鄭理威，溫帶銀，譚炯潤(rùn)，林灼燈，呂嘉亮

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門(mén)供電局，廣東江門(mén) 529000）

1 課題背景

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和城市的快速發(fā)展，輸電線(xiàn)路桿塔與道路有了越來(lái)越多的交匯點(diǎn)，這些交匯點(diǎn)處的輸電線(xiàn)路往往涉及重要交叉跨越，一旦發(fā)生事故，極易造成嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。而由于交匯點(diǎn)處車(chē)流量較大，發(fā)生車(chē)輛碰撞輸電線(xiàn)路桿塔的風(fēng)險(xiǎn)非常大，輕則導(dǎo)致車(chē)輛和桿塔損壞，重則發(fā)生倒塔停電和人員傷亡，嚴(yán)重威脅著人們?nèi)罕姷纳?cái)產(chǎn)安全和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，在輸電線(xiàn)路桿塔上采取防碰撞措施顯得至關(guān)重要。

目前常采用的桿塔防碰撞警示手段主要有兩種，一是在桿塔塔材或基礎(chǔ)上粘貼紅白相間的防撞貼紙，二是直接在桿塔塔材或基礎(chǔ)上噴涂防撞標(biāo)識(shí)。這兩種方法都有著一定的局限性，不能適用于所有情況。紅白相間的防撞貼紙作為一種簡(jiǎn)單易行的防撞措施，雖然可以有效降低車(chē)輛碰撞桿塔事故的發(fā)生率，但是在日曬雨淋等戶(hù)外條件下，使用壽命會(huì)大大縮減，很快出現(xiàn)褪色、表皮部分脫落等現(xiàn)象，且防撞貼紙不易清洗，容易留下污漬，造成二次污染，影響桿塔美觀。相較于防撞貼紙，在桿塔塔材或基礎(chǔ)上噴涂防撞標(biāo)識(shí)則要更加耐用，不易褪色、老化，使用壽命更長(zhǎng)，可長(zhǎng)久保持桿塔防撞標(biāo)識(shí)的清晰，缺點(diǎn)是顏色較深，反光度不足，夜間警示范圍小、效果差，此外噴涂操作工序復(fù)雜、費(fèi)時(shí)費(fèi)力，噴涂過(guò)程中產(chǎn)生的氣溶膠可能會(huì)危害操作人員身體健康及造成環(huán)境污染。

為解決上述問(wèn)題，研制一種新型的具有防撞功能的警示裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用靈活，適用于各種形狀、尺寸的輸電線(xiàn)路桿塔塔材和基礎(chǔ)，并且便于攜帶和安裝、自潔能力強(qiáng)、反光性好、安全環(huán)保，在惡劣的自然條件下依然具有較長(zhǎng)的使用壽命，起到良好的安全警示作用。

2 防撞警示裝置在輸電線(xiàn)路桿塔上的應(yīng)用情況分析

由于輸電線(xiàn)路桿塔及基礎(chǔ)自身抗碰撞能力較差[1]，十分有必要為車(chē)輛通行道路附近的輸電線(xiàn)路桿塔加裝防撞警示裝置。影響防撞警示裝置效果的因素主要有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選擇兩個(gè)方面，結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)影響著裝置安裝的便利性、牢固程度，而材料的選擇則影響著裝置的警示距離、維護(hù)成本及使用壽命。

2.1 鋼結(jié)構(gòu)塔分類(lèi)及特點(diǎn)

我國(guó)由于幅員遼闊，地形復(fù)雜，山地、丘陵、平原交錯(cuò)分布，架空輸電線(xiàn)路多采用鋼結(jié)構(gòu)塔，這樣可以減少土地占用，同時(shí)有利于提高桿塔的穩(wěn)定性。鋼結(jié)構(gòu)塔按塔材種類(lèi)可分為角鋼塔和鋼管塔兩大類(lèi)，角鋼塔有著比較成熟的加工、運(yùn)輸、安裝及運(yùn)行等方面的經(jīng)驗(yàn)，尤其適用于大跨越輸電桿塔，其主斜材斷面一般采用角鋼組成的結(jié)構(gòu)式斷面，角鋼之間通過(guò)綴條進(jìn)行結(jié)合。角鋼塔的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、抗風(fēng)能力強(qiáng)、運(yùn)輸安裝方便，是目前電網(wǎng)中應(yīng)用最為廣泛的塔型（圖1）。

圖1 角鋼塔

鋼管塔斷面在各方向受力均勻，在面積相同的情況下，回轉(zhuǎn)半徑更大。鋼管構(gòu)件截面中心對(duì)稱(chēng)，截面特性各向同性；材料均勻分布在周邊，截面抗彎剛度大。對(duì)于輸電鐵塔的受拉桿件，當(dāng)鋼管與角鋼的截面積相當(dāng)時(shí)，鋼管塔桿件不顯現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)。而對(duì)于輸電鐵塔的壓彎構(gòu)件，采用較小截面積且有較大回轉(zhuǎn)半徑的鋼管可以充分均衡地發(fā)揮材料的力學(xué)性能，達(dá)到結(jié)構(gòu)剛度和穩(wěn)定要求，尤其對(duì)于結(jié)構(gòu)幾何尺寸較大、桿件較長(zhǎng)的大荷載鐵塔，鋼管塔桿件穩(wěn)定性能好的優(yōu)勢(shì)很明顯。鋼管截面可充分發(fā)揮材料強(qiáng)度，改善構(gòu)件的截面剛度，降低長(zhǎng)細(xì)比（圖2）。與角鋼塔相比，鋼管塔能大大減少輔助桿材的數(shù)量，減小鐵塔的擋風(fēng)面積，使得鐵塔質(zhì)量減輕，同時(shí)鋼管塔整體外形也比角鋼塔美觀。但鋼管塔單根構(gòu)件較重，在運(yùn)輸安裝和鍍鋅時(shí)比較困難，另外鋼管塔對(duì)鋼材材質(zhì)要求較高，在焊接時(shí)工作量較大，加工價(jià)格也高[2]。

圖2 鋼管塔

2.2 防撞警示裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)不同的電壓等級(jí)和地形地貌，不同桿塔所采用的鋼材尺寸及基礎(chǔ)類(lèi)型不盡相同。因此，防撞警示裝置要能靈活調(diào)節(jié)以適配不同的塔型、塔材或基礎(chǔ)，這樣才能提供大規(guī)模安裝使用的便利性。除此之外，綜合考慮防撞警示裝置在運(yùn)輸過(guò)程中的便攜性，采用折疊式的結(jié)構(gòu)是一個(gè)很好的選擇。具體來(lái)說(shuō)，即利用有限元?jiǎng)澐值乃枷雽⒎雷簿狙b置整體劃分為多個(gè)細(xì)度滿(mǎn)足要求的防撞警示條，再通過(guò)鉸鏈將其連接組合起來(lái)。通過(guò)折疊，防撞警示裝置可以變的更具流動(dòng)性，能根據(jù)具體的空間情況來(lái)折成不同的形狀，以滿(mǎn)足運(yùn)輸、搬運(yùn)過(guò)程中的便攜性要求或安裝過(guò)程中與塔材、基礎(chǔ)之間的貼合性要求。滿(mǎn)足以上要求之后，還需在防撞警示裝置收口處使用特制卡扣卡緊，以使裝置能夠有效閉合，保證裝置安裝的牢固程度。

3 技術(shù)方案

3.1 防撞警示裝置的材料選擇

影響防撞警示裝置視認(rèn)性的因素有很多，其中人、環(huán)境以及防撞警示裝置本身起著較為關(guān)鍵的作用。人的因素主要涵蓋駕駛?cè)说哪挲g、視覺(jué)狀況、心理狀態(tài)、觀測(cè)距離、駕駛車(chē)輛型號(hào)等；環(huán)境因素主要包括環(huán)境亮度、氣候條件、道路路況等[3]；防撞警示裝置因素主要包括警示標(biāo)志面的光澤、清潔程度、反光性能等。在人的因素和環(huán)境因素?zé)o法控制的情況下，要想降低桿塔遭受車(chē)輛碰撞的概率則只能從防撞警示裝置本身入手，通過(guò)選擇耐污性能強(qiáng)、反光度高的材料來(lái)提高一定條件下防撞警示裝置的視認(rèn)性。

反光材料是指可將入射光線(xiàn)反射回入射介質(zhì)的材料，也稱(chēng)為逆反射材料或回歸反射材料。當(dāng)入射光線(xiàn)在一定范圍內(nèi)入射到反光材料表面時(shí)，反射光線(xiàn)會(huì)集中在一個(gè)很小的范圍內(nèi)反射。反光材料廣泛應(yīng)用于交通、運(yùn)輸、消防等領(lǐng)域的標(biāo)識(shí)。反光系數(shù)強(qiáng)度、耐磨損性、耐水洗性等是反光材料制品的重要性能指標(biāo)[4]。反光材料分為玻璃微珠和微棱鏡兩種類(lèi)型。玻璃微珠是較為傳統(tǒng)的反光材料，最早使用時(shí)間可以追溯到本世紀(jì)20 年代，其原理是將玻璃微珠均勻的粘接在基材上，剪裁為不同的形狀后貼于相應(yīng)的設(shè)備、設(shè)施上，當(dāng)有光線(xiàn)照射過(guò)來(lái)時(shí)，入射光線(xiàn)經(jīng)過(guò)玻璃微珠折射后聚焦于底面，再通過(guò)玻璃微珠沿入射方向反射回去，即可呈現(xiàn)反光效果。相比玻璃微珠，70 年代初面世的微棱鏡具有更好的光學(xué)性能和耐久性，二者之間的不同之處在于：①玻璃微珠參與反射光線(xiàn)的表面積只有約1/4，而微棱鏡則有3 個(gè)面對(duì)入射光線(xiàn)進(jìn)行折射后再反射，參與反射光線(xiàn)的表面積是玻璃微珠的3 倍左右；②玻璃微珠大小不等且分布不均勻，在基材上粘接后會(huì)留下較多的空隙，影響整體的反光效果，而微棱鏡則能做到大小均一，可以通過(guò)機(jī)械壓合不留空隙地分布在基材上，反光效果和耐久性都有很大提升。

微棱鏡型反光材料包括3 類(lèi)：乙烯基、丙烯酸和聚酯。乙烯基反光材料具有良好的耐磨性、可彎折，使用壽命一般為1～2年，比較適合頭盔、服裝、背包上使用。丙烯酸和聚酯反光材料均可全天候使用、耐磨、耐腐蝕、耐溶解，戶(hù)外使用壽命可達(dá)3～5年，適用于各種交通標(biāo)識(shí)、戶(hù)外警示裝置，此外聚酯反光材料還具有可折疊、抗擠壓的特點(diǎn)。

3.2 防撞警示裝置技術(shù)分析

基于以上分析，可以看出聚酯類(lèi)的微棱鏡反光材料最為契合所設(shè)計(jì)的防撞警示裝置的要求。所設(shè)計(jì)的防撞警示裝置，選用PVC 作為結(jié)構(gòu)材料，表面以聚酯類(lèi)的微棱鏡反光材料制作警示標(biāo)志，通過(guò)鉸鏈組合成可折疊結(jié)構(gòu)，可達(dá)到節(jié)省存儲(chǔ)空間、便于運(yùn)輸、攜帶和安裝、惡劣天氣和夜間具備良好警示效果的目的。使用本裝置時(shí)，安裝人員無(wú)需事先對(duì)桿塔塔材或基礎(chǔ)類(lèi)型進(jìn)行具體勘查或測(cè)量，只需攜帶足夠尺寸的該裝置，到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后再以裝代量，經(jīng)適當(dāng)調(diào)節(jié)后即可完成安裝。

4 應(yīng)用成效

該裝置已經(jīng)于2020—2021 年在廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門(mén)供電局輸電管理一所110 kV 以上電壓等級(jí)的輸電線(xiàn)路桿塔中廣泛應(yīng)用，據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，應(yīng)用此裝置后因車(chē)輛碰撞桿塔導(dǎo)致的外力破壞事故數(shù)量比上一年度減少了約72%，其中夜間及惡劣天氣條件下的事故數(shù)量比上一年度減少約86%，有力保障了公共安全及電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。