输电线路防外力破坏荧光警示牌的研究与应用

陈忠华 邬韦华　陈旭

摘 要：输电线路上防外力破坏荧光警示牌是一项投资少、见效快、附加值高的科技项目，在国内会有很大的空间，对输电线路防外力破坏也会发挥极大的作用。

关键词：输电线路；外力破坏；荧光；警示牌

前言

电力系统中的输电线路设施点多、线长、面广，呈开放性分布，电力设备经常面临着外力破坏事故的困扰，给输电线路运行与检修工作增加了很大的难度。

近年来，随着社会经济的发展，城市、交通以及市政设施建设力度不断增大，沿输电线路施工的场地越来越多，经常出现白天、夜晚不间断施工，还有一些是物品临时堆放需用吊车等高大机械，这些都是架空输电线路外力破坏事件发生的起因，给输电线路安全运行带来了极大的危害。通过对杭州市电力局（2007——2012年）输电线路夜间外力破坏事故发生的主要原因进行调查分析（如表1），夜间施工，多数是由于施工人员对电力安全知识的淡薄，我们以前所挂设的警示牌等警示标语，夜间看不清，这就造成了一定的盲区，施工人员及机械操作人员不能良好的遵守线路保护的安全距离，会造成线路放电跳闸，时常出现车辆碰撞杆塔，夜间施工场地不小心在杆塔基础保护区内堆（取）土，造成杆塔基础的不稳定性。

表1 夜间外力破坏原因分析表

1 前景探究

众所周知，夜光警示牌在交通警示领域已广泛应用，但荧光警示牌在架空输电线路方面应用还是欠缺，近些年超长余辉纳米稀土发光粉的研制成功及其广泛的应用，为我们输电线路上荧光警示牌的研发创造了良好条件，对输电线路上防外力破坏也会起到极大的作用。

我们研制新型的荧光警示牌，目的就是要在夜间施工场地能够让施工人员清晰的看见警示标语，达到安全生产的目标，降低对线路外力破坏事件的发生。以往的输电线路所应用的警示牌多为铁制品，我们所研制的荧光警示牌，在避免浪费钢铁的行为，切实的做到了节能、环保、安全、应用范围广等。

2 项目研究

2.1 前期准备

本研究根据实际情况制定了详细方案，采用蓄光型自发光材料，具有吸光、蓄光功能，在亮处吸收日光、灯光等可见光，在黑暗处便可持续发光一段时间。无毒、无害、无放射性，无需电源供电，是一种节能产品。图案、规格按国家电力行业标准设计生产，并在一些特别图案上进行了创新。前期收集了相关的需求资料：

（1）采用透明性油墨、越透明发光效果越好。

（2）解决分散效果与发光效果的矛盾，长效长余辉夜光粉的粒度宜选用300目以上的细粉料，某些发光油墨对粉体粒径要求较高，需依实际情况来选定粉体粒度，粉体含量占20-50%（重量）。

（3）发光油墨不能用金属设备研磨，必要时可采用塑料或搪瓷内衬的设备球磨或沙磨最好采用高速分散的办法。

（4）可适当少量加入透明颜料，进行调色，但长效长余辉夜光粉的余辉指标会有不同程度的下降。

（5）依据不同的承印物选择不同类型的透明油墨，如：承印物PVC材料应选用适当油墨。

2.2 材料选择

本研究方案难点之一便是材料上的选择，经过多方面考究，也通过多次的实际试验相比较，最终确定所需材料。材料多选用塑料制品，减少了铁制品警示牌经常被偷盗的困扰。主要材质包括：稀土发光粉（配备荧光粉）、普通夜光粉、发光油墨、主板PVC材料、其他（长余辉夜光粉、透明颜料、阻燃ABS材料）等。其具体情况如表2所示。

表2 警示牌材料选配表

2.3 设计原理

确定本荧光警示牌所用到的相关原理，用稀土发光材料的发光原理：运用可见光激活稀土发光材料里的Eu3+、Dy3+等元素，储存光在暗处可发出波长为450-600nm的黄绿光。并根据使用地点、环境及客户的要求不同，采用PVC硬质低发泡聚氯乙烯板材和少量阻燃ABS材料制作警示牌。工作原理：在白天或灯光照射下，吸光10-30分钟可达到饱和，当在黑暗处时可以持续发光8小时以上。工作过程为：吸光->发光->吸光->发光，可无数次循环下去。稀土发光粉是浅黄色，因此选择制作警示牌PVC阻燃板材必需是偏向黄绿色为佳。

图1 工作原理及过程

2.4 设计尺寸

根据输电线路生产运行的实际需要，充分调查电力企业实际使用警示牌的形状、尺寸、质量等要求，以及输电线路防外力破坏荧光警示牌挂设对周边环境的影响，通过实际设计检测，确定设计尺寸如表3所示。

表3 设计尺寸参数表

2.5 材料布置

为了尽可能发挥所选择材料特性，经过多次试验研究和分析，最终确定了材料的分层布置方案，如图2所示。

图2 材料布置方案图

1、9-稀土发光粉层；2、8-透明油墨层；3、7-夜光粉层；4、6-发光油墨层；5-主板PVC材料。

3 结构设计

3.1 材料比配

在材料配比上，能达到实际应用的需求，尽量考虑了夜间光的质量、持续时间、颜色效果等相关条件，在相关材质配合使用方面做到了发挥最大功效、又能控制成本投资，主板PVC材料为整体构架，其它材料分层布置，主要材料布置方案（上半层）如图3。

图3 材料比配示意图（单位：mm）

3.2 外形设计

该警示牌外形（如图4）的设计，应寻求材质强度高、质量轻、设计简洁、外形环保的原则，最终方案如下。

图4 外形结构平面图（单位：mm）

3.3 固定装置

该防输电线路外力破坏的荧光警示牌，不仅仅安装在输电杆塔上，也能满足多方面的要求。为适合易发生输电线路外力破坏场所安装该警示牌，我们特别设计和制作出了一款固定安装装置，应用螺栓为4×Φ10、4×Φ4，这样满足了不同条件、不同场合下输电线路防外力破坏的要求，在线路施工危险点闭环之后，可以轻易拆除，并安装在下一危险点，一举多得。

3.4 结构受力

根据相关设计需要，我们制作出了荧光警示牌三维模型，并综合考虑实际应用过程中警示牌主要会受到风力作用，特别是南方沿海地区，会时常受到台风的干扰。因此，通过制造三维仿真模型，用软件进行仿真试验研究，并将其固定在已建好的杆塔模型上，其材料及结构能够抵抗相关干扰，应用伯努利方程（风-压关系）：

Wp=0.5·r·v2/g

标准状态下式中：wp为风压kN/m2；气压为1013hPa；温度为15℃；空气重度r=0.01225 kN/m3；重力加速度g=9.8 kN/m3。

由以上建模我们得到了该荧光警示牌的力学曲线（如图5）。经过论证，该警示牌在24m/s风速下，未发生损坏情况。

图5 荧光警示牌受力趋势图

4 创新元素

4.1 安全环保

该荧光警示牌具有节能、环保、安全，应用范围广等显著特点。该荧光警示牌能达到安全可靠和节能环保：该材料经权威检验整体无放射性物质、无毒、无害，生产使用时无三废污染，充分利用自然光源便可吸光、发光，不需电源或其他人工能源，属绿色环保节能产品。

4.2 材质特点

材质本身的物理和化学稳定性能好，使用寿命长：该材料可长期经受日光曝晒，在高温（+100℃）及低温（-70℃）等恶劣环境或强紫外线照射下不发黑、不变质，保持良好的发光状态，根据材质的实际特点，设计使用寿命长达10年以上。

4.3 发光特点

该荧光警示牌具有吸光时间短、发光时间长、亮度高等特点。该发光材料绝不同于反光材料或点致发光材料，它可在自然光、日光、灯光下照射10-30分钟左右，夜晚或黑暗处可持续发光并释放出所配比颜色的高亮度余辉，由于添加了适量的长效余辉发光粉，余辉时间可长达8小时以上。

4.4 颜色选择

可根据特殊的要求制定不同的颜色，夜光粉粗细目数（如图6）、颜色品种齐全，发光颜色：黄绿光、天蓝光、蓝绿光、紫色光、白色光、红色光、黄色光、桔红光、桔黄光、彩色系列等发光颜色，这样就给线路设备使用上提供了多项的选择，可根据警示牌的用途制成不同的颜色，如杆塔防撞牌（黄绿色）；安全距离警示牌（白色）；防盗牌（紫色）等。

图6 夜光粉粗细目数

5 成品制作

电力部门应提高自身防御能力，输电线路防外力破坏，要靠电力企业自身力量昼夜盯守电力设施是不可能完成的，要做到施工现场安装安全警示牌、警示标志。为防止野蛮施工造成惨重的后果，对施工工地，可采用本研究方案中的输电线路防外力破坏荧光警示牌，并派有关人员帮助制定线路保护方案，有效地防范电力线路外力破坏事故的发生。如设置“放风筝请远离高压线”、“保护电力设施人人有责”、“禁止堆土”、“禁止开挖”、“严禁碰撞”等警示牌，告示广大居民注意安全并保护好电力设施。

6 结束语

电力设施受外力破坏引起的电网事故比电网自身运行的事故具有更多的不可预见性，因此要制订完备的预防措施，防止因外力破坏产生电网连锁事故、造成电网瘫痪的大事故。对此，要有不怕一万，就怕万一的思想意识和行动上的准备，要积极利用新技术，提高电力设施防外力破坏事故发生的技术含量，减少破坏电力设施的风险。输电线路防外力破坏的荧光警示牌在输电线路上的应用，会大大的降低夜间外力破坏事故的发生，会带来不可估量的社会效益和经济效益。

参考文献

[1]郑宗安.提高供电可靠性的探讨[J].中国电力，2002.

[2]任国明，邵玉槐.电力企业安全生产形势及问题探讨[J].中国安全生产科学技术，2007.

[3]国家电网公司电力安全工作规程（电力线路部分）[M].北京：中国电力出版社，2005.

[4]王新敏.ANSYS工程结构数值分析[M].北京：人民交通出版社，2007.

作者简介：陈忠华（1985-），男，吉林长春人，工程师，主要从事输变电工程技术与研究工作。

邬韦华（1982-），男，浙江杭州人，技术人员，主要从事输电线路工程技术工作。

陈旭（1984-），男，江苏盐城人，助理工程师，主要从事输电线路设计工作。