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,導致輸電線路及相關電力設備遭受不同程度的損壞,嚴重時還可能導致大范圍停電事故。隨著電力系統(tǒng)的不斷擴張,越來越多的輸電線路架設于偏遠位置,電力設備、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運而生,其被安裝于輸電線路配變、塔桿、配電房等位置,帶有紅外線感應功能,當有行人或車輛靠近危險區(qū)域時,感應裝置啟動,控制聲光聯(lián)動系統(tǒng)發(fā)出聲光警示,以提醒相關人員注意安全,遠離電力危險區(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段的電力供應。

1輸電線路太陽能自感光亮警告牌的研制

1.1設計規(guī)劃

當前輸電線路系統(tǒng)中常見的警告牌大多結構簡單、形式單一,無法充分起到提醒附近機械生產(chǎn)作業(yè)及相關人員注意,保護輸電線路的作用,外力破壞事故時常發(fā)生[1]。在對輸電線路外力破壞警告牌進行優(yōu)化設計時,需重點關注聲光警示的同時實現(xiàn),并對警告牌的生產(chǎn)成本及安裝便捷性進行控制,以便根據(jù)輸電線路外力破壞情況,調整太陽能警告牌的設置位置,提高警告牌使用效率及安裝靈活性。

1.2設計方案

1.2.1太陽能自感光亮警告牌結構設計

太陽能自感光亮警告牌結構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、紅外感應裝置、蓄電池、揚聲器、可調節(jié)固定支架等。太陽能自感光亮警告牌結構設計如圖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化為電能并存儲在蓄電池中,為整個警告牌系統(tǒng)供電。中央控制器負責對聲光警示模塊進行控制,確定其激發(fā)時間及聲光信號的發(fā)出頻率。日間,僅揚聲器啟動,當紅外感應裝置監(jiān)測到異常信號后,中央控制器對揚聲器下達指令,播放相關語音提示,提醒周圍車輛及人員注意保護輸電線路。夜間,僅信號燈啟動,不斷閃爍以對周圍人員進行提醒。聲光報警系統(tǒng)分別啟動的方式能夠在確保警

圖1太陽能自感光亮警告牌結構設計

示效果的同時,降低太陽能警告牌的運行能耗,同時避免夜間發(fā)出報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指標

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)設計為太陽能配合12V外部供電電源的方式。安裝功率為2w的揚聲設備,根據(jù)輸電線路保護需求,選擇安裝2～3個警示燈,每一個警示燈由60只0.036w的LED發(fā)光二極管構成。太陽能自感光亮警告牌系統(tǒng)中的主要耗能單元為揚聲器和警示燈。為保證耗能單元有穩(wěn)定的電能供應,要求太陽能電池板的功率至少為負載功率的3倍。揚聲器的額定功率為5w,有效作用范圍在50～60m,語音提示等級在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。紅外感應系統(tǒng)的有效感應距離在5～10m。以上技術指標為太陽能警告牌的理想標準,可根據(jù)輸電線路的特點及外力破壞故障發(fā)生情況進行合理調整,在滿足警示需求的同時,合理控制太陽能警告牌的生產(chǎn)及應用成本。若遭遇連續(xù)的雨雪或陰天天氣,蓄電池需至少提供3天的警告牌正常運行所需電能。

2輸電線路自感光亮太陽能警告牌的應用

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,并設置可調節(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)場情況進行適當選擇,保證警告牌與地面調整的角度處于最醒目的方向。位置調節(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)斗臂車進行。將斗臂車調整至待安裝位置的正下方,由兩名技術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)輸電線路電壓等級的有效長度決定,與導線間預留足夠的安全距離。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線,壓簧與導線固定后,撤下工具,完成安裝。為檢驗太陽能警告牌的警示效果,在安裝區(qū)域周圍的工人、司機、居民群體中選取60人進行調查訪問。在安裝前,被調查人員安全認知率在18/60,安裝后,這一數(shù)字上升為55/60。對本安裝點輸電線路發(fā)生外力破壞故障的情況進行統(tǒng)計,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長,在選取電池元件時,需要重點考慮其使用壽命。例如,選用3.3V、500mAh的鎳氫電池,該型號電池充放電1000次后,其容量降低至原來的79%,蓄電量一般可達到常規(guī)鎳鉻電池的1.3倍,且質量更輕,使用壽命長,經(jīng)濟性更高。另外,外部環(huán)境溫度會給電池性能的發(fā)揮造成明顯影響,在高溫、極寒環(huán)境中電池無法正常工作。因此對太陽能警告牌的優(yōu)化,需重點考慮溫度對電池性能的影響。

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,相對于反光類材料,其發(fā)光強度更大,亮度最大可達到2000mcd,可視距離超過500m,即便在雨雪、霧霾天氣,也能為司機、大型機械駕駛員及行人提示輸電線路的具體位置。

3結語

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