摘要：随着科技发展，激光因其高亮度、高方向性、高能量，在科学研究、医疗、军事方面得到广泛应用。目前，在电力线路生产实际中，经常会遇到线路设备如铁塔、导地线上覆冰或悬挂异物的情况，因局部大风天气难以预先知晓，无法进行预防。若具有导电性的异物悬挂在导线上则会引起线路跳闸，甚至会对周围百姓的生命安全造成威胁。激光设备目前具有高机动性，可以迅速到达现场熔断异物、融化覆冰，提高线路运行可靠性。因此，其在电路线路生产中具有较好应用前景。
关键词：激光；输电线路；异物；覆冰
【正文】
1 CO2激光发生器
CO2激光器效率高，不造成工作介质损害，发射出10.6μm波长的不可见激光，是一种比较理想的激光器。按气体的工作形式可分封闭式及循环式，按激励方式分电激励，化学激励，热激励，光激励与核激励等。
CO2激光器的工作原理：与其它分子激光器一样，CO2激光器工作原理其受激发射过程也较复杂。分子有三种不同的运动，即分子里电子的运动，其运动决定了分子的电子能态；二是分子里的原子振动，即分子里原子围绕其平衡位置不停地作周期性振动——并决定于分子的振动能态；三是分子转动，即分子为一整体在空间连续地旋转，分子的这种运动决定了分子的转动能态。分子运动极其复杂，因而能级也很复杂。
CO2分子为线性对称分子，两个氧原子分别在碳原子的两侧，所表示的是原子的平衡位置。分子里的各原子始终运动着，要绕其平衡位置不停地振动。根据分子振动理论，CO2有三种不同的振动方式：①二个氧原子沿分子轴，向相反方向振动，即两个氧在振动中同时达到振动的最大值和平衡值，而此时分子中的碳原子静止不动，因而其振动被叫做对称振动。②两个氧原子在垂直于分子轴的方向振动，且振动方向相同，而碳原子则向相反的方向垂直于分子轴振动。由于三个原子的振动是同步的，又称为变形振动。③三个原子沿对称轴振动，其中碳原子的振动方向与两个氧原子相反，又叫反对称振动能。在这三种不同的振动方式中，确定了有不同组别的能级。
CO2激光的激发过程：CO2激光器中，主要的工作物质由CO2，氮气，氦气三种气体组成。其中CO2是产生激光辐射的气体、氮气及氦气为辅助性气体。加入其中的氦，可以加速010能级热弛预过程，因此有利于激光能级100及020的抽空。氮气加入主要在CO2激光器中起能量传递作用，为CO2激光上能级粒子数的积累与大功率高效率的激光输出起到强有力的作用。
CO2激光器的激发条件：放电管中，通常输入几十mA或几百mA的直流电流。放电时，放电管中的混合气体内的氮分子由于受到电子的撞击而被激发起来。这时受到激发的氮分子便和CO2分子发生碰撞，N2分子把自己的能量传递给CO2分子，CO2分子从低能级跃迁到高能级上形成粒子数反转发出激光。
结构：①激光管：是激光机中最关键的部件。常用硬质玻璃制成，一般采用层套筒式结构。最里面一层是放电管，第2层为水冷套管，最外一层为储气管。二氧化碳激光器放电管直径比He-Ne激光管粗。放电管的粗细一般来说对输出功率没有影响，主要考虑到光斑大小所引起的衍射效应，应根据管长而定。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆管长的粗一点，管短的细一点。放电管长度与输出功率成正比。在一定的长度范围内，每米放电管长度输出的功率随总长度而增加。加水冷套的目的是冷却工作气体，使输出功率稳定。放电管在两端都与储气管连接，即储气管的一端有一小孔与放电管相通，另一端经过螺旋形回气管与放电管相通，这样就可使气体在放电管中与储气管中循环流动，放电管中的气体随时交换。
光学谐振腔：CO2激光器的谐振腔常用平凹腔，反射镜用K8光学玻璃或光学石英，经加工成大曲率半径的凹面镜，镜面上镀有高反射率的金属膜——镀金膜，在波长10.6μm处的反射率达98.8％，且化学性质稳定。二氧化碳发出的光为红外光。所以反射镜需要应用透红外光的材料，因为普通光学玻璃对红外光不透。就要求在全反射镜的中心开一小孔。再密封上一块能透过10.6μm激光的红外材料，以封闭气体。这就使谐振腔内激光的一部分从这一小孔输出腔外，形成一束激光。
电源及泵浦：封闭式CO2激光器的放电电流较小，采用冷电极，阴极用钼片或镍片做成圆筒状。30～40mA的工作电流，阴极圆筒的面积500cm2，不致镜片污染，在阴极与镜片之间加一光栏。
泵浦采用连续直流电源激发。激励CO2激光器直流电源原理，直流电压为把市内的交流电压，用变压器提升，经高压整流及高压滤波获得高压电加在激光管上。
2 激光在电力线路生产中的应用
2.1 激光扫描技术在线路运维中的应用
通过直升机搭载激光扫描仪，通过融合多光谱、全景摄影、倾斜摄影、图像智能分析技术等技术，实现重大、紧急缺陷快速检测、不同运行工况实时分析、输电线路走廊树种分析和生长趋势预测、通道外破隐患智能识别与警告。对输电线路运行维护进行智能化、可视化、信息化管理。
2.2 高能激光发射器在线路运维中的应用
2.2.1 处理异物
高能激光发射器能够产生高能量激光束，激光束具有高亮度、高方向性、高能量等特点，可以熔断悬挂在线路铁塔、导地线等线路设备上的塑料布、遮阳网等异物。
线路巡视人员在巡视现场发现异物缺陷后，立即安排车辆携带发电机、激光发生器等设备赶往现场，在较短时间内将设备准备完毕，在线路外50米位置即可操控设备，对异物进行熔断处理，无需采取带电作业，明显减少作业时间、降低作业危险性。
2.2.2 融冰作业
自2010年起，冰害对输电线路安全稳定运行的威胁越来越严重，导地线、杆塔上的冰雪，不仅会造成冰闪，还会增加导地线和铁塔的载荷，严重时甚至会对铁塔结构造成破坏发生断线倒塔事故，造成人员伤亡和巨大经济损失。利用激光高能量的特点，可以融化输电线路设备上的冰雪，消除覆冰对线路设备的危害。
【结论】
激光不仅可以用于输电线路运维管理，还可以对线路设备上的异物、冰雪进行熔融，能够明显减少带电作业次数、降低线路运维成本、降低高空作业对作业人员人身安全造成的威胁，对输电线路安全稳定运行有着重要意义。
论文作者:高森,刘秉龙,张春波,高翔,高燕春
论文发表刊物:《电力设备》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/1
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