摘要：开发了一套新型远程激光带电处理异物装置，该装置采用激光高能量，远程聚焦，烧融带电高压线上的可燃性异物。该装置能够适应高压输电线路的运行环境，快速安全的处理挂线可燃异物。现场试验表明该装置几分钟内即可清理完高压线上的塑料、纤维等可燃性异物，大大提高检修工作效率。
关键词：输电线路；带电作业；异物处理；激光器；远程清理；
0 引言
随着社会的发展，城镇化建设的的速度越来越快，人们对电能的需求量不断增加,特别是一、二级用电单位不断增加，供电负荷越来越大，对供电部门的要求越来越高。任何一个环节出现问题都会对电力系统的运行产生很大的消极影响。带电作业工作就是基于上述要求，所采取的一项重要技术手段，能大大减少设备停电次数，及时消除带电设备缺陷，满足线路安全运行的要求。
目前江苏省共有高压输电线路近三万七千六百多千米，每年异物挂线次数有三千二百多次，常见带电处理线路异物的方法主要有绝缘操作杆法，翻跟斗滑车绝缘绳法[1]，无人机喷火法。当异物（如广告飘带，塑料气球，常见的风筝、韧性强度很强的风筝线、大棚薄膜等）离杆塔距离在10米以内时，可采用绝缘操作杆法或者翻跟斗滑车绝缘绳法清理高压线上异物。但大多数高压线路分布在野外，可能与农田、鱼塘、树木、高架桥等在一起，翻跟斗滑车的行驶受很大的阻碍。现有利用遥控飞机加载喷火枪带电处理异物方式被广泛应用，无人机的操控性不被一般人掌握，遇到大风，沙尘暴等天气，无人机无法准确瞄准目标，风力和风向对无人机飞行的影响很大，难于在短时间内瞄准目标实现喷火作业。新型激光远程电网清除异物装置不受距离限制，可以解决现有传统方法的不足，破除传统方法所受到的环境限制，解决传统方法在处理异物中遇到的困难，从而能够更高效、更便捷、更安全地处理异物。
1、系统设计
目前，激光器设备已经应用于各个领域，激光检测是较早被利用的，电力部门也利用激光检测功能进行日常电路的巡航检测[2-7]。本系统利用激光高能量、单色性、方向性等特点，研制新型远程激光带电处理异物装置。利用激光高能量瞬间消融高压线上缠绕的异物，且不损伤输电线路。新型激光远程电网清除系统如图1所示。
图1. 新型激光远程电网清除系统示意图
2系统架构及参数
新型激光远程电网清除装置系统结构如图2所示，核心部件由1、电源；2、光纤激光器；3、光纤；4、连接于光纤激光器的光束整形装置与瞄准装置；5、带动光束整形装置与瞄准器转动的云台；6、三脚架；7、瞄准图像显示屏；8、控制手柄等部件组成。各部件进行合理布局和装配，十分便捷，结构简单，操作灵活，通用性良好。
激光器采用风冷设计，激光耦合输出功率在100-150W为宜。连接于激光器的光束整形装置采用非球面设计，对激光器输出的高斯光束进行整形，在100m处实现光斑聚焦。控制手柄采用PLC设计,通过RS232接口对激光器功率、开关进行控制。控制手柄，体积小，重量轻，方便携带。瞄准装置采用4-16x光学放大倍率，可实现50-200m距离目标准确锁定。三脚架采用铝合金材料，结构稳定，重量轻。云台采用伺服直流电机驱动，可以双轴转动，旋转精度小于1角秒。遥控器由双行16字符LCD屏，LED背光键盘。
图2. 新型激光远程电网清除装置系统结构
3 作业流程
利用激光高能量，瞬间烧融异物等特性，新型激光远程电网清除装置可以完成常规线路异物清除工作。其作业流程如图3所示。首先，在适当位置，将电源、光纤激光器、激光发射装置、云台、三脚架、瞄准图像显示屏、控制手柄安装完成；然后通过控制手柄旋转云台，使其目标位于瞄准图像显示屏上，通过精调目标，使其位于十字叉中心；打开激光器，通过手柄控制云台，使激光在目标附近往复扫描；当激光运行到异物上，会快速烧融高压线异物，最终，异物从高压线上脱落下来；最后关闭激光，然后关闭其他部件电源，任务完成。
图3. 新型激光远程异物处理作业流程
4 应用情况及性能分析
本文选取110kV输电线路导线缠绕飘带场景进
行试验，检验新型激光远程处理异物装置的实际性能。在室外空旷地带，将异物固定在距离地面高度100米处，装调新型远程激光异物清除装置进行试验，图4为应用该装置对挂线异物烧融处理的图片。
图4. 激光将挂线异物烧断
在高压线输送电路中，铝制导线在架空输电线路中被广泛应用，异物对铝制导线的不良影响也更为严重。研究选择典型的铝制导线作为异物载体进行远程激光异物清除试验载体。
对比激光对不同材料异物的清除能力和清除效率，本研究选择红外光纤激光器，设置功率100W，通过光束整后，发射激光，在距离100m处对常见异物材料进行试验，选择具有代表性异物材料：白色风筝线、红/黑/白毛线、灰色打包线、绿/棕麻绳、红/蓝/绿涤纶布、红/黄/黑尼龙布、黄/黑/红塑料布、红/白无纺布。
实验结果所示，激光功率为100W时，可以烧断所有异物线材和大部分异物布料，且异物灼烧实验后观察铝绞线表面无损伤。
传统方法需要工作人员携带专业操作工具到达线路上指定的异物处理地点，大部分情况需要人员亲自爬上塔处理，不仅耗费时间较长之外，还具有一定的人员安全风险，传统带电处理异物的方法需要申请停用重合闸，其从工作许可人向调度申请停用重合闸开始到变电站运行人员正式停用重合闸，其至少需要2小时的时间，一般的使用绝缘操作杆带电处理异物的工作时间为1小时，使用翻跟斗滑车处理异物需要2小时，复杂异物处理所需要的工作时间则更长，由此可见整个工作流程完成所需要的时间要超过3小时。无人机喷火装置受到操作人员技术熟练程度和外界风力的影响，很难在大风环境下正常操作，户外携带汽油等易燃品，既不环保，也不安全。[8]然而本研究项目研发的新型激光远程电网异物清除装置将很好的缩短整个工作时间，处理高压线异物既安全，又环保。最远清除距离可覆盖常规高压线高度，整个异物清除工作不需要人员亲自上塔操作，操作步骤得到简化，相比传统方法不仅节省了人员的体力劳动，更简化了工作流程，降低了工作人员的安全风险，不需要停用重合闸，也就是省去了停用重合闸的时间。综上，应用该装置进行异物处理将大大节约工作时间，提高工作效率，降低安全风险。
5 激光安全
激光清除仪在操作过程中，必须遵循激光安全标准，激光设备外壳必须有激光安全警告标志、电击警告标志和激光安全标志等。操作激光设备时，必须要佩戴激光防护眼镜，不要将激光器对准人的眼睛，只允许经验丰富的人员操作激光器，约束好观看者。只有瞄准器锁定目标后，才可以开光，否则视为违规。
6 结束语
本文提出了一种新型激光远程异物处理的新技术，并研发完成新型激光带电处理异物装置。该装置利用激光高能量，瞬间烧融高压线表面的异物。该异物处理方法省时省力，能够大大提高工作效率，降低安全风险。
参考文献
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第1作者简介：朱德中（1976--至今），男，籍贯江苏苏州人，大专学历，输电线路运行与检修专业，中级工程师
第2作者简介：赵进军（1969--至今），男，籍贯江苏苏州人，大学本科学历，输电线路运行与检修专业，高级工程师
第3作者简介：周健（1984-至今），男，籍贯江苏苏州人，大学本科学历，计算机科学与技术专业，工程师
第4作者简介：徐懿昭（1992-至今），男，籍贯江苏苏州人，大学本科学历，输电线路运行与检修专业
论文作者:朱德中1,赵进军1,周健2,徐懿昭1
论文发表刊物:《电力设备管理》2017年第7期
论文发表时间:2017/9/6
标签：异物论文; 激光论文; 装置论文; 激光器论文; 线路论文; 作业论文; 操作论文; 《电力设备管理》2017年第7期论文;