藤蔓植物阻止器的研制與應(yīng)用

許建遠(yuǎn)

[摘? ? 要]針對目前偏遠(yuǎn)山區(qū)電力設(shè)備受藤蔓植物影響較大，導(dǎo)致設(shè)施短路或設(shè)備故障等問題，文章提出了一種藤蔓植物阻止器，通過對阻止器的研制與實(shí)際應(yīng)用，有效解決了電網(wǎng)設(shè)備受藤蔓植物纏繞或破壞等問題，不但保證供電可靠性，同時(shí)利用風(fēng)力進(jìn)行環(huán)保儲能操作，對于可持續(xù)發(fā)展及電網(wǎng)安全施工工作具有重要的指導(dǎo)意義。

[關(guān)鍵詞]藤蔓植物;阻止器;研制;應(yīng)用

[中圖分類號]TM64 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）12–00–03

Development and Application of Vine Plant Stopper

Xu Jian-yuan

[Abstract]Aiming at the problems of current remote mountainous areas where power equipment is greatly affected by vines， causing facility short circuits or equipment failures， the author of this article proposes a vine plant stopper. Through the development and practical application of the stopper， it effectively solves the problem of power grid equipment. Problems such as entanglement or damage of vines not only ensure the reliability of power supply， but also use wind energy for environmentally friendly energy storage operations， which has important guiding significance for sustainable development and safe construction of power grids.

[Keywords]vines; stoppers; development; application

1 背景概況分析

隨著電力系統(tǒng)的全國性的高速發(fā)展，在一些偏遠(yuǎn)或山區(qū)地方的電力設(shè)施建造已經(jīng)成為電網(wǎng)施工的重要組成部分。然而，由于在山區(qū)或植物較多的地方，所建造的電力設(shè)施容易受到植物如藤蔓累植物的纏繞而被破壞。以戶外柱上變壓器為例，柱上變壓器以及拉線經(jīng)常被快速生長的藤蔓植物所纏繞，易造成設(shè)施短路或設(shè)備故障，不但會影響供電可靠性，而且容易釀成火災(zāi)，為電力企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，為企業(yè)安全生產(chǎn)埋下隱患。

2 藤蔓植物特性分析

了解藤蔓植物的特性，能有效針對性地減少其對電力設(shè)施造成的影響。藤蔓植物是指莖部細(xì)長，不能直立，絕大部分藤蔓植物都是有花植物。藤蔓植物分為許多不同的種類，它們的攀爬方式也不一樣：纏繞類藤蔓植物需要可供它們纏繞的物體。新生的枝條會在生長過程中纏住支撐物。堅(jiān)固的柱子和藤架都可以作為良好的支撐物。一般來說，藤蔓植物只能依附在其他物體（如樹、墻等）或匍匐于地面上生長的一類植物，最典型的如葡萄，爬山虎之類，但也有的植物隨環(huán)境而變，如果有支撐物也會成為藤本，但如果沒有支撐物會長成灌木。攀爬卻不是藤蔓植物的唯一生長方式。藤蔓植物可以在地面上迅速蔓延，占據(jù)較大的地區(qū)。由于其生長的依附性，電力設(shè)施中的戶外設(shè)備容易成為藤蔓植物的依附攀爬對象。

3 現(xiàn)行手段及弊端

3.1 利用切除工具進(jìn)行修剪處理

部分地區(qū)會通過藤蔓植物切割工具對植物進(jìn)行枝葉修剪。但由于藤蔓植物生長速度快，此種方式不但需要定期進(jìn)行巡查修剪，耗費(fèi)人力物力，如遇上惡劣天氣時(shí)則無法進(jìn)行及時(shí)修剪，導(dǎo)致藤蔓植物的生長無法得到有效控制，導(dǎo)致電力設(shè)施的安全無法得到實(shí)時(shí)性的安全保障。

3.2 使用農(nóng)藥進(jìn)行噴灑抑制處理

目前對于藤蔓植物的化學(xué)清除方式一般采用二硝基化合物、二硝基鄰甲酚及其鈉鹽等。無論是采用農(nóng)藥或化學(xué)等方式進(jìn)行藤蔓植物的消除，雖然相對簡單快速，不用耗費(fèi)時(shí)間修理，但卻產(chǎn)生了不可逆的生態(tài)影響。即農(nóng)藥殘留容易造成環(huán)境污染，不利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)及可持續(xù)發(fā)展的理念推廣;同時(shí)對于人體也會產(chǎn)生危害。如對于毒性有過敏反應(yīng)的操作人員容易因皮膚接觸到農(nóng)藥導(dǎo)致身體危害，因此在農(nóng)藥使用上也是存在一定的危險(xiǎn)性。

3.3 整體植株清除處理

整體植株的拔除也是常見的藤蔓植物清除方式之一。但這種方式雖然在抑制某一地方植物生長上來說有短時(shí)的效果，但從長遠(yuǎn)來看，也有可能因其較強(qiáng)的繁衍力而被重新影響，如植物長期被連根拔出，也會導(dǎo)致一定程度上的生態(tài)平衡破壞，減少了藤蔓植物的授粉傳播及繁衍，最終導(dǎo)致區(qū)域性的生態(tài)失衡。在整體清除植株的操作方式中，人力物力的耗費(fèi)也是問題之一。因?yàn)椴僮魅藛T需要攜帶多種清除工器具進(jìn)行清理，并在清理工作后進(jìn)行枯葉處理，增加了工作人員的勞動量，不利于工作效率的提高。

4 研制需求分析

根據(jù)上述對于藤蔓植物消除工作的分析，可得知目前對于如何減少藤蔓植物對電力設(shè)施造成危害的研制上，國內(nèi)的技術(shù)還處于相對粗放單一、不夠成熟的水平。隨著電網(wǎng)系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大，電氣設(shè)備的使用廣泛，因此文章提出的一種藤蔓植物阻止器的研制與應(yīng)用，能有效地進(jìn)行推廣及應(yīng)用，尤其對于我國廣闊的土地來說，大面積的山區(qū)電力設(shè)備應(yīng)用將是十分龐大的需求市場。

4.1 國內(nèi)外技術(shù)研究概況

目前國內(nèi)外暫時(shí)沒有研究機(jī)構(gòu)對于本文研究內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)研究及相關(guān)文獻(xiàn)，且市面上也沒有特別適合的產(chǎn)品能夠直接予以應(yīng)用，只能應(yīng)用上述第三點(diǎn)所提到的幾種清除方式進(jìn)行清除。因此本文所研制的方向需要由研究人員對先行藤蔓植物進(jìn)行生物特性研究后，集合目前市面的使用工具進(jìn)行研究改進(jìn)，從而設(shè)計(jì)出一種區(qū)別于目前方式的使用工具，使其具有一定的應(yīng)用性及推廣性。

4.2 裝置研制目的

本項(xiàng)目通過研制一種藤蔓植物阻止器，利用風(fēng)力上發(fā)條的原理，通過風(fēng)力旋轉(zhuǎn)裝置，結(jié)合無極變速裝置使反應(yīng)到風(fēng)力裝置的阻力矩恒定，當(dāng)發(fā)條能量積蓄到一定時(shí)，阻止器自動釋放，帶動刀片旋轉(zhuǎn)，從而進(jìn)行快速精準(zhǔn)切割藤蔓植物觸須的目的，裝置的研發(fā)能降低安全隱患，為操作帶來便利。

4.3 技術(shù)方案

4.3.1 技術(shù)設(shè)計(jì)思路

研究人員走訪了目前電力戶外現(xiàn)場尤其是對于藤蔓植物影響較為大的現(xiàn)場，對于目前采用的藤蔓植物消除方式進(jìn)行了試驗(yàn)調(diào)研，從而研制一種藤蔓植物阻止器。對于大部分藤蔓植物的長勢高度在1～2m，由于陽光充足，生長環(huán)境空曠，風(fēng)力強(qiáng)勁，使藤蔓植物長勢良好。為了滿足所研制工具的全自動效果，本文在結(jié)合環(huán)境現(xiàn)場及風(fēng)力環(huán)保發(fā)電的基礎(chǔ)上，加裝了變速裝置，能使其自行解決發(fā)條過緊等問題，確保其使用壽命及整體方案的高效實(shí)施。

4.3.2 研發(fā)步驟

本項(xiàng)目對所研制的藤蔓植物阻止器進(jìn)行三大部分的設(shè)計(jì)。首先對于阻止器的整體裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行外形設(shè)計(jì)，包括機(jī)身的流暢性、風(fēng)輪與刀片的安裝位置、底部固定支架的穩(wěn)定性設(shè)計(jì);同時(shí)對于裝置的機(jī)身防震、抗壓、抗侵蝕等功能進(jìn)行研究設(shè)計(jì)。考慮到裝置需要利用風(fēng)力進(jìn)行發(fā)動操作，因此無極變速器的研制是本裝置的核心，在研制時(shí)需要考慮變速器的安裝位置，并最終決定將其安裝在風(fēng)力旋轉(zhuǎn)裝置與發(fā)條之間。在整體部件均設(shè)計(jì)完成后，對于整體裝置的使用的連貫性、靈活性與功能性進(jìn)行多次及多場景的測試，最終經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)地試驗(yàn)后，研制出最終成果并予以使用。

4.3.3 技術(shù)方案內(nèi)容

本項(xiàng)目研制的藤蔓植物阻止器，其結(jié)構(gòu)包括裝置圓筒型設(shè)計(jì)機(jī)身、風(fēng)輪、刀片、刀片輪、旋轉(zhuǎn)裝置、發(fā)條及無極變速裝置。機(jī)身底部設(shè)計(jì)為固定支架，機(jī)身上部為風(fēng)輪、刀片輪部分。其技術(shù)原理是利用風(fēng)力上發(fā)條，風(fēng)力旋轉(zhuǎn)裝置是類似測風(fēng)器的旋轉(zhuǎn)裝置，通過旋轉(zhuǎn)裝置擰緊發(fā)條。為了防止隨著發(fā)條上得越來越緊，阻力矩越來越大，裝置在風(fēng)力旋轉(zhuǎn)裝置與發(fā)條之間安裝了一個(gè)無極變速裝置，由發(fā)條去推動變速裝置，使反應(yīng)到風(fēng)力裝置的阻力矩恒定。當(dāng)發(fā)條緊到一定程度，完全推開變速器，斷開與風(fēng)力旋轉(zhuǎn)裝置的連接，發(fā)條能量釋放，帶動刀片旋轉(zhuǎn)，從而輕易切割藤蔓植物觸須。同時(shí)該阻止器能固定安裝在拉線、抱箍上，尤其是藤蔓生長的路線上，無須人為干涉操作，只需要利用風(fēng)力便能自動進(jìn)行旋轉(zhuǎn)切割，保證植物無法繼續(xù)往上生長纏繞。同時(shí)裝置外殼采用防潮防雨材料，固定性能好，即便遇到惡劣天氣也能正常使用，隨時(shí)保證電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。

4.4 技術(shù)創(chuàng)新

本裝置在研制上創(chuàng)新采用了環(huán)保節(jié)能的風(fēng)力上發(fā)條方式，結(jié)合無級變速裝置降低因發(fā)條過緊造成的設(shè)備損壞，無須進(jìn)行人工干預(yù)操作，便能在戶外實(shí)現(xiàn)無監(jiān)管下的高效切割手段，應(yīng)用靈活，制作成本低。

4.4.1 技術(shù)關(guān)鍵

其技術(shù)關(guān)鍵包括以下幾個(gè)方面：①阻止器利用風(fēng)力上發(fā)條，無須外置電源或電池，環(huán)保便捷。②旋轉(zhuǎn)裝置、無極變速裝置及發(fā)條組合使用，利用動能直接切割藤蔓植物觸須，切割準(zhǔn)確。③裝置為全自動裝置，全程無須人手干涉操作和監(jiān)控，有效解放人手，降低企業(yè)人力成本。④裝置無極變速裝置能有效控制發(fā)條松緊度，防止發(fā)條過緊。

4.4.2 技術(shù)應(yīng)用

對于供電本項(xiàng)目研制的藤蔓植物阻止器利用風(fēng)力發(fā)電利用風(fēng)力上發(fā)條，結(jié)合旋轉(zhuǎn)裝置及變速裝置，帶動刀片直接切割藤蔓植物觸須，無須外置電源或電池，環(huán)保耐用，能有效保護(hù)戶外電氣設(shè)備的運(yùn)作，降低因藤蔓植物的纏繞造成的設(shè)施設(shè)備受損，提供供電設(shè)備的可靠性及安全性。項(xiàng)目成員對本裝置進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用后，無須再進(jìn)行現(xiàn)場藤蔓植物清理的現(xiàn)場，人工檢修施工的開展速度比之前提高了兩倍。獲得了操作人員的一致好評。本裝置的研制與應(yīng)用提高了茂名供電局的相關(guān)工作效率，裝置將計(jì)劃推廣到各個(gè)兄弟單位，同時(shí)也能應(yīng)用于更多戶外電氣設(shè)備保護(hù)工作領(lǐng)域中，如圖1所示。

5 體現(xiàn)效益

5.1 經(jīng)濟(jì)效益體現(xiàn)

本項(xiàng)目對于藤蔓植物阻止器的使用，實(shí)現(xiàn)了高效環(huán)保的使用效果。裝置以來風(fēng)力發(fā)電方式，動力系統(tǒng)穩(wěn)定，可靠性及穩(wěn)固性好，能很好地固定在拉線或抱箍上，并實(shí)現(xiàn)快速旋轉(zhuǎn)切割，在各種天氣情況下均可使用，無論從人力節(jié)省力度及勞動力消耗力度來說，對比傳統(tǒng)的藤蔓植物清除方式均有著很大程度的功能優(yōu)化。裝置的使用將能提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，提高工作效率同時(shí)減輕工作人員的勞動強(qiáng)度與額外勞動支出，通過多種性能測試獲得優(yōu)良的測量結(jié)果，保證線路供電可靠性，能在電網(wǎng)系統(tǒng)中得到有效的推廣。

5.2 安全效益體現(xiàn)

本次研制的藤蔓植物阻止器的使用降低了生態(tài)環(huán)境的破壞和人工操作的勞動量，減少人員野外清除藤蔓植物時(shí)被蛇蟲咬傷的情況。因此，降低了操作人員在施工現(xiàn)場的安全風(fēng)險(xiǎn)，延長設(shè)備的使用壽命。利用自然風(fēng)帶動裝置運(yùn)行，即使大面積使用也不會對環(huán)境造成污染負(fù)擔(dān)，裝置造價(jià)成本低，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，維護(hù)成本低，操作方便，使用靈活可靠，有效提高企業(yè)的安全效益，滿足電網(wǎng)可持續(xù)發(fā)展的需求。

6 結(jié)束語

在供電緊張的形勢下，如何確保電網(wǎng)安全運(yùn)行，直接關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的和諧發(fā)展。提高電力設(shè)施安全強(qiáng)度是電力系統(tǒng)中一項(xiàng)長期而艱巨的任務(wù)。本文提出的藤蔓植物阻止器，在優(yōu)化戶外電力設(shè)施保護(hù)工作上有著重要的意義。阻止器使用后能提高整體電力設(shè)施保護(hù)工作的安全標(biāo)準(zhǔn)，提供了環(huán)保智能化的解決方案，不但節(jié)省人力成本，不會造成生態(tài)破壞，并可作為同類型戶外設(shè)施保護(hù)工作的技術(shù)研發(fā)參考，能有效推廣至更多領(lǐng)域，能為企業(yè)創(chuàng)造更大的企業(yè)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 張金政.藤蔓植物與景觀[M].北京：中國林業(yè)出版社，2015.

[2] 徐曄春，吳棣飛.藤蔓植物[M].北京：中國電力出版社，2010.

[3] 姚興佳，宋俊.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組原理與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2020.

[4] 吳雙群，趙丹平.風(fēng)力發(fā)電原理[M].北京：北京大學(xué)出版社，2011.

[5] 蔡新.風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片[M].北京：水利水電出版社，2014.

[6] 馬宏偉，李永東，許烈.風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2020.