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電部分和支撐兩種主要作用，被大量用于送電線路和發電站、變電站的設備上。當絕緣子被污垢污染時，它的絕緣性能會大大下降，最終導致閃絡事故。所以定期清洗是保證輸電線路正常工作的重要任務，由于傳統清洗方式存在效率低、危險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 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）09（a）-0068-02

激光清洗（LaserCleaning）作為一項新興的表面清潔技術，具有很多獨特的優點，如清洗精度高、控制性好、與工作物質無接觸等，在某些領域優越于傳統的清洗技術。從20世紀80年代誕生以來，激光清洗在理論模型研究和技術應用方面取得了令人矚目的發展，受到了產業界相關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，這種方式的優點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。傳統清洗方法主要有清洗機清洗、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和隱患，操作不當其結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現輸電線路帶電工作的非接觸式清洗，可以解決目前傳統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? 傳統清洗方法

（1）清洗機清洗。

人工操作的濕潤刷式清洗機由清洗罐、噴頭和毛刷組成。毛刷可通過一個環抱結構固定在絕緣子上，清洗時水從噴頭流出，人工操縱絕緣棒，用毛刷清洗連接件和絕緣子的各個部位。這種方法需要工人有特殊的操作技能，高空作業有一定危險性。

（2）射流清洗。

有便攜式射流清洗機、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，這種設備成本不高，缺點是清洗過程易發生閃絡事故，在大風天氣作業十分困難。

（4）水幕清洗。

在臺風和季風的強風狀態下，絕緣子在很短時間內發生急速污染。這種設備成本過高，缺點是清洗過程易發生閃絡事故。

2? 激光清洗方法

采用的二維激光掃描激光清洗系統。清洗光源采IPG公司YLPN型高重頻脈沖激光源。該款機型在維持輸出最高平均功率30W的情況下，脈沖寬度調節范圍為：8～200ns，重復頻率調節范圍為：30～300kHz。清洗光源輸出激光束準直后激光光斑半徑 R：3.5mm，發散角β：0.29mrad。準直器輸出的平行光束通過二維掃描振鏡系統實現樣件表面全覆二維掃描清洗，其中二維掃描振鏡系統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行評估，以確定是否有必要進行清洗，具體方法是對絕緣子附著的污垢進行定量分析，絕緣子的閃絡電壓（擊穿電壓）在80kV以下，一般就需要進行清洗。

通過計算，該系統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行實際測量，該激光清洗系統聚焦光斑直徑 d≈50μm，與計算值相符，清洗用脈沖激光光斑尺寸是后續數值仿真及工藝實驗必需的重要參數值。

該系統通過參數設置，可實現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”字形掃描可實現X、Y兩個方向的均勻光斑覆蓋，提高清洗后基材表面質量均勻性。

在采用二維掃描振鏡激光清洗系統進行材料燒蝕氣化去除時，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應等于X方向脈沖光斑之間距離δx。這樣可在X、Y兩個方向形成均勻性一致的激光清洗表面質量，并且為后續改變二維平面內脈沖數密度，進行低熱導率污染物燒蝕氣化去除深度規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，在進行二維掃描去除涂漆過程中，作用于X方向脈沖總數可表示為：

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生影響，后續優化實驗增加高壓氣體。其次，為了避免作用于污染物表面脈沖激光數超過污染物被全部燒蝕氣化去除所需脈沖數，形成脈沖能量浪費及對基材產生過度破壞，將作用于材料表面最高總脈沖數設定為10×105個，其他工序脈沖總數依次遞減。

3? 結語

該文基于激光清洗燒蝕氣化去除目標的機理，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行激光清洗時，不同掃描方式對激光清洗表面質量影響進行了分析和選取，通過控制X、Y兩個方向的光斑重疊率，得到了“弓”字型掃描方式，清洗X、Y兩個方向具有相同重疊率的計算方法。其次，該文通過運算，發現高重頻脈沖激光作用于低熱導率材料時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、百納秒脈沖激光進行了高壓輸電線路污染物清洗的方法。

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