自感光亮警告牌的研制与推广研究

引言

大型车辆在行驶过程中刮碰输电线路的事件频繁发生,导致输电线路及相关电力设备遭受不同程度的损坏,严重时还可能导致大范围停电事故。随着电力系统的不断扩张,越来越多的输电线路架设于偏远位置,电力设备、塔杆、线路等长期处于无人值守的环境中。常规警告牌能够发挥的警告作用非常有限,尤其在夜间,给输电线路及人员、车辆带来一定的安全隐患。鉴于此,太阳能自感光亮警告牌应运而生,其被安装于输电线路配变、塔杆、配电房等位置,带有红外线感应功能,当有行人或车辆靠近危险区域时,感应装置启动,控制声光联动系统发出声光警示,以提醒相关人员注意安全,远离电力危险区域。太阳能自感光亮警示牌系统包括警示牌、太阳能电池板、广播系统、集成控制系统、红外感应单元、智能光感模块、智能巡检系统等。除太阳能电池板外,警告牌系统还配备了备用电池,用于夜晚、阴雨雾霾天等太阳能功率不足时段的电力供应。

1输电线路太阳能自感光亮警告牌的研制

1.1设计规划

当前输电线路系统中常见的警告牌大多结构简单、形式单一,无法充分起到提醒附近机械生产作业及相关人员注意,保护输电线路的作用,外力破坏事故时常发生[1]。在对输电线路外力破坏警告牌进行优化设计时,需重点关注声光警示的同时实现,并对警告牌的生产成本及安装便捷性进行控制,以便根据输电线路外力破坏情况,调整太阳能警告牌的设置位置,提高警告牌使用效率及安装灵活性。

1.2设计方案

1.2.1太阳能自感光亮警告牌结构设计

太阳能自感光亮警告牌结构主要包括太阳能电池板、太阳能充电控制器、LED发光二极管、中央控制器、红外感应装置、蓄电池、扬声器、可调节固定支架等。太阳能自感光亮警告牌结构设计如图1所示。

1.2.2太阳能自感光亮警告牌工作原理

太阳能电池板将太阳辐射转化为电能并存储在蓄电池中,为整个警告牌系统供电。中央控制器负责对声光警示模块进行控制,确定其激发时间及声光信号的发出频率。日间,仅扬声器启动,当红外感应装置监测到异常信号后,中央控制器对扬声器下达指令,播放相关语音提示,提醒周围车辆及人员注意保护输电线路。夜间,仅信号灯启动,不断闪烁以对周围人员进行提醒。声光报警系统分别启动的方式能够在确保警

图1太阳能自感光亮警告牌结构设计

示效果的同时,降低太阳能警告牌的运行能耗,同时避免夜间发出报警声响影响周边居民的正常生活。

1.2.3太阳能自感光亮警告牌技术指标

太阳能自感光亮警告牌通常配备功率为50w的太阳能电池板以及电压为12V、容量为50Ah的蓄电池。部分太阳能自感光亮警告牌也将供能系统设计为太阳能配合12V外部供电电源的方式。安装功率为2w的扬声设备,根据输电线路保护需求,选择安装2～3个警示灯,每一个警示灯由60只0.036w的LED发光二极管构成。太阳能自感光亮警告牌系统中的主要耗能单元为扬声器和警示灯。为保证耗能单元有稳定的电能供应,要求太阳能电池板的功率至少为负载功率的3倍。扬声器的额定功率为5w,有效作用范围在50～60m,语音提示等级在70～80dB/4m,作用频率在100～20kHz。警示灯的额定功率为5w,有效警示距离在100～120m。红外感应系统的有效感应距离在5～10m。以上技术指标为太阳能警告牌的理想标准,可根据输电线路的特点及外力破坏故障发生情况进行合理调整,在满足警示需求的同时,合理控制太阳能警告牌的生产及应用成本。若遭遇连续的雨雪或阴天天气,蓄电池需至少提供3天的警告牌正常运行所需电能。

2输电线路自感光亮太阳能警告牌的应用

2.1太阳能自感光亮警告牌的安装

在输电线路上确定太阳能自感光亮警告牌的安装位置,并设置可调节固定支架,将太阳能警告牌系统固定到支架上。要求安装位置醒目,警告牌系统底边距地面高度应在1.5～2.5m,确保其在车辆及行人正常视角之内[2]。由于固定支架可灵活调整,太阳能警告牌的安装角度、倾斜度等均可根据现场情况进行适当选择,保证警告牌与地面调整的角度处于最醒目的方向。位置调节完毕后,紧固固定螺栓,完成太阳能警告牌安装作业。

例如,某输电线路太阳能自感光亮警告牌安装施工采用高压绝缘作业斗臂车进行。将斗臂车调整至待安装位置的正下方,由两名技术人员配合完成安装作业。安装过程中,操作杆的长度根据输电线路电压等级的有效长度决定,与导线间预留足够的安全距离。将指示牌放置在安装工具上,使用起子抬起警告牌压簧并碰击导线,压簧与导线固定后,撤下工具,完成安装。为检验太阳能警告牌的警示效果,在安装区域周围的工人、司机、居民群体中选取60人进行调查访问。在安装前,被调查人员安全认知率在18/60,安装后,这一数字上升为55/60。对本安装点输电线路发生外力破坏故障的情况进行统计,安装后1年内,故障发生率较之前降低了72.5%,警示效果明显。

2.2太阳能自感光亮警告牌的优化

2.2.1性能提升

优选PC材料的外置太阳能电池板,并尽可能进行IC控制:使用不锈钢材料制作太阳能警告牌挂架、压簧等部件,避免在使用过程中发生锈蚀:保证LED指示灯的密封性,要求将指示灯内部的电路板隔离,避免灯罩破损时外部雨水渗入,影响指示灯正常发挥作用。

2.2.2电池寿命

电池寿命通常决定了太阳能自感光亮警告牌的使用时长,在选取电池元件时,需要重点考虑其使用寿命。例如,选用3.3V、500mAh的镍氢电池,该型号电池充放电1000次后,其容量降低至原来的79%,蓄电量一般可达到常规镍铬电池的1.3倍,且质量更轻,使用寿命长,经济性更高。另外,外部环境温度会给电池性能的发挥造成明显影响,在高温、极寒环境中电池无法正常工作。因此对太阳能警告牌的优化,需重点考虑温度对电池性能的影响。

2.2.3警告牌亮度

太阳能自感光亮警告牌中使用了LED发光元件,相对于反光类材料,其发光强度更大,亮度最大可达到2000mcd,可视距离超过500m,即便在雨雪、雾霾天气,也能为司机、大型机械驾驶员及行人提示输电线路的具体位置。

3结语

在输电线路中普及应用太阳能自感光亮警告牌已经成为主流趋势,相关单位需结合输电线路所在区域的特点,合理选择相应技术参数的太阳能警告牌,辅助信息化监管系统或人员,做好输电线路运维工作。