一种架空线激光清障系统及方法与流程

本发明涉及电力设备检修维护领域，特别是一种架空线激光清障系统及方法。

背景技术：

架空线路是电网的重要组成部分,对架空线路的定期巡检是有效保证输电线路及其设备安全运行的一项基础性工作。而近年来随着经济发展，地区建设等原因，输电线路通道走廊内变化频繁，通道问题造成线路跳闸已经成为输电线路故障的主要原因。异物吹落到架空线上出现异物褡裢已经成为其中主要成因。甚至种植在输电线路下方的植物，由于树梢的向上生长，也对输电线路形成威胁，如果其树梢生长直接接触到输电线路，也将造成金属导线相间短路或者单相接地等故障。这将对人畜存在重大的安全隐患，降低了电网供电的可靠性，导致电力系统不能安全地运行，进而对电力系统造成巨大的经济损失。因此，及时清理输电线路上的异物对于电力系统具有十分重要的意义。

采用激光远程清除架空输电线路异物是一种新的清除方法，这种方法通过在地面发射一束一定范围内的高功率激光到架空线路飘挂物上，通过光热作用将其熔断并脱离输电线路，从而实现远距离定点清除异物而不损伤输电线路，是一种安全、方便、快捷的清除方式，克服了现有技术中架空线路清障所遇到的作业成本高、效率低、作业风险高等问题。然而由于红外激光存在对人眼不可见、激光高亮度的特点，一旦激光清障作业过程中，作业人员不慎走入激光发射区域，作业人员很容易被灼伤，存在安全隐患。

专利cn205724660u公开了一种远距离激光清障系统，其所采用的结构如图1所示。图中所示各部分分别为：支架101，铰接轴102，云台103，红外激光器104，聚光镜105，杂物106，可见光指示器107，光学瞄准镜108，把手109，摇杆110，显示屏111，遥控器112，按钮113，电源线114，电源箱115。在该已知技术中，存在以下三个方面的不足：一，系统未对紧急状况(例如开激光清障作业过程中有人畜闯入光路)设置相应的安全措施；二，电力总公司不能实时掌握目前的检修情况，不能够对于检修人员进行灵活调度；三，作业人员作业过程中可能不慎走入激光发射区域，存在安全隐患。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术中存在的问题，本公开提供了一种架空线激光清障系统及方法。

根据本发明的一方面，提出一种架空线激光清障系统，所述系统包括：电源、控制台、控制云台、转台和激光器，其中：

所述电源用于为所述控制台、控制云台、转台以及激光器供电，其与需要供电的设备电连接；

所述控制云台与所述激光器连接，用于对于清障对象进行瞄准，发射所述激光器产生的激光，并形成警报区域；

所述控制云台固定在转台上，以借助转台的旋转而转动方向；

所述控制台与所述激光器、转台和控制云台连接，用于对于所述激光器、转台及控制云台的操作进行控制。

可选地，所述控制云台包括第一红外安全探测器，激光发射部，瞄准具和第二红外安全探测器，其中：

所述激光发射部与激光器通过光纤连接，用于发射所述激光器产生的激光；

所述瞄准具与激光发射部置于控制云台的中间，用于对于清障对象进行瞄准；

所述第一红外安全探测器和第二红外安全探测器分别置于控制云台的左右两侧，用于形成警报区域。

可选地，所述激光发射部包括依次连接的激光发射头、光束整形装置和合束镜，所述激光器发射的激光经光纤耦合由激光发射头发出后，再由光束整形装置对光束进行整形，最后由合束镜将可见光与整形后的激光合束成同轴同向的一束光发出。

可选地，所述瞄准具内部光路光轴与激光发射部内部光路光轴成某一角度且同向。

可选地，所述系统还包括壳体，用于容纳转台和激光器。

可选地，所述壳体的内部容纳空间分为上下两个空间，上下两空间中间设置有连接板，连接板下方的空间放置激光器，连接板上方的空间放置转台，所述转台与连接板通过活动连接件连接。

可选地，所述控制台包括第一操作杆、第一按钮、图像采集设备、输出设备、第二按钮、第二操作杆、第三按钮、第四按钮、急停按钮、定位装置和处理器，其中：

所述图像采集设备用于采集所述清障对象的影像，并将其发送给所述输出设备；

所述输出设备用于输出所述清障对象的影像以及清障过程的监控影像；

所述定位装置内嵌在所述控制台的内部，用于对于所述系统进行定位；

所述第一操作杆可多方向摆动，用于调节转台和控制云台的转动方向；

所述第四按钮和第三按钮用于调节转台的转动速度；

所述第二操作杆可多方向摆动，用于调节激光器的发射激光功率以及清障对象影像的大小；

所述第一操作杆和第二操作杆构成了限位装置，以同时操作来控制激光的发射；

所述急停按钮用于控制激光的紧急停止。

根据本发明的另一方面，提出一种利用所述架空线激光清障系统进行架空线激光清障的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤s1，对于清障对象进行瞄准；

步骤s2，设置待发射激光功率并发射激光。

可选地，所述步骤s1包括以下步骤：

粗略确定清障对象所在方位；

通过第一操作杆来控制转台的水平及俯仰转动，使得激光发射部粗略对准清障对象，其中，所述清障对象经瞄准具在显示屏上成像；

通过控制第二操作杆来放大或缩小清障对象的影像；

控制第三按钮和第四按钮来控制转台水平或俯仰转动的速度，使清障对象的实时图像成像在输出设备中心的瞄准点位置，实现清障对象的精确瞄准。

可选地，所述步骤s2包括以下步骤：

根据清障对象的种类，通过控制第二操作杆的左右摆动，选择待发射激光功率的大小；

同时控制第一按钮和第二按钮发射激光，对于清障对象进行清除。

本发明提出了一种架空线激光清障系统及方法，该系统可在地面发射一束一定范围内的高功率激光到架空线路飘挂物上，通过光热作用，将异物熔断并脱离输电线路，从而实现远距离定点清除异物而不损伤输电线路。在作业过程中，作业人员需双手同时按住第一、第二两个操作杆上的两个按钮并持续5秒钟方能发射激光，一旦操作人员将任一只手松开按钮则不发射激光，因此作业人员的位置被限制在控制台后方，不存在误闯入激光发射区域的可能，因此本发明在远距离清除架空线飘挂异物的同时，还消除了作业人员的安全隐患，保证了作业人员的安全。同时，控制台内还安装了定位系统，总公司能够实时定位设备的位置，减小了公司对设备的管理难度和设备被非法使用的风险。

附图说明

图1是现有技术中远距离激光清障系统的结构示意图；

图2是根据本发明一实施例的一种架空线激光清障系统的结构示意图；

图3是根据本发明一实施例的控制台8的后视图；

图4是根据本发明一实施例的控制台8的右视图。

具体实施方式

下文中，将参考附图详细描述本公开的示例性实施方式，以使本领域技术人员可容易地实现它们。此外，为了清楚起见，在附图中省略了与描述示例性实施方式无关的部分。

在本公开中，应理解，诸如“包括”或“具有”等的术语旨在指示本说明书中所公开的特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合的存在，并且不欲排除一个或多个其他特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合存在或被添加的可能性。

另外还需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

根据本发明的一方面，提出了一种架空线激光清障系统，该系统可在地面发射一束一定范围内的高功率激光到架空线路飘挂物上，通过光热作用，将异物熔断并脱离输电线路，从而实现远距离定点清除异物而不损伤输电线路，具有非接触、可带电作业、高效清除架空线飘挂异物的优点。而且，本发明采用模块化设计，设备质量轻且便携，使用上不受地域限制，可广泛应用于清除湿洼地，农田或湖泊上空架空线路上的异物。特别地，本系统安设有限位装置，在使用本发明清除架空线异物时，作业人员需双手同时按住第一、第二两个操作杆上的两个按钮并持续5秒钟方能发射激光，一旦操作人员将任一只手松开按钮则不发射激光，因此作业人员的位置被限制在控制台后方安全的位置，不存在误闯入激光发射区域的可能，因此，本发明在远距离清除架空线飘挂异物的同时，还消除了作业人员的安全隐患，保证了作业人员的安全。此外，本系统还安装有北斗卫星定位系统，这样首先能够实时定位设备的位置，有利于对于设备进行实时监管和灵活调度，减小设备被非法使用的风险；其次，该系统主要用于架空输电线路异物清除、输变电技术等领域，所以系统的所有者多是国家和地方电网，选用北斗定位装置而非gps定位装置，能够最大限度的保证技术和通讯的保密性。

根据本发明的一方面，提出一种架空线激光清障系统，如图2所示，所述系统包括：电源1、控制台8、控制云台10、转台16和激光器18，其中：

所述电源1用于为所述控制台8、控制云台10、转台16以及激光器18供电，其与需要供电的设备电连接；在本发明一实施例中，所述电源1可为发电机、电池组、能源电源或者市电电源，其中，所述能源电源包括太阳能、风能等来自能源的电源。

所述控制云台10与所述激光器18连接，用于对于清障对象11进行瞄准，发射所述激光器18产生的激光，并形成警报区域；

所述控制云台10固定在转台16上，以借助转台16的旋转而转动方向；

所述控制台8与所述激光器18、转台16和控制云台10通过有线或者无线连接，用于对于所述激光器18、转台16及控制云台10的操作进行控制。

其中，所述清障对象指的是架空线上的飘挂物等需要进行清除的异物。

在本发明一实施例中，所述控制云台10包括第一红外安全探测器12，激光发射部13，瞄准具14和第二红外安全探测器15，其中：

所述激光发射部13与激光器18通过光纤9连接，用于发射所述激光器18产生的激光；

所述激光发射部13包括激光发射头、光束整形装置、合束镜，三者依次连接，所述激光器18发射的激光经光纤9耦合由激光发射头发出后，再由光束整形装置对光束进行整形，光束整形装置通过改变入射激光束的强度分布，调整它的相位分布以控制其传播特性，光束整形装置将发散的光束整形为准平行光束、发散角更小的光束或者聚焦的光束输出后，最后由合束镜将可见光与整形后的激光合束成同轴同向的一束光发出，用可见光来指示最终合束激光发射方向，以便于瞄准清障对象；

所述瞄准具14与激光发射部13置于控制云台10的中间，具体地，所述瞄准具14置于所述激光发射部13的侧方或上方，瞄准具14内部光路光轴与激光发射部13内部光路光轴成某一角度且同向，用于远程观察和瞄准清障对象。在本发明一实施例中，所述瞄准具14可为工业相机或长焦摄像机；

所述第一红外安全探测器12和第二红外安全探测器15分别置于控制云台10的左右两侧。所述架空线激光清障系统工作时，两个红外光电检测器会在激光清障系统前方通过红外线形成一个警报区域，当有人或牲畜突然闯入该区域时，清障系统会自动采取相应的安全措施，比如由所述控制云台10反馈给控制台8一个警报信号，使得控制台8直接控制激光器18停止发射激光；或者由作业人员按下急停按钮21，使清障系统停止发射激光，其中，急停作用时间量级可设为微秒，这样能够最大程度地避免事故的发生。在本发明一实施例中，所述红外安全探测器可为超声波检测器或者光电检测器。

在本发明一实施例中，所述控制云台10借助减震螺栓等固定件固定在所述转台16上。

在本发明一实施例中，所述系统还包括壳体17，用于容纳转台16和激光器18，其中：所述壳体17的内部容纳空间分为上下两个空间，上下两空间中间设置有连接板，连接板下方的空间放置激光器18，连接控制云台10的转台16放置在连接板上方的空间且与连接板用合页等活动连接件连接。当清障系统工作时，打开上半部分壳体，将连接有控制云台10的转台16竖直方向放置，清障工作结束后，将连接有控制云台10的转台16水平放置在连接板上，同时可将上半部分壳体合在一起，具有这种结构的系统可防尘防雨，便携性更强。

在本发明一实施例中，所述控制台8包括第一操作杆2、第一按钮3、图像采集设备4、输出设备5、第二按钮6、第二操作杆7、第三按钮19、第四按钮20、急停按钮21、定位装置和处理器。其中：

所述图像采集设备4用于采集所述清障对象的影像，并将其发送给所述输出设备5；

所述输出设备5用于输出所述清障对象的影像以及清障过程的监控影像；

所述定位装置内嵌在所述控制台8的内部，不可拆卸，不可更改，其将定位信息通过处理器发送出去。这样就可以对于设备或系统的位置进行实时定位，有利于对于设备或系统的管理和调度，减小了设备或系统的管理难度和设备或系统被非法使用的风险。其中，所述定位装置可以为北斗卫星定位装置、gps定位装置等等，在本发明一实施例中，所述定位装置为北斗卫星定位装置，由于本发明系统主要用于架空输电线路异物清除、输变电技术等领域，所以系统的所有者多是国家和地方电网，选用北斗定位装置而非gps定位装置，能够最大限度的保证技术和通讯的保密性。

所述第一操作杆2可手动前后左右摆动，四个方向的摆动可调节转台16进行水平及俯仰转动，从而能够自由调节固定在转台16上的激光发射部13和瞄准具14的水平方位和俯仰角度，以便对准清障对象的不同部位。同时，转台16的转动速度设有多档，比如可设为1-9档，第一操作杆2上的第四按钮20和第二操作杆7上的第三按钮19可调节转台16水平及俯仰转动的速度，因此，可以更加精确的瞄准清障对象的位置；

所述第二操作杆7可前后左右摆动，所述第二操作杆7的左右摆动可调节激光器18发射激光功率的大小，可调谐范围为50w-500w，前后摆动可放大或缩小瞄准具14经输出设备5投影的清障对象的影像；

所述第一操作杆2和第二操作杆7构成了限位装置：所述第一操作杆2上的第一按钮3和第二操作杆7上的第二按钮6只有同时操作才可控制激光的发射，比如作业人员只有同时按下第一操作杆2上的第一按钮3和第二操作杆7上的第二按钮6并持续5秒钟，才会控制激光器18发射激光，此限位装置可将作业人员的位置限制在控制台8后方，使作业人员一定不会误闯入激光发射区域，从而保证了作业人员的安全。另外，按下第一按钮3和第二按钮6二者中的任意一个按钮，即可停止发射激光；

所述急停按钮用于控制激光的紧急停止。在本发明一实施例中，所有的操作杆和按钮均采用耐磨防滑材料，以提高作业人员使用设备的安全性和舒适度。

其中，上述各个可被控制台8控制的设备或装置设置有接收有线或无线信号的控制板，通过控制台8上的操作杆和按钮对各个受控设备或装置上的控制板发送调节的信号，然后各受控设备或装置内部的步进电机、齿轮传动等会做出相应的动作，从而实现控制台8的控制功能。

在本发明一实施例中，所述图像采集设备4可以为摄像头等设备，所述输出设备5可以为显示屏等设备。

所述系统在工作时，所述控制台8供电后，显示屏5开机可以看到经瞄准具14所成的异物影像，通过调节第一操作杆2和第二操作杆7，控制连有控制云台10的转台16水平或俯仰转动，进而瞄准清障对象的位置，接下来，作业人员双手同时按下第一操作杆2上的第一按钮3和第二操作杆7上的第二按钮6并持续5秒钟，激光器18通过激光发射部13发射激光清除操作杆，作业过程中还可以通过显示屏5对清障全过程实行可视化监控，而且，显示屏5上方还会显示烧蚀操作杆的功率，根据操作杆种类的不同，还可以通过控制第二操作杆7来调节发射激光功率的大小。需要说明的是，由于瞄准具14设置为内部光路光轴与激光发射部13内部光路光轴成某一角度且同向，这就使得本系统在工作距离处，显示屏5上不会产生瞄准视差，即显示屏5上的十字准星瞄在清障对象的哪个部位上，激光就会打在哪个位置上。

根据本发明的另一方面，还提出一种基于所述架空线激光清障系统的架空线激光清障方法，所述方法包括以下步骤：

准备步骤、系统供电

将所述架空线激光清障系统的各部分用线连接好并接通电源后，控制台8上的显示屏5开机。

步骤s1、对于清障对象进行瞄准；

显示屏5开机后，瞄准具14所成的影像会投影在显示屏5上。接下来就需要对于清障对象进行瞄准：(1)粗瞄：首先用肉眼观察清障对象所在方位，通过控制台8上的第一操作杆2来控制转台16的水平及俯仰转动，使得激光发射部13大致对准清障对象，从而使清障对象经瞄准具14在显示屏5上成像；(2)精瞄：通过控制控制台8上的第二操作杆7来放大或缩小清障对象的影像，控制第三按钮19和第四按钮20来控制转台16水平或俯仰转动的速度，使清障对象的实时图像成像在显示屏5中心的准星位置，最后实现对于清障对象的精确瞄准。

步骤s2、设置待发射激光功率并发射激光

根据清障对象的种类，通过控制第二操作杆7的左右摆动，选择待发射激光功率的大小，功率的大小可从显示屏5上直接读取。设定好待发射激光的功率后，双手同时按下第一按钮3和第二按钮6并持续5秒钟，激光器18通过激光发射部13发射一定功率的激光，通过光热作用将清障对象熔断并脱离架空线，从而实现远距离定点清除清障对象而不损伤输电线路，而且限位装置很好地保护了作业人员的安全。

在发射激光清除清障对象的同时，若有人畜突然闯入光路时，清障系统自动采取相应安全措施，或者由所述控制云台10反馈给控制台8一个警报信号，使得控制台8直接控制激光器18停止发射激光；或者由作业人员按下急停按钮21，使清障系统停止发射激光，其中，急停作用时间量级可设为微秒，这样能够最大程度地避免事故的发生。

结束步骤、清障作业完成后系统关机并切断电源。

激光清障作业完成后，按下第一按钮3或第二按钮6的任意一个按钮，停止发射激光，系统依次关机断电。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。