輸電線路激光清洗方法的研究

吳尚陽(yáng)

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(zhǎng)期暴露于室外，所以很容易被污染，尤其絕緣子具有隔絕導(dǎo)電部分和支撐兩種主要作用，被大量用于送電線路和發(fā)電站、變電站的設(shè)備上。當(dāng)絕緣子被污垢污染時(shí)，它的絕緣性能會(huì)大大下降，最終導(dǎo)致閃絡(luò)事故。所以定期清洗是保證輸電線路正常工作的重要任務(wù)，由于傳統(tǒng)清洗方式存在效率低、危險(xiǎn)性高和便捷性低的問題，所以該文針對(duì)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(guān)鍵詞：輸電線路? 激光清洗? 高重頻脈沖激光

中圖分類號(hào)：TM77 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）09（a）-0068-02

激光清洗（LaserCleaning）作為一項(xiàng)新興的表面清潔技術(shù)，具有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如清洗精度高、控制性好、與工作物質(zhì)無(wú)接觸等，在某些領(lǐng)域優(yōu)越于傳統(tǒng)的清洗技術(shù)。從20世紀(jì)80年代誕生以來，激光清洗在理論模型研究和技術(shù)應(yīng)用方面取得了令人矚目的發(fā)展，受到了產(chǎn)業(yè)界相關(guān)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(yōu)點(diǎn)是可充分利用空氣的高絕緣性。但由于輸電線路長(zhǎng)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(tǒng)清洗方法主要有清洗機(jī)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(xiǎn)和隱患，操作不當(dāng)其結(jié)果會(huì)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(shí)現(xiàn)輸電線路帶電工作的非接觸式清洗，可以解決目前傳統(tǒng)高壓輸電線路清洗的問題，該文針對(duì)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(tǒng)清洗方法

（1）清洗機(jī)清洗。

人工操作的濕潤(rùn)刷式清洗機(jī)由清洗罐、噴頭和毛刷組成。毛刷可通過一個(gè)環(huán)抱結(jié)構(gòu)固定在絕緣子上，清洗時(shí)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(gè)部位。這種方法需要工人有特殊的操作技能，高空作業(yè)有一定危險(xiǎn)性。

（2）射流清洗。

有便攜式射流清洗機(jī)、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(jī)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(duì)輸電線路進(jìn)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(shè)備成本不高，缺點(diǎn)是清洗過程易發(fā)生閃絡(luò)事故，在大風(fēng)天氣作業(yè)十分困難。

（4）水幕清洗。

在臺(tái)風(fēng)和季風(fēng)的強(qiáng)風(fēng)狀態(tài)下，絕緣子在很短時(shí)間內(nèi)發(fā)生急速污染。這種設(shè)備成本過高，缺點(diǎn)是清洗過程易發(fā)生閃絡(luò)事故。

2? 激光清洗方法

采用的二維激光掃描激光清洗系統(tǒng)。清洗光源采IPG公司YLPN型高重頻脈沖激光源。該款機(jī)型在維持輸出最高平均功率30W的情況下，脈沖寬度調(diào)節(jié)范圍為：8～200ns，重復(fù)頻率調(diào)節(jié)范圍為：30～300kHz。清洗光源輸出激光束準(zhǔn)直后激光光斑半徑 R：3.5mm，發(fā)散角β：0.29mrad。準(zhǔn)直器輸出的平行光束通過二維掃描振鏡系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)樣件表面全覆二維掃描清洗，其中二維掃描振鏡系統(tǒng)聚焦場(chǎng)鏡等效焦距為：85mm。

在清洗之前要對(duì)絕緣子被污染的程度進(jìn)行評(píng)估，以確定是否有必要進(jìn)行清洗，具體方法是對(duì)絕緣子附著的污垢進(jìn)行定量分析，絕緣子的閃絡(luò)電壓（擊穿電壓）在80kV以下，一般就需要進(jìn)行清洗。

通過計(jì)算，該系統(tǒng)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(duì)清洗樣件表面激光光斑進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，該激光清洗系統(tǒng)聚焦光斑直徑 d≈50μm，與計(jì)算值相符，清洗用脈沖激光光斑尺寸是后續(xù)數(shù)值仿真及工藝實(shí)驗(yàn)必需的重要參數(shù)值。

該系統(tǒng)通過參數(shù)設(shè)置，可實(shí)現(xiàn)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(duì)于“之”字形掃描及“回”字形掃描可實(shí)現(xiàn)X、Y兩個(gè)方向的均勻光斑覆蓋，提高清洗后基材表面質(zhì)量均勻性。

在采用二維掃描振鏡激光清洗系統(tǒng)進(jìn)行材料燒蝕氣化去除時(shí)，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(yīng)等于X方向脈沖光斑之間距離δx。這樣可在X、Y兩個(gè)方向形成均勻性一致的激光清洗表面質(zhì)量，并且為后續(xù)改變二維平面內(nèi)脈沖數(shù)密度，進(jìn)行低熱導(dǎo)率污染物燒蝕氣化去除深度規(guī)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(fù)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(jìn)行二維掃描去除涂漆過程中，作用于X方向脈沖總數(shù)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(duì)污染物吸收脈沖激光產(chǎn)生影響，后續(xù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)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(shù)超過污染物被全部燒蝕氣化去除所需脈沖數(shù)，形成脈沖能量浪費(fèi)及對(duì)基材產(chǎn)生過度破壞，將作用于材料表面最高總脈沖數(shù)設(shè)定為10×105個(gè)，其他工序脈沖總數(shù)依次遞減。

3? 結(jié)語(yǔ)

該文基于激光清洗燒蝕氣化去除目標(biāo)的機(jī)理，提出了采用高重頻脈沖激光對(duì)高壓輸電線路污染物去除的方法研究。首先，該文對(duì)采用二維振鏡進(jìn)行激光清洗時(shí)，不同掃描方式對(duì)激光清洗表面質(zhì)量影響進(jìn)行了分析和選取，通過控制X、Y兩個(gè)方向的光斑重疊率，得到了“弓”字型掃描方式，清洗X、Y兩個(gè)方向具有相同重疊率的計(jì)算方法。其次，該文通過運(yùn)算，發(fā)現(xiàn)高重頻脈沖激光作用于低熱導(dǎo)率材料時(shí)脈沖間隔對(duì)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(jìn)行了高壓輸電線路污染物清洗的方法。

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