一種輸電線路的非接觸式除冰裝置和方法
【專利摘要】一種輸電線路的非接觸式除冰裝置，包括激光器，激光掃描元件以及控制器，所述激光器用于輸出激光，所述激光器掃描元件能夠?qū)⒓す馄鬏敵黾す庹{(diào)整聚焦，并且使激光對(duì)輸電線路進(jìn)行平面掃描，所述控制器用于控制激光器以及激光掃描元件的操作；所述激光器為脈沖激光器，其輸出功率和面積能夠調(diào)節(jié)；所述激光掃描元件的掃描步長和掃描頻率能夠調(diào)節(jié)。
【專利說明】一種輸電線路的非接觸式除冰裝置和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及輸電線路的除冰，尤其是涉及輸電線路的激光除冰。

【背景技術(shù)】
[0002]輸電線路覆冰積雪威脅著電力及通信網(wǎng)絡(luò)的安全可靠運(yùn)行。輸電線路覆冰給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來的極大的威脅，嚴(yán)重的覆冰會(huì)造成冰閃跳閘、斷線倒塔、導(dǎo)線舞動(dòng)、設(shè)備損壞等，甚至出現(xiàn)電網(wǎng)解列和大面積停電事故。因此不少國家一直在研究除冰技術(shù)，旨在提供最可靠的供電和通信服務(wù)。電網(wǎng)覆冰的原因除罕見的大范圍長時(shí)間低溫、雨雪冰凍氣候，以及電網(wǎng)抵御惡劣氣候能力不足外，還有一個(gè)重要原因就是缺乏有效的除冰手段。
[0003]目前輸電線路除冰和融冰方法大致可分為一下幾類:熱力除冰法、機(jī)械除冰方法、被動(dòng)除冰方法和混合除冰方法。但現(xiàn)有的融除冰方法還不是很盡如人意，不能充分保證電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，有著各種各樣的缺陷，如能耗太高、技術(shù)不成熟、安全性不高、操作繁瑣、除冰效率太低等。
[0004]激光除冰技術(shù)是剛剛興起的除冰技術(shù)，有著很多其他除冰方法不能比擬的優(yōu)勢，利用激光的方向性好、能量定向傳輸效率高、非接觸式作用等優(yōu)點(diǎn)，在不斷電的情況下快速除去高壓線、高壓瓷瓶串表面所附著的冰層，是具有廣泛應(yīng)用前景的非接觸式除冰技術(shù)。
[0005]目前，激光除冰有兩種不同的技術(shù)路線:一種是如200820010557.3所述的激光加熱熔冰，使用連續(xù)的激光照射覆冰設(shè)備，激光的能量分別被冰層和設(shè)備表面吸收，覆冰層將被分割成小塊，與設(shè)備表面接觸的冰層亦被融化，覆冰由于自身的重力而脫落；還有一種是使用通過應(yīng)力波作用使冰塊破裂，如200810044590.2中的除冰方法，超高功率密度的脈沖激光照射覆冰設(shè)備，激光在冰層和設(shè)備界面急速汽化部分覆冰，產(chǎn)生的激波作用于冰層，使冰層破碎，從而達(dá)到去除覆冰的目的。這兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，第一種方法利用激光加熱，對(duì)能耗要求大，對(duì)粘附力很強(qiáng)的堅(jiān)硬覆冰層熔解相對(duì)困難，但是其功率密度低，對(duì)電線不會(huì)造成損害；第二種方法使用超高功率密度的激光脈沖使冰層產(chǎn)生應(yīng)力波，使冰層破碎以除冰，除冰速度快，但是超高功率密度激光容易損傷輸變電設(shè)備，如果激光照射時(shí)間過短，僅生成部分裂紋或者裂紋不深，除冰效果不好，而激光照射時(shí)間過長可能損傷輸變電設(shè)備。
[0006]本發(fā)明是對(duì)上述兩種激光除冰方法的改進(jìn)，提供了更高效的激光除冰方法和裝置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種輸電線路的非接觸式除冰裝置，包括激光器，激光掃描元件以及控制器，所述激光器用于輸出激光，所述激光器掃描元件能夠?qū)⒓す馄鬏敵黾す庹{(diào)整聚焦，并且使激光對(duì)輸電線路進(jìn)行平面掃描，所述控制器用于控制激光器以及激光掃描元件的操作；其特征在于:所述激光器為脈沖激光器，其輸出功率和面積能夠調(diào)節(jié)，激光脈沖能量為21?20了，高壓輸電線上形成的激光光斑直徑為0.5(3111?4(3111，激光光斑平均能量密度為0.5了 ? 0111-2?20了 ? 0111-2 ；所述激光掃描兀件的掃描步長和掃描頻率能夠調(diào)節(jié)；所述控制器能夠控制所述激光器和所述激光掃描元件依次進(jìn)行如下二次掃描:第一掃描，設(shè)置激光器的輸出功率10了?20了，激光光斑直徑0.50111?2(3111，激光平均能量密度為101 - 0111-2?20了 -挪-2，使用第一掃描步長和第一掃描頻率進(jìn)行掃描；第二掃描，設(shè)置激光器的輸出功率21?5了，激光光斑直徑2(3111?4(3111，激光光斑平均能量密度為0.51 - 0111-2?10了 -挪-2，使用第二掃描步長和第二掃描頻率進(jìn)行掃描。
[0008]優(yōu)選的，上述方案中，所述第二掃描步長大于第一掃描步長，所述第二掃描頻率低于第一掃描頻率。
[0009]優(yōu)選的，上述方案中，所述第二掃描的方向與第一掃描的方向相反。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)方面，提供了一種上述輸電線路的非接觸式除冰裝置的除冰方法，包括如下步驟:(1)將所述除冰設(shè)備移動(dòng)到距離覆冰架空高壓輸電線附近；(2)對(duì)激光進(jìn)行調(diào)焦，使激光在覆冰架空高壓輸電線上形成激光光斑；(3)調(diào)整激光器的輸出參數(shù)，將激光輸出能量設(shè)置為第一輸出參數(shù)，使用第一掃描步長和第一掃描頻率進(jìn)行掃描；
(4)設(shè)置激光器的輸出功率，將激光輸出能量設(shè)置為第二輸出參數(shù)，使用第二掃描步長和第二掃描頻率進(jìn)行掃描。
[0011]優(yōu)選的，上述除冰方法中，所述第二輸出參數(shù)的激光平均能量密度低于第一輸出參數(shù)的激光平均能量密度。
[0012]優(yōu)選的，上述除冰方法中，所述第一輸出參數(shù)為輸出功率10了?20了，激光光斑直徑0.5(^1?2挪，激光平均能量密度為10了 - 0111-2?20了 -挪-2，第二輸出參數(shù)為輸出功率
2]?10了，激光光斑直徑2(3111?4(3111，激光光斑平均能量密度為0.51 ? 0111-2?10了 ? 0111-20
[0013]優(yōu)選的，上述除冰方法中，所述第二掃描步長大于第一掃描步長，所述第二掃描頻率低于第一掃描頻率。
[0014]優(yōu)選的，上述除冰方法中，所述第二掃描的方向與第一掃描的方向相反。
[0015]優(yōu)選的，上述方法中，所述第二掃描的起點(diǎn)與第一掃描的終點(diǎn)間隔為第一掃描步長的一半。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明中的非接觸式除冰裝置的應(yīng)用示意圖；
圖2是本發(fā)明中非接觸式除冰裝置的掃描方式示意圖。
[0017]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0018]參見圖1，本發(fā)明的輸電線路的非接觸式除冰裝置，包括激光器1，激光掃描元件2以及控制器3。激光器1為脈沖激光器，其輸出功率和面積能夠調(diào)節(jié)，用于輸出激光。激光器1的激光波長為40011111?110011111，激光脈沖能量為10了?20了，激光脈寬全寬度為10118?100118，激光重復(fù)頻率為1取?10取，輸出參數(shù)可調(diào)節(jié)范圍為激光脈沖能量為2了?20了，高壓輸電線上形成的激光光斑直徑為0.50111?4(3111，激光光斑平均能量密度為0.5了 ? 0111~2?201-0111-2 ；激光器輸出參數(shù)中，輸出功率10了?20了，激光光斑直徑0.5(^1?2(3%激光平均能量密度為10了?111-2?20了?0-2，為高激光平均能量密度參數(shù)段，使用該輸出參數(shù)時(shí)，激光使冰層產(chǎn)生應(yīng)力波；激光器輸出參數(shù)中，輸出功率2了?10了，激光光斑直徑2(3111?4(3111，激光光斑平均能量密度為0.51*0111-2?10了?111-2，為低激光平均能量密度參數(shù)段，使用該輸出參數(shù)時(shí)，激光使冰層發(fā)生熱熔。激光器掃描元件2能夠?qū)⒓す馄?輸出激光調(diào)整聚焦，并且使激光對(duì)輸電線路4進(jìn)行平面掃描，激光掃描元件2可以使用現(xiàn)有技術(shù)中的激光調(diào)節(jié)元件，如200910062006.0中的掃描振鏡?？刂破?用于控制激光器1以及激光掃描元件2的操作。
[0019]控制器3能夠控制激光器1和激光掃描兀件2依次進(jìn)行如下二次掃描:第一掃描為應(yīng)力波掃描，設(shè)置激光器的輸出功率10了?20了，激光光斑直徑0.50111?2(3111，激光平均能量密度為10了 - 0111-2?20了 -挪-2，使用第一掃描步長和第一掃描頻率進(jìn)行掃描，可以將第一掃描的時(shí)間設(shè)置為比常規(guī)應(yīng)力波掃描的時(shí)間短；第二掃描為熱熔掃描，設(shè)置激光器的輸出功率2了?10了，激光光斑直徑2(3111?4(3111，激光光斑平均能量密度為0.51 ? 0111-2?10了?!11-2，使用第二掃描步長和第二掃描頻率進(jìn)行掃描。第一掃描和第二掃描為平面掃描，可以使用如圖2所述的三角掃描、方形掃描，或者正弦/余弦掃描，其中掃描的步長為X，頻率為通過這樣的方式，先使用時(shí)間較短的應(yīng)力波掃描使覆冰出現(xiàn)裂紋，再通過熱熔掃描使裂紋部分融化從而使冰塊由于自重墜落。從而一方面，避免了應(yīng)力波掃描時(shí)，激光照射時(shí)間過長對(duì)輸變電設(shè)備的損傷，另一方面，通過對(duì)生成裂紋的覆冰進(jìn)行熱溶掃描，加快了其融化破裂過程，節(jié)約了熱熔能耗。
[0020]優(yōu)選的，由于熱熔激光的直徑較大，可以將熱熔掃描步長設(shè)置為大于應(yīng)力波掃描步長，也不會(huì)導(dǎo)致照射電線的面積不夠；并且由于其激光平均能量密度能量較低，不會(huì)對(duì)輸變電設(shè)備造成損傷，在進(jìn)行熱熔掃描時(shí)，可以將掃描的頻率降低，從而使覆冰吸收更多的熱量。優(yōu)選的，熱熔掃描的方向與應(yīng)力波掃描的方向相反，如圖2中，應(yīng)力波掃描為從左向右，而熱熔掃描為從右向左。優(yōu)選的，所述熱熔掃描的起點(diǎn)與應(yīng)力波掃描的終點(diǎn)間隔為應(yīng)力波掃描步長的一半。
[0021]本文中應(yīng)用了具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種輸電線路的非接觸式除冰裝置，包括激光器，激光掃描元件以及控制器，所述激光器用于輸出激光，所述激光器掃描元件能夠?qū)⒓す馄鬏敵黾す庹{(diào)整聚焦，并且使激光對(duì)輸電線路進(jìn)行平面掃描，所述控制器用于控制激光器以及激光掃描元件的操作；其特征在于:所述激光器為脈沖激光器，其輸出功率和面積能夠調(diào)節(jié)，激光脈沖能量為2J?20J，高壓輸電線上形成的激光光斑直徑為0.5cm?4cm，激光光斑平均能量密度為0.5J.cm-2?20J.cm-2 ;所述激光掃描元件的掃描步長和掃描頻率能夠調(diào)節(jié)；所述控制器能夠控制所述激光器和所述激光掃描元件依次進(jìn)行如下二次掃描:第一掃描，設(shè)置激光器的輸出功率1J?20J，激光光斑直徑0.5cm?2cm，激光平均能量密度為1J.cm-2?20J.cm-2,使用第一掃描步長和第一掃描頻率進(jìn)行掃描；第二掃描，設(shè)置激光器的輸出功率2J?10J，激光光斑直徑2cm?4cm，激光光斑平均能量密度為0.5J.cm-2?5J.cm-2,使用第二掃描步長和第二掃描頻率進(jìn)行掃描。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸式除冰裝置，其特征在于:所述第二掃描步長大于第一掃描步長，所述第二掃描頻率低于第一掃描頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非接觸式除冰裝置，其特征在于:所述第二掃描的方向與第一掃描的方向相反。
4.一種輸電線路的非接觸式除冰裝置的除冰方法，包括如下步驟:(I)將所述除冰設(shè)備移動(dòng)到距離覆冰架空高壓輸電線附近；(2)對(duì)激光進(jìn)行調(diào)焦，使激光在覆冰架空高壓輸電線上形成激光光斑；(3)調(diào)整激光器的輸出參數(shù),將激光輸出能量設(shè)置為第一輸出參數(shù)，使用第一掃描步長和第一掃描頻率進(jìn)行掃描；(4)設(shè)置激光器的輸出功率，將激光輸出能量設(shè)置為第二輸出參數(shù)，使用第二掃描步長和第二掃描頻率進(jìn)行掃描。
5.權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:所述第二輸出參數(shù)的激光平均能量密度低于第一輸出參數(shù)的激光平均能量密度。
6.權(quán)利要求5所述的方法,其特征在于:所述第一輸出參數(shù)為輸出功率1J?20J,激光光斑直徑0.5cm?2cm，激光平均能量密度為1J.cm-2?20J.cm-2，第二輸出參數(shù)為輸出功率2J?10J，激光光斑直徑2cm?4cm，激光光斑平均能量密度為0.5J.cm-2?1J.cm-2ο
7.一種輸電線路的非接觸式除冰裝置，包括激光器，激光掃描元件以及控制器，所述激光器用于輸出激光，所述激光器掃描元件能夠?qū)⒓す馄鬏敵黾す庹{(diào)整聚焦，并且使激光對(duì)輸電線路進(jìn)行平面掃描，所述控制器用于控制激光器以及激光掃描元件的操作。
【文檔編號(hào)】H02G7/16GK104410029SQ201410824962
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月27日
【發(fā)明者】趙東旭 申請(qǐng)人:趙東旭