輸電線路激光清洗方法的研究

吳尚陽

摘? 要：電纜、絕緣子和連接件作為輸電線路的重要組成部分由于長期暴露于室外，所以很容易被污染，尤其絕緣子具有隔絕導(dǎo)電部分和支撐兩種主要作用，被大量用于送電線路和發(fā)電站、變電站的設(shè)備上。當(dāng)絕緣子被污垢污染時(shí)，它的絕緣性能會大大下降，最終導(dǎo)致閃絡(luò)事故。所以定期清洗是保證輸電線路正常工作的重要任務(wù)，由于傳統(tǒng)清洗方式存在效率低、危險(xiǎn)性高和便捷性低的問題，所以該文針對輸電線路中電纜、絕緣子和連接件提出了一種激光清洗的方法，從而解決目前輸電線路清洗存在的問題。

關(guān)鍵詞：輸電線路? 激光清洗? 高重頻脈沖激光

中圖分類號：TM77 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）09（a）-0068-02

激光清洗（LaserCleaning）作為一項(xiàng)新興的表面清潔技術(shù)，具有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如清洗精度高、控制性好、與工作物質(zhì)無接觸等，在某些領(lǐng)域優(yōu)越于傳統(tǒng)的清洗技術(shù)。從20世紀(jì)80年代誕生以來，激光清洗在理論模型研究和技術(shù)應(yīng)用方面取得了令人矚目的發(fā)展，受到了產(chǎn)業(yè)界相關(guān)研究人員的高度重視，輸電線路按其形式不同可分為高架輸電線路和地下輸電線路兩種，目前高壓輸電線路主要取用高架輸電線方式，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是可充分利用空氣的高絕緣性。但由于輸電線路長期暴露于空氣中所以很容易受到污染，所以需要定期清洗。傳統(tǒng)清洗方法主要有清洗機(jī)清洗、射流清洗、噴洗和水幕清洗等，但這些方法都存在著很多危險(xiǎn)和隱患，操作不當(dāng)其結(jié)果會造成更大的電力事故。而激光清洗作為一種新興清洗方式可實(shí)現(xiàn)輸電線路帶電工作的非接觸式清洗，可以解決目前傳統(tǒng)高壓輸電線路清洗的問題，該文針對高壓輸電線路的特殊性提出了一種激光清洗的方法，從而提高高壓輸電線路清洗的安全性和方便性。

1? 傳統(tǒng)清洗方法

（1）清洗機(jī)清洗。

人工操作的濕潤刷式清洗機(jī)由清洗罐、噴頭和毛刷組成。毛刷可通過一個(gè)環(huán)抱結(jié)構(gòu)固定在絕緣子上，清洗時(shí)水從噴頭流出，人工操縱絕緣棒，用毛刷清洗連接件和絕緣子的各個(gè)部位。這種方法需要工人有特殊的操作技能，高空作業(yè)有一定危險(xiǎn)性。

（2）射流清洗。

有便攜式射流清洗機(jī)、射流式管道清洗裝置和射流清洗車等幾種不同方式。便攜式射流清洗機(jī)由水罐斗加壓泵和小口徑噴槍組成。這種方法適用于77kV以下的送電線路及配電線路的清洗。但這種清洗裝置的成本很高，用水量大，只能在重要供電線路和有充足水源的地方采用。

（3）噴洗。

使用類似消防水槍的噴頭安裝在可上下左右自由操作的支架上，對輸電線路進(jìn)行人工清洗，但水壓比噴射低，一般在0.5MPa左右，只能使水流射出一定距離，這種設(shè)備成本不高，缺點(diǎn)是清洗過程易發(fā)生閃絡(luò)事故，在大風(fēng)天氣作業(yè)十分困難。

（4）水幕清洗。

在臺風(fēng)和季風(fēng)的強(qiáng)風(fēng)狀態(tài)下，絕緣子在很短時(shí)間內(nèi)發(fā)生急速污染。這種設(shè)備成本過高，缺點(diǎn)是清洗過程易發(fā)生閃絡(luò)事故。

2? 激光清洗方法

采用的二維激光掃描激光清洗系統(tǒng)。清洗光源采IPG公司YLPN型高重頻脈沖激光源。該款機(jī)型在維持輸出最高平均功率30W的情況下，脈沖寬度調(diào)節(jié)范圍為：8～200ns，重復(fù)頻率調(diào)節(jié)范圍為：30～300kHz。清洗光源輸出激光束準(zhǔn)直后激光光斑半徑 R：3.5mm，發(fā)散角β：0.29mrad。準(zhǔn)直器輸出的平行光束通過二維掃描振鏡系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)樣件表面全覆二維掃描清洗，其中二維掃描振鏡系統(tǒng)聚焦場鏡等效焦距為：85mm。

在清洗之前要對絕緣子被污染的程度進(jìn)行評估，以確定是否有必要進(jìn)行清洗，具體方法是對絕緣子附著的污垢進(jìn)行定量分析，絕緣子的閃絡(luò)電壓（擊穿電壓）在80kV以下，一般就需要進(jìn)行清洗。

通過計(jì)算，該系統(tǒng)清洗用脈沖激光在待清洗樣件表面聚焦光斑直徑d≈50.8μm。對清洗樣件表面激光光斑進(jìn)行實(shí)際測量，該激光清洗系統(tǒng)聚焦光斑直徑 d≈50μm，與計(jì)算值相符，清洗用脈沖激光光斑尺寸是后續(xù)數(shù)值仿真及工藝實(shí)驗(yàn)必需的重要參數(shù)值。

該系統(tǒng)通過參數(shù)設(shè)置，可實(shí)現(xiàn)聚焦光斑在待清洗樣件表面的多種方式二維掃描，用于脈沖激光清洗去除樣件表面污染物。選取“弓”字型掃描方式，該掃描方式相對于“之”字形掃描及“回”字形掃描可實(shí)現(xiàn)X、Y兩個(gè)方向的均勻光斑覆蓋，提高清洗后基材表面質(zhì)量均勻性。

在采用二維掃描振鏡激光清洗系統(tǒng)進(jìn)行材料燒蝕氣化去除時(shí)，為了保證X方向及Y方向具有相同的光斑重疊率，Y方向的填充距離δy應(yīng)等于X方向脈沖光斑之間距離δx。這樣可在X、Y兩個(gè)方向形成均勻性一致的激光清洗表面質(zhì)量，并且為后續(xù)改變二維平面內(nèi)脈沖數(shù)密度，進(jìn)行低熱導(dǎo)率污染物燒蝕氣化去除深度規(guī)律研究提供一致性條件。

假定，清洗用高重頻脈沖激光源重復(fù)頻率為f;X方向掃描速度為Vx，掃描距離為H，脈沖光斑之間距離為δx;Y方向平移速度為Vy，平移距離為D，脈沖光斑之間距離為δy;清洗用聚焦后脈沖激光光斑直徑為d。因此，在進(jìn)行二維掃描去除涂漆過程中，作用于X方向脈沖總數(shù)可表示為：

首先，為了避免脈沖激光燒蝕氣化污染物過程中煙塵及等離子體對污染物吸收脈沖激光產(chǎn)生影響，后續(xù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)增加高壓氣體。其次，為了避免作用于污染物表面脈沖激光數(shù)超過污染物被全部燒蝕氣化去除所需脈沖數(shù)，形成脈沖能量浪費(fèi)及對基材產(chǎn)生過度破壞，將作用于材料表面最高總脈沖數(shù)設(shè)定為10×105個(gè)，其他工序脈沖總數(shù)依次遞減。

3? 結(jié)語

該文基于激光清洗燒蝕氣化去除目標(biāo)的機(jī)理，提出了采用高重頻脈沖激光對高壓輸電線路污染物去除的方法研究。首先，該文對采用二維振鏡進(jìn)行激光清洗時(shí)，不同掃描方式對激光清洗表面質(zhì)量影響進(jìn)行了分析和選取，通過控制X、Y兩個(gè)方向的光斑重疊率，得到了“弓”字型掃描方式，清洗X、Y兩個(gè)方向具有相同重疊率的計(jì)算方法。其次，該文通過運(yùn)算，發(fā)現(xiàn)高重頻脈沖激光作用于低熱導(dǎo)率材料時(shí)脈沖間隔對材料溫度變化影響較小。最后，該文提出一種采用高重頻、百納秒脈沖激光進(jìn)行了高壓輸電線路污染物清洗的方法。

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