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，在國內會有很大的空間，對輸電線路防外力破壞也會發揮極大的作用。

關鍵詞：輸電線路；外力破壞；熒光；警示牌

前言

電力系統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，隨著社會經濟的發展，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，經常出現白天、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生的主要原因進行調查分析（如表1），夜間施工，多數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，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，時常出現車輛碰撞桿塔，夜間施工場地不小心在桿塔基礎保護區內堆（取）土，造成桿塔基礎的不穩定性。

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創造了良好條件，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，達到安全生產的目標，降低對線路外力破壞事件的發生。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，切實的做到了節能、環保、安全、應用范圍廣等。

2 項目研究

2.1 前期準備

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

（1）采用透明性油墨、越透明發光效果越好。

（2）解決分散效果與發光效果的矛盾，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）發光油墨不能用金屬設備研磨，必要時可采用塑料或搪瓷內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常被偷盜的困擾。主要材質包括：稀土發光粉（配備熒光粉）、普通夜光粉、發光油墨、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原理，用稀土發光材料的發光原理：運用可見光激活稀土發光材料里的Eu3+、Dy3+等元素，儲存光在暗處可發出波長為450-600nm的黃綠光。并根據使用地點、環境及客戶的要求不同，采用PVC硬質低發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發光8小時以上。工作過程為：吸光->發光->吸光->發光，可無數次循環下去。稀土發光粉是淺黃色，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

根據輸電線路生產運行的實際需要，充分調查電力企業實際使用警示牌的形狀、尺寸、質量等要求，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 設計尺寸參數表

2.5 材料布置

為了盡可能發揮所選擇材料特性，經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-稀土發光粉層；2、8-透明油墨層；3、7-夜光粉層；4、6-發光油墨層；5-主板PVC材料。

3 結構設計

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量、持續時間、顏色效果等相關條件，在相關材質配合使用方面做到了發揮最大功效、又能控制成本投資，主板PVC材料為整體構架，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，應尋求材質強度高、質量輕、設計簡潔、外形環保的原則，最終方案如下。

圖4 外形結構平面圖（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之后，可以輕易拆除，并安裝在下一危險點，一舉多得。

3.4 結構受力

根據相關設計需要，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，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，其材料及結構能夠抵抗相關干擾，應用伯努利方程（風-壓關系）：

Wp=0.5·r·v2/g

標準狀態下式中：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）。經過論證，該警示牌在24m/s風速下，未發生損壞情況。

圖5 熒光警示牌受力趨勢圖

4 創新元素

4.1 安全環保

該熒光警示牌具有節能、環保、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能環保：該材料經權威檢驗整體無放射性物質、無毒、無害，生產使用時無三廢污染，充分利用自然光源便可吸光、發光，不需電源或其他人工能源，屬綠色環保節能產品。

4.2 材質特點

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

4.3 發光特點

該熒光警示牌具有吸光時間短、發光時間長、亮度高等特點。該發光材料絕不同于反光材料或點致發光材料，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發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光粉，余輝時間可長達8小時以上。

4.4 顏色選擇

可根據特殊的要求制定不同的顏色，夜光粉粗細目數（如圖6）、顏色品種齊全，發光顏色：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

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 結束語

電力設施受外力破壞引起的電網事故比電網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，防止因外力破壞產生電網連鎖事故、造成電網癱瘓的大事故。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，提高電力設施防外力破壞事故發生的技術含量，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生，會帶來不可估量的社會效益和經濟效益。

參考文獻

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[4]王新敏.ANSYS工程結構數值分析[M].北京：人民交通出版社，2007.

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與研究工作。

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

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。