利用雷射為架空高壓輸電線除冰的方法
2023-05-08 16:23:46
專利名稱：利用雷射為架空高壓輸電線除冰的方法
技術領域：
本發明屬於雷射應用技術領域，具體涉及一種利用雷射為架空高壓輸電線除冰的方法。
技術背景我國南方地區的冬季，由於氣溫在o'c附近，雪的溼度偏大，溼度大的雪和凍雨易附著在架空高壓輸電線上形成覆冰，覆冰過厚將導致斷線、倒塔等事故，危害性很大。輸電線路覆冰是電力行業一個比較頑固的問題，目前採用的除冰技術主要為熱力除冰技 術和機械除冰技術。通過對主要的熱力和機械除冰技術的綜合比較發現，熱力法除冰能耗比 機械法高很多。但是機械法除冰存在若干限制，如需斷電、近距離接觸，並帶來一定的安全目前公開文獻上所見的雷射除冰方法實際是利用雷射進行熔冰，由於冰的溶解熱為80cal g—'，因此雷射熔冰的效率很低。中國科技期刊《光學與光電技術》2007年6月第5巻第3期公開發表的文章《C02雷射熱 熔法除冰的研究》中提出了一種雷射除冰方法，該方法主要考慮的是利用對冰具有高吸收特 性的C02雷射對冰進行熱熔，再輔以利用冰塊自身重力脫落。該雷射熔冰法對能耗要求大，另 外對於粘附力很強的堅硬覆冰層而言，利用冰塊自身重力脫落的可行性較差。中國專利文獻中提供了名稱為《紅外輻射線為飛機除冰的方法和設備》(專利號 CN95197862.4)的專利技術，該專利技術通過發射一定波長紅外輻射線，把飛機上的雪和冰 融化掉。中國專利號02228315的專利文獻中也提供了名稱為《高壓線除冰凌裝置》的文章， 文獻中通過給高壓線配備絕緣電熱線，依靠電熱線供電發熱來融冰。上述專利技術均是利用 冰的熱學相變原理進行除冰，需要較高的能量，實施困難。 發明內容為實現架空高壓輸電線帶負載情況下除冰，本發明提出一種利用雷射對架空高壓輸電線 非接觸式除冰的方法。該除冰方法利用熱力學共同作用原理，通過應力波作用將冰震碎實現 對帶負載架空高壓輸電線的除冰。本發明的利用雷射為架空高壓輸電線除冰的方法，依次包括以下步驟(1) 將雷射器移動到距離覆冰架空高壓輸電線30m 100m處；(2) 對雷射進行調焦，使雷射在覆冰架空高壓輸電線上形成雷射光斑；(3) 向覆冰架空高壓輸電線發射雷射；(4) 使雷射發射方向沿著覆冰架空高壓輸電線移動，以清除架空高壓輸電線上其餘的覆冰。所述的雷射器為脈衝雷射器，其中雷射波長為400nm 1100nm，雷射脈衝能量為10J 20J，雷射脈寬全寬度為10ns 100ns，雷射重複頻率為1Hz 10Hz。所述雷射在覆冰架空高壓輸電線上形成的雷射光斑直徑為0. 5cm 2cm，雷射光斑平均能 量密度為10 J cnf2 20 J cm—2。本發明的利用雷射為架空高壓輸電線除冰的方法，其作用原理如下架空高壓輸電線為 低阻抗金屬導線，金屬對可見光至近紅外雷射的趨膚深度為幾納米至幾十納米。在可見光至 近紅外400nm 1100nm波段，冰的光學特性為高透低吸收。如果採用可見光至近紅外波段的 雷射作用於表面覆冰的架空高壓輸電線上，由於冰的高透過特性，絕大多數的雷射能量將到 達金屬導線表面。金屬導線的吸收深度不超過幾十納米，瞬間金屬導線的表層溫度將迅速上 升。再設雷射脈寬僅幾十納秒，則可將此過程近似視為絕熱過程，在這個絕熱過程中，最靠 近金屬導線表面的極薄的冰層迅速汽化，其膨脹運動的反衝在冰體和金屬導線表面引起應力 波。在應力波的作用下金屬導線表面的覆冰被震碎，從而達到除冰的目的。考慮到能有效除 冰，同時不能損傷架空高壓輸電線，雷射光斑平均能量密度為10 J cnf2 20 J cnf2。本發明利用雷射為架空高壓輸電線除冰的方法提出的除冰方法釆用短脈衝雷射器，能耗 遠遠小於目前常見的熱力除冰技術，除冰速度較快。此外，採用本發明的方法還可以在架空 高壓輸電線帶負載情況下實現遠距離除冰，能夠解決機械除冰技術帶來的需斷電、近距離接 觸和存在一定安全隱患等問題。
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。圖1為採用本發明利用雷射為架空高壓輸電線除冰的實施過程示意圖具體實施方式
圖1為採用本發明利用雷射為架空高壓輸電線除冰的實施過程示意圖。在圖1中，當冬季架空高壓輸電線上形成覆冰時，將雷射器設置在距架空高壓輸電線50m處。要求雷射器為脈衝雷射器，可選用1064mii的YAG雷射器，雷射脈衝能量為15J，雷射脈寬全寬度為20ns，雷射重複頻率為lHz。啟動雷射器，當雷射器出光後，對雷射器進行調焦，調焦具有兩個目的其一是要保證架空高壓輸電線上的雷射光斑直徑為lcm，其二是要保證架空高壓輸電線上的雷射光斑平均能量密度為15J cm—2。完成對雷射器的調焦後，使雷射發射方向沿著覆冰架空高壓輸電線進行移動掃描。控制 雷射移動掃描速度，逐段震碎架空高壓輸電線上的覆冰。
權利要求
1.一種利用雷射為架空高壓輸電線除冰的方法，其特徵在於包括以下步驟(1)將雷射器移動到距離覆冰架空高壓輸電線30m～100m處；(2)對雷射進行調焦，使雷射在覆冰架空高壓輸電線上形成雷射光斑；(3)向覆冰架空高壓輸電線發射雷射；(4)使雷射發射方向沿著覆冰架空高壓輸電線移動，以清除架空高壓輸電線上其餘的覆冰。
2. 根據權利要求1所述的除冰的方法，其特徵在於所述的雷射器為脈衝雷射器，其中雷射波長為400nm 1100nm，雷射脈衝能量為10J 20J，雷射脈寬全寬度為10ns 100ns，雷射 重複頻率為1Hz 10Hz。
3. 根據權利要求1所述的除冰的方法，其特徵在於所述雷射在覆冰架空高壓輸電線上形成 的雷射光斑直徑為0. 5cm 2cm，雷射光斑平均能量密;^.為10 J cm—2 20 J cm—2。
全文摘要
本發明提出了一種利用雷射對架空高壓輸電線除冰的方法，該除冰方法包括如下步驟將雷射器移動到距離覆冰架空高壓輸電線30m～100m處；對雷射進行調焦，使雷射在覆冰架空高壓輸電線上形成雷射光斑；向覆冰架空高壓輸電線發射雷射；使雷射發射方向沿著覆冰架空高壓輸電線移動，以清除架空高壓輸電線上其餘的覆冰。本發明能耗較低，可以在架空高壓輸電線帶負載情況下進行遠距離除冰，解決機械除冰所需的斷電和近距離接觸存在的安全隱患等問題。
文檔編號H01S3/11GK101325321SQ200810044590
公開日2008年12月17日 申請日期2008年4月9日 優先權日2008年4月9日
發明者敏 萬, 餘鴻銘, 傑 冷, 杜祥琬, 銳 楊, 胡曉陽, 毅 蘇, 路大舉, 凱 鄒 申請人:中國工程物理研究院應用電子學研究所