CN101325321A - 利用激光为架空高压输电线除冰的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种利用激光对架空高压输电线除冰的方法，该除冰方法包括如下步骤：将激光器移动到距离覆冰架空高压输电线30m～100m处；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；向覆冰架空高压输电线发射激光；使激光发射方向沿着覆冰架空高压输电线移动，以清除架空高压输电线上其余的覆冰。本发明能耗较低，可以在架空高压输电线带负载情况下进行远距离除冰，解决机械除冰所需的断电和近距离接触存在的安全隐患等问题。
Description
技术领域
本发明属于激光应用技术领域，具体涉及一种利用激光为架空高压输电线除冰的方法。
背景技术
我国南方地区的冬季，由于气温在0℃附近，雪的湿度偏大，湿度大的雪和冻雨易附着在架空高压输电线上形成覆冰，覆冰过厚将导致断线、倒塔等事故，危害性很大。
输电线路覆冰是电力行业一个比较顽固的问题，目前采用的除冰技术主要为热力除冰技术和机械除冰技术。通过对主要的热力和机械除冰技术的综合比较发现，热力法除冰能耗比机械法高很多。但是机械法除冰存在若干限制，如需断电、近距离接触，并带来一定的安全隐患。
目前公开文献上所见的激光除冰方法实际是利用激光进行熔冰，由于冰的溶解热为80cal·g-1，因此激光熔冰的效率很低。
中国科技期刊《光学与光电技术2007年6月第5卷第3期公开发表的文章《CO2激光热熔法除冰的研究》中提出了一种激光除冰方法，该方法主要考虑的是利用对冰具有高吸收特性的CO2激光对冰进行热熔，再辅以利用冰块自身重力脱落。该激光熔冰法对能耗要求大，另外对于粘附力很强的坚硬覆冰层而言，利用冰块自身重力脱落的可行性较差。
中国专利文献中提供了名称为《红外辐射线为飞机除冰的方法和设备》(专利号CN95197862.4)的专利技术，该专利技术通过发射一定波长红外辐射线，把飞机上的雪和冰融化掉。中国专利号02228315的专利文献中也提供了名称为《高压线除冰凌装置》的文章，文献中通过给高压线配备绝缘电热线，依靠电热线供电发热来融冰。上述专利技术均是利用冰的热学相变原理进行除冰，需要较高的能量，实施困难。
发明内容
为实现架空高压输电线带负载情况下除冰，本发明提出一种利用激光对架空高压输电线非接触式除冰的方法。该除冰方法利用热力学共同作用原理，通过应力波作用将冰震碎实现对带负载架空高压输电线的除冰。
本发明的利用激光为架空高压输电线除冰的方法，依次包括以下步骤：
(1)将激光器移动到距离覆冰架空高压输电线30m～100m处；
(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)向覆冰架空高压输电线发射激光；
(4)使激光发射方向沿着覆冰架空高压输电线移动，以清除架空高压输电线上其余的覆冰。
所述的激光器为脉冲激光器，其中激光波长为400nm～1100nm，激光脉冲能量为10J～20J，激光脉宽全宽度为10ns～100ns，激光重复频率为1Hz～10Hz。
所述激光在覆冰架空高压输电线上形成的激光光斑直径为0.5cm～2cm，激光光斑平均能量密度为10J·cm-2～20J·cm-2。
本发明的利用激光为架空高压输电线除冰的方法，其作用原理如下：架空高压输电线为低阻抗金属导线，金属对可见光至近红外激光的趋肤深度为几纳米至几十纳米。在可见光至近红外400nm～1100nm波段，冰的光学特性为高透低吸收。如果采用可见光至近红外波段的激光作用于表面覆冰的架空高压输电线上，由于冰的高透过特性，绝大多数的激光能量将到达金属导线表面。金属导线的吸收深度不超过几十纳米，瞬间金属导线的表层温度将迅速上升。再设激光脉宽仅几十纳秒，则可将此过程近似视为绝热过程，在这个绝热过程中，最靠近金属导线表面的极薄的冰层迅速汽化，其膨胀运动的反冲在冰体和金属导线表面引起应力波。在应力波的作用下金属导线表面的覆冰被震碎，从而达到除冰的目的。考虑到能有效除冰，同时不能损伤架空高压输电线，激光光斑平均能量密度为10J·cm-2～20J·cm-2。
本发明利用激光为架空高压输电线除冰的方法提出的除冰方法采用短脉冲激光器，能耗远远小于目前常见的热力除冰技术，除冰速度较快。此外，采用本发明的方法还可以在架空高压输电线带负载情况下实现远距离除冰，能够解决机械除冰技术带来的需断电、近距离接触和存在一定安全隐患等问题。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为采用本发明利用激光为架空高压输电线除冰的实施过程示意图
具体实施方式
图1为采用本发明利用激光为架空高压输电线除冰的实施过程示意图。
在图1中，当冬季架空高压输电线上形成覆冰时，将激光器设置在距架空高压输电线50m处。要求激光器为脉冲激光器，可选用1064nm的YAG激光器，激光脉冲能量为15J，激光脉宽全宽度为20ns，激光重复频率为1Hz。
启动激光器，当激光器出光后，对激光器进行调焦，调焦具有两个目的：其一是要保证架空高压输电线上的激光光斑直径为1cm，其二是要保证架空高压输电线上的激光光斑平均能量密度为15J·cm-2。
完成对激光器的调焦后，使激光发射方向沿着覆冰架空高压输电线进行移动扫描。控制激光移动扫描速度，逐段震碎架空高压输电线上的覆冰。
Claims (3)
1.一种利用激光为架空高压输电线除冰的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将激光器移动到距离覆冰架空高压输电线30m～100m处；
(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)向覆冰架空高压输电线发射激光；
(4)使激光发射方向沿着覆冰架空高压输电线移动，以清除架空高压输电线上其余的覆冰。
2.根据权利要求1所述的除冰的方法，其特征在于：所述的激光器为脉冲激光器，其中激光波长为400nm～1100nm，激光脉冲能量为10J～20J，激光脉宽全宽度为10ns～100ns，激光重复频率为1Hz～10Hz。
3.根据权利要求1所述的除冰的方法，其特征在于：所述激光在覆冰架空高压输电线上形成的激光光斑直径为0.5cm～2cm，激光光斑平均能量密度为10J·cm-2～20J·cm-2。
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