhì)強度高、質(zhì)量輕、設計簡潔、外形環(huán)保的原則，最終方案如下。

圖4 外形結(jié)構(gòu)平面圖（單位：mm）

3.3 固定裝置

該防輸電線路外力破壞的熒光警示牌，不僅僅安裝在輸電桿塔上，也能滿足多方面的要求。為適合易發(fā)生輸電線路外力破壞場所安裝該警示牌，我們特別設計和制作出了一款固定安裝裝置，應用螺栓為4×Φ10、4×Φ4，這樣滿足了不同條件、不同場合下輸電線路防外力破壞的要求，在線路施工危險點閉環(huán)之后，可以輕易拆除，并安裝在下一危險點，一舉多得。

3.4 結(jié)構(gòu)受力

根據(jù)相關(guān)設計需要，我們制作出了熒光警示牌三維模型，并綜合考慮實際應用過程中警示牌主要會受到風力作用，特別是南方沿海地區(qū)，會時常受到臺風的干擾。因此，通過制造三維仿真模型，用軟件進行仿真試驗研究，并將其固定在已建好的桿塔模型上，其材料及結(jié)構(gòu)能夠抵抗相關(guān)干擾，應用伯努利方程（風-壓關(guān)系）：

Wp=0.5·r·v2/g

標準狀態(tài)下式中：wp為風壓kN/m2；氣壓為1013hPa；溫度為15℃；空氣重度r=0.01225 kN/m3；重力加速度g=9.8 kN/m3。

由以上建模我們得到了該熒光警示牌的力學曲線（如圖5）。經(jīng)過論證，該警示牌在24m/s風速下，未發(fā)生損壞情況。

圖5 熒光警示牌受力趨勢圖

4 創(chuàng)新元素

4.1 安全環(huán)保

該熒光警示牌具有節(jié)能、環(huán)保、安全，應用范圍廣等顯著特點。該熒光警示牌能達到安全可靠和節(jié)能環(huán)保：該材料經(jīng)權(quán)威檢驗整體無放射性物質(zhì)、無毒、無害，生產(chǎn)使用時無三廢污染，充分利用自然光源便可吸光、發(fā)光，不需電源或其他人工能源，屬綠色環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品。

4.2 材質(zhì)特點

材質(zhì)本身的物理和化學穩(wěn)定性能好，使用壽命長：該材料可長期經(jīng)受日光曝曬，在高溫（+100℃）及低溫（-70℃）等惡劣環(huán)境或強紫外線照射下不發(fā)黑、不變質(zhì)，保持良好的發(fā)光狀態(tài)，根據(jù)材質(zhì)的實際特點，設計使用壽命長達10年以上。

4.3 發(fā)光特點

該熒光警示牌具有吸光時間短、發(fā)光時間長、亮度高等特點。該發(fā)光材料絕不同于反光材料或點致發(fā)光材料，它可在自然光、日光、燈光下照射10-30分鐘左右，夜晚或黑暗處可持續(xù)發(fā)光并釋放出所配比顏色的高亮度余輝，由于添加了適量的長效余輝發(fā)光粉，余輝時間可長達8小時以上。

4.4 顏色選擇

可根據(jù)特殊的要求制定不同的顏色，夜光粉粗細目數(shù)（如圖6）、顏色品種齊全，發(fā)光顏色：黃綠光、天藍光、藍綠光、紫色光、白色光、紅色光、黃色光、桔紅光、桔黃光、彩色系列等發(fā)光顏色，這樣就給線路設備使用上提供了多項的選擇，可根據(jù)警示牌的用途制成不同的顏色，如桿塔防撞牌（黃綠色）；安全距離警示牌（白色）；防盜牌（紫色）等。

圖6 夜光粉粗細目數(shù)

5 成品制作

電力部門應提高自身防御能力，輸電線路防外力破壞，要靠電力企業(yè)自身力量晝夜盯守電力設施是不可能完成的，要做到施工現(xiàn)場安裝安全警示牌、警示標志。為防止野蠻施工造成慘重的后果，對施工工地，可采用本研究方案中的輸電線路防外力破壞熒光警示牌，并派有關(guān)人員幫助制定線路保護方案，有效地防范電力線路外力破壞事故的發(fā)生。如設置“放風箏請遠離高壓線”、“保護電力設施人人有責”、“禁止堆土”、“禁止開挖”、“嚴禁碰撞”等警示牌，告示廣大居民注意安全并保護好電力設施。

6 結(jié)束語

電力設施受外力破壞引起的電網(wǎng)事故比電網(wǎng)自身運行的事故具有更多的不可預見性，因此要制訂完備的預防措施，防止因外力破壞產(chǎn)生電網(wǎng)連鎖事故、造成電網(wǎng)癱瘓的大事故。對此，要有不怕一萬，就怕萬一的思想意識和行動上的準備，要積極利用新技術(shù)，提高電力設施防外力破壞事故發(fā)生的技術(shù)含量，減少破壞電力設施的風險。輸電線路防外力破壞的熒光警示牌在輸電線路上的應用，會大大的降低夜間外力破壞事故的發(fā)生，會帶來不可估量的社會效益和經(jīng)濟效益。

參考文獻

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作者簡介：陳忠華（1985-），男，吉林長春人，工程師，主要從事輸變電工程技術(shù)與研究工作。

鄔韋華（1982-），男，浙江杭州人，技術(shù)人員，主要從事輸電線路工程技術(shù)工作。

陳旭（1984-），男，江蘇鹽城人，助理工程師，主要從事輸電線路設計工作。