一种输电线路的非接触式除冰装置和方法
【专利摘要】一种输电线路的非接触式除冰装置，包括激光器，激光扫描元件以及控制器，所述激光器用于输出激光，所述激光器扫描元件能够将激光器输出激光调整聚焦，并且使激光对输电线路进行平面扫描，所述控制器用于控制激光器以及激光扫描元件的操作；所述激光器为脉冲激光器，其输出功率和面积能够调节；所述激光扫描元件的扫描步长和扫描频率能够调节。
【专利说明】一种输电线路的非接触式除冰装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及输电线路的除冰，尤其是涉及输电线路的激光除冰。
【背景技术】
[0002]输电线路覆冰积雪威胁着电力及通信网络的安全可靠运行。输电线路覆冰给电网的安全稳定运行带来的极大的威胁，严重的覆冰会造成冰闪跳闸、断线倒塔、导线舞动、设备损坏等，甚至出现电网解列和大面积停电事故。因此不少国家一直在研究除冰技术，旨在提供最可靠的供电和通信服务。电网覆冰的原因除罕见的大范围长时间低温、雨雪冰冻气候，以及电网抵御恶劣气候能力不足外，还有一个重要原因就是缺乏有效的除冰手段。
[0003]目前输电线路除冰和融冰方法大致可分为一下几类:热力除冰法、机械除冰方法、被动除冰方法和混合除冰方法。但现有的融除冰方法还不是很尽如人意，不能充分保证电力系统的安全可靠运行，有着各种各样的缺陷，如能耗太高、技术不成熟、安全性不高、操作繁琐、除冰效率太低等。
[0004]激光除冰技术是刚刚兴起的除冰技术，有着很多其他除冰方法不能比拟的优势，利用激光的方向性好、能量定向传输效率高、非接触式作用等优点，在不断电的情况下快速除去高压线、高压瓷瓶串表面所附着的冰层，是具有广泛应用前景的非接触式除冰技术。
[0005]目前，激光除冰有两种不同的技术路线:一种是如200820010557.3所述的激光加热熔冰，使用连续的激光照射覆冰设备，激光的能量分别被冰层和设备表面吸收，覆冰层将被分割成小块，与设备表面接触的冰层亦被融化，覆冰由于自身的重力而脱落；还有一种是使用通过应力波作用使冰块破裂，如200810044590.2中的除冰方法，超高功率密度的脉冲激光照射覆冰设备，激光在冰层和设备界面急速汽化部分覆冰，产生的激波作用于冰层，使冰层破碎，从而达到去除覆冰的目的。这两种方法各有优缺点，第一种方法利用激光加热，对能耗要求大，对粘附力很强的坚硬覆冰层熔解相对困难，但是其功率密度低，对电线不会造成损害；第二种方法使用超高功率密度的激光脉冲使冰层产生应力波，使冰层破碎以除冰，除冰速度快，但是超高功率密度激光容易损伤输变电设备，如果激光照射时间过短，仅生成部分裂纹或者裂纹不深，除冰效果不好，而激光照射时间过长可能损伤输变电设备。
[0006]本发明是对上述两种激光除冰方法的改进，提供了更高效的激光除冰方法和装置。
【发明内容】
[0007]根据本发明的一个方面，提供了一种输电线路的非接触式除冰装置，包括激光器，激光扫描元件以及控制器，所述激光器用于输出激光，所述激光器扫描元件能够将激光器输出激光调整聚焦，并且使激光对输电线路进行平面扫描，所述控制器用于控制激光器以及激光扫描元件的操作；其特征在于:所述激光器为脉冲激光器，其输出功率和面积能够调节，激光脉冲能量为21?20了，高压输电线上形成的激光光斑直径为0.5(3111?4(3111，激光光斑平均能量密度为0.5了 ? 0111-2?20了 ? 0111-2 ；所述激光扫描兀件的扫描步长和扫描频率能够调节；所述控制器能够控制所述激光器和所述激光扫描元件依次进行如下二次扫描:第一扫描，设置激光器的输出功率10了?20了，激光光斑直径0.50111?2(3111，激光平均能量密度为101 - 0111-2?20了 -挪-2，使用第一扫描步长和第一扫描频率进行扫描；第二扫描，设置激光器的输出功率21?5了，激光光斑直径2(3111?4(3111，激光光斑平均能量密度为0.51 - 0111-2?10了 -挪-2，使用第二扫描步长和第二扫描频率进行扫描。
[0008]优选的，上述方案中，所述第二扫描步长大于第一扫描步长，所述第二扫描频率低于第一扫描频率。
[0009]优选的，上述方案中，所述第二扫描的方向与第一扫描的方向相反。
[0010]根据本发明的另外一个方面，提供了一种上述输电线路的非接触式除冰装置的除冰方法，包括如下步骤:(1)将所述除冰设备移动到距离覆冰架空高压输电线附近；(2)对激光进行调焦，使激光在覆冰架空高压输电线上形成激光光斑；(3)调整激光器的输出参数，将激光输出能量设置为第一输出参数，使用第一扫描步长和第一扫描频率进行扫描；
(4)设置激光器的输出功率，将激光输出能量设置为第二输出参数，使用第二扫描步长和第二扫描频率进行扫描。
[0011]优选的，上述除冰方法中，所述第二输出参数的激光平均能量密度低于第一输出参数的激光平均能量密度。
[0012]优选的，上述除冰方法中，所述第一输出参数为输出功率10了?20了，激光光斑直径0.5(^1?2挪，激光平均能量密度为10了 - 0111-2?20了 -挪-2，第二输出参数为输出功率
2]?10了，激光光斑直径2(3111?4(3111，激光光斑平均能量密度为0.51 ? 0111-2?10了 ? 0111-20
[0013]优选的，上述除冰方法中，所述第二扫描步长大于第一扫描步长，所述第二扫描频率低于第一扫描频率。
[0014]优选的，上述除冰方法中，所述第二扫描的方向与第一扫描的方向相反。
[0015]优选的，上述方法中，所述第二扫描的起点与第一扫描的终点间隔为第一扫描步长的一半。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明中的非接触式除冰装置的应用示意图；
图2是本发明中非接触式除冰装置的扫描方式示意图。
[0017]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0018]参见图1，本发明的输电线路的非接触式除冰装置，包括激光器1，激光扫描元件2以及控制器3。激光器1为脉冲激光器，其输出功率和面积能够调节，用于输出激光。激光器1的激光波长为40011111?110011111，激光脉冲能量为10了?20了，激光脉宽全宽度为10118?100118，激光重复频率为1取?10取，输出参数可调节范围为激光脉冲能量为2了?20了，高压输电线上形成的激光光斑直径为0.50111?4(3111，激光光斑平均能量密度为0.5了 ? 0111~2?201-0111-2 ；激光器输出参数中，输出功率10了?20了，激光光斑直径0.5(^1?2(3%激光平均能量密度为10了?111-2?20了?0-2，为高激光平均能量密度参数段，使用该输出参数时，激光使冰层产生应力波；激光器输出参数中，输出功率2了?10了，激光光斑直径2(3111?4(3111，激光光斑平均能量密度为0.51*0111-2?10了?111-2，为低激光平均能量密度参数段，使用该输出参数时，激光使冰层发生热熔。激光器扫描元件2能够将激光器1输出激光调整聚焦，并且使激光对输电线路4进行平面扫描，激光扫描元件2可以使用现有技术中的激光调节元件，如200910062006.0中的扫描振镜。控制器3用于控制激光器1以及激光扫描元件2的操作。
[0019]控制器3能够控制激光器1和激光扫描兀件2依次进行如下二次扫描:第一扫描为应力波扫描，设置激光器的输出功率10了?20了，激光光斑直径0.50111?2(3111，激光平均能量密度为10了 - 0111-2?20了 -挪-2，使用第一扫描步长和第一扫描频率进行扫描，可以将第一扫描的时间设置为比常规应力波扫描的时间短；第二扫描为热熔扫描，设置激光器的输出功率2了?10了，激光光斑直径2(3111?4(3111，激光光斑平均能量密度为0.51 ? 0111-2?10了?!11-2，使用第二扫描步长和第二扫描频率进行扫描。第一扫描和第二扫描为平面扫描，可以使用如图2所述的三角扫描、方形扫描，或者正弦/余弦扫描，其中扫描的步长为X，频率为通过这样的方式，先使用时间较短的应力波扫描使覆冰出现裂纹，再通过热熔扫描使裂纹部分融化从而使冰块由于自重坠落。从而一方面，避免了应力波扫描时，激光照射时间过长对输变电设备的损伤，另一方面，通过对生成裂纹的覆冰进行热溶扫描，加快了其融化破裂过程，节约了热熔能耗。
[0020]优选的，由于热熔激光的直径较大，可以将热熔扫描步长设置为大于应力波扫描步长，也不会导致照射电线的面积不够；并且由于其激光平均能量密度能量较低，不会对输变电设备造成损伤，在进行热熔扫描时，可以将扫描的频率降低，从而使覆冰吸收更多的热量。优选的，热熔扫描的方向与应力波扫描的方向相反，如图2中，应力波扫描为从左向右，而热熔扫描为从右向左。优选的，所述热熔扫描的起点与应力波扫描的终点间隔为应力波扫描步长的一半。
[0021]本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
【权利要求】
1.一种输电线路的非接触式除冰装置，包括激光器，激光扫描元件以及控制器，所述激光器用于输出激光，所述激光器扫描元件能够将激光器输出激光调整聚焦，并且使激光对输电线路进行平面扫描，所述控制器用于控制激光器以及激光扫描元件的操作；其特征在于:所述激光器为脉冲激光器，其输出功率和面积能够调节，激光脉冲能量为2J?20J，高压输电线上形成的激光光斑直径为0.5cm?4cm，激光光斑平均能量密度为0.5J.cm-2?20J.cm-2 ;所述激光扫描元件的扫描步长和扫描频率能够调节；所述控制器能够控制所述激光器和所述激光扫描元件依次进行如下二次扫描:第一扫描，设置激光器的输出功率1J?20J，激光光斑直径0.5cm?2cm，激光平均能量密度为1J.cm-2?20J.cm-2,使用第一扫描步长和第一扫描频率进行扫描；第二扫描，设置激光器的输出功率2J?10J，激光光斑直径2cm?4cm，激光光斑平均能量密度为0.5J.cm-2?5J.cm-2,使用第二扫描步长和第二扫描频率进行扫描。
2.根据权利要求1所述的非接触式除冰装置，其特征在于:所述第二扫描步长大于第一扫描步长，所述第二扫描频率低于第一扫描频率。
3.根据权利要求2所述的非接触式除冰装置，其特征在于:所述第二扫描的方向与第一扫描的方向相反。
4.一种输电线路的非接触式除冰装置的除冰方法，包括如下步骤:(I)将所述除冰设备移动到距离覆冰架空高压输电线附近；(2)对激光进行调焦，使激光在覆冰架空高压输电线上形成激光光斑；(3)调整激光器的输出参数,将激光输出能量设置为第一输出参数，使用第一扫描步长和第一扫描频率进行扫描；(4)设置激光器的输出功率，将激光输出能量设置为第二输出参数，使用第二扫描步长和第二扫描频率进行扫描。
5.权利要求4所述的方法，其特征在于:所述第二输出参数的激光平均能量密度低于第一输出参数的激光平均能量密度。
6.权利要求5所述的方法,其特征在于:所述第一输出参数为输出功率1J?20J,激光光斑直径0.5cm?2cm，激光平均能量密度为1J.cm-2?20J.cm-2，第二输出参数为输出功率2J?10J，激光光斑直径2cm?4cm，激光光斑平均能量密度为0.5J.cm-2?1J.cm-2ο
7.一种输电线路的非接触式除冰装置，包括激光器，激光扫描元件以及控制器，所述激光器用于输出激光，所述激光器扫描元件能够将激光器输出激光调整聚焦，并且使激光对输电线路进行平面扫描，所述控制器用于控制激光器以及激光扫描元件的操作。
【文档编号】H02G7/16GK104410029SQ201410824962
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月27日 优先权日:2014年12月27日
【发明者】赵东旭 申请人:赵东旭