引言

大型車輛在行駛過程中刮碰輸電線路的事件頻繁發(fā)生,導(dǎo)致輸電線路及相關(guān)電力設(shè)備遭受不同程度的損壞,嚴(yán)重時(shí)還可能導(dǎo)致大范圍停電事故。隨著電力系統(tǒng)的不斷擴(kuò)張,越來越多的輸電線路架設(shè)于偏遠(yuǎn)位置,電力設(shè)備、塔桿、線路等長期處于無人值守的環(huán)境中。常規(guī)警告牌能夠發(fā)揮的警告作用非常有限,尤其在夜間,給輸電線路及人員、車輛帶來一定的安全隱患。鑒于此,太陽能自感光亮警告牌應(yīng)運(yùn)而生,其被安裝于輸電線路配變、塔桿、配電房等位置,帶有紅外線感應(yīng)功能,當(dāng)有行人或車輛靠近危險(xiǎn)區(qū)域時(shí),感應(yīng)裝置啟動(dòng),控制聲光聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出聲光警示,以提醒相關(guān)人員注意安全,遠(yuǎn)離電力危險(xiǎn)區(qū)域。太陽能自感光亮警示牌系統(tǒng)包括警示牌、太陽能電池板、廣播系統(tǒng)、集成控制系統(tǒng)、紅外感應(yīng)單元、智能光感模塊、智能巡檢系統(tǒng)等。除太陽能電池板外,警告牌系統(tǒng)還配備了備用電池,用于夜晚、陰雨霧霾天等太陽能功率不足時(shí)段的電力供應(yīng)。

1輸電線路太陽能自感光亮警告牌的研制

1.1設(shè)計(jì)規(guī)劃

當(dāng)前輸電線路系統(tǒng)中常見的警告牌大多結(jié)構(gòu)簡單、形式單一,無法充分起到提醒附近機(jī)械生產(chǎn)作業(yè)及相關(guān)人員注意,保護(hù)輸電線路的作用,外力破壞事故時(shí)常發(fā)生[1]。在對(duì)輸電線路外力破壞警告牌進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí),需重點(diǎn)關(guān)注聲光警示的同時(shí)實(shí)現(xiàn),并對(duì)警告牌的生產(chǎn)成本及安裝便捷性進(jìn)行控制,以便根據(jù)輸電線路外力破壞情況,調(diào)整太陽能警告牌的設(shè)置位置,提高警告牌使用效率及安裝靈活性。

1.2設(shè)計(jì)方案

1.2.1太陽能自感光亮警告牌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

太陽能自感光亮警告牌結(jié)構(gòu)主要包括太陽能電池板、太陽能充電控制器、LED發(fā)光二極管、中央控制器、紅外感應(yīng)裝置、蓄電池、揚(yáng)聲器、可調(diào)節(jié)固定支架等。太陽能自感光亮警告牌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

1.2.2太陽能自感光亮警告牌工作原理

太陽能電池板將太陽輻射轉(zhuǎn)化為電能并存儲(chǔ)在蓄電池中,為整個(gè)警告牌系統(tǒng)供電。中央控制器負(fù)責(zé)對(duì)聲光警示模塊進(jìn)行控制,確定其激發(fā)時(shí)間及聲光信號(hào)的發(fā)出頻率。日間,僅揚(yáng)聲器啟動(dòng),當(dāng)紅外感應(yīng)裝置監(jiān)測到異常信號(hào)后,中央控制器對(duì)揚(yáng)聲器下達(dá)指令,播放相關(guān)語音提示,提醒周圍車輛及人員注意保護(hù)輸電線路。夜間,僅信號(hào)燈啟動(dòng),不斷閃爍以對(duì)周圍人員進(jìn)行提醒。聲光報(bào)警系統(tǒng)分別啟動(dòng)的方式能夠在確保警

圖1太陽能自感光亮警告牌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

示效果的同時(shí),降低太陽能警告牌的運(yùn)行能耗,同時(shí)避免夜間發(fā)出報(bào)警聲響影響周邊居民的正常生活。

1.2.3太陽能自感光亮警告牌技術(shù)指標(biāo)

太陽能自感光亮警告牌通常配備功率為50w的太陽能電池板以及電壓為12V、容量為50Ah的蓄電池。部分太陽能自感光亮警告牌也將供能系統(tǒng)設(shè)計(jì)為太陽能配合12V外部供電電源的方式。安裝功率為2w的揚(yáng)聲設(shè)備,根據(jù)輸電線路保護(hù)需求,選擇安裝2～3個(gè)警示燈,每一個(gè)警示燈由60只0.036w的LED發(fā)光二極管構(gòu)成。太陽能自感光亮警告牌系統(tǒng)中的主要耗能單元為揚(yáng)聲器和警示燈。為保證耗能單元有穩(wěn)定的電能供應(yīng),要求太陽能電池板的功率至少為負(fù)載功率的3倍。揚(yáng)聲器的額定功率為5w,有效作用范圍在50～60m,語音提示等級(jí)在70～80dB/4m,作用頻率在100～20kHz。警示燈的額定功率為5w,有效警示距離在100～120m。紅外感應(yīng)系統(tǒng)的有效感應(yīng)距離在5～10m。以上技術(shù)指標(biāo)為太陽能警告牌的理想標(biāo)準(zhǔn),可根據(jù)輸電線路的特點(diǎn)及外力破壞故障發(fā)生情況進(jìn)行合理調(diào)整,在滿足警示需求的同時(shí),合理控制太陽能警告牌的生產(chǎn)及應(yīng)用成本。若遭遇連續(xù)的雨雪或陰天天氣,蓄電池需至少提供3天的警告牌正常運(yùn)行所需電能。

2輸電線路自感光亮太陽能警告牌的應(yīng)用

2.1太陽能自感光亮警告牌的安裝

在輸電線路上確定太陽能自感光亮警告牌的安裝位置,并設(shè)置可調(diào)節(jié)固定支架,將太陽能警告牌系統(tǒng)固定到支架上。要求安裝位置醒目,警告牌系統(tǒng)底邊距地面高度應(yīng)在1.5～2.5m,確保其在車輛及行人正常視角之內(nèi)[2]。由于固定支架可靈活調(diào)整,太陽能警告牌的安裝角度、傾斜度等均可根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行適當(dāng)選擇,保證警告牌與地面調(diào)整的角度處于最醒目的方向。位置調(diào)節(jié)完畢后,緊固固定螺栓,完成太陽能警告牌安裝作業(yè)。

例如,某輸電線路太陽能自感光亮警告牌安裝施工采用高壓絕緣作業(yè)斗臂車進(jìn)行。將斗臂車調(diào)整至待安裝位置的正下方,由兩名技術(shù)人員配合完成安裝作業(yè)。安裝過程中,操作桿的長度根據(jù)輸電線路電壓等級(jí)的有效長度決定,與導(dǎo)線間預(yù)留足夠的安全距離。將指示牌放置在安裝工具上,使用起子抬起警告牌壓簧并碰擊導(dǎo)線,壓簧與導(dǎo)線固定后,撤下工具,完成安裝。為檢驗(yàn)太陽能警告牌的警示效果,在安裝區(qū)域周圍的工人、司機(jī)、居民群體中選取60人進(jìn)行調(diào)查訪問。在安裝前,被調(diào)查人員安全認(rèn)知率在18/60,安裝后,這一數(shù)字上升為55/60。對(duì)本安裝點(diǎn)輸電線路發(fā)生外力破壞故障的情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì),安裝后1年內(nèi),故障發(fā)生率較之前降低了72.5%,警示效果明顯。

2.2太陽能自感光亮警告牌的優(yōu)化

2.2.1性能提升

優(yōu)選PC材料的外置太陽能電池板,并盡可能進(jìn)行IC控制:使用不銹鋼材料制作太陽能警告牌掛架、壓簧等部件,避免在使用過程中發(fā)生銹蝕:保證LED指示燈的密封性,要求將指示燈內(nèi)部的電路板隔離,避免燈罩破損時(shí)外部雨水滲入,影響指示燈正常發(fā)揮作用。

2.2.2電池壽命

電池壽命通常決定了太陽能自感光亮警告牌的使用時(shí)長,在選取電池元件時(shí),需要重點(diǎn)考慮其使用壽命。例如,選用3.3V、500mAh的鎳氫電池,該型號(hào)電池充放電1000次后,其容量降低至原來的79%,蓄電量一般可達(dá)到常規(guī)鎳鉻電池的1.3倍,且質(zhì)量更輕,使用壽命長,經(jīng)濟(jì)性更高。另外,外部環(huán)境溫度會(huì)給電池性能的發(fā)揮造成明顯影響,在高溫、極寒環(huán)境中電池?zé)o法正常工作。因此對(duì)太陽能警告牌的優(yōu)化,需重點(diǎn)考慮溫度對(duì)電池性能的影響。

2.2.3警告牌亮度

太陽能自感光亮警告牌中使用了LED發(fā)光元件,相對(duì)于反光類材料,其發(fā)光強(qiáng)度更大,亮度最大可達(dá)到2000mcd,可視距離超過500m,即便在雨雪、霧霾天氣,也能為司機(jī)、大型機(jī)械駕駛員及行人提示輸電線路的具體位置。

3結(jié)語

在輸電線路中普及應(yīng)用太陽能自感光亮警告牌已經(jīng)成為主流趨勢(shì),相關(guān)單位需結(jié)合輸電線路所在區(qū)域的特點(diǎn),合理選擇相應(yīng)技術(shù)參數(shù)的太陽能警告牌,輔助信息化監(jiān)管系統(tǒng)或人員,做好輸電線路運(yùn)維工作。