CN104377590A - 一种利用激光带电清除高压输电线异物的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用激光带电清除高压输电线异物的方法和设备，用于清除威胁高压输电线运行安全的风筝、塑料薄膜、气球、广告条幅等异物。本发明以激光为工作介质，以云台为转动装置，结合图像信息实现异物目标的搜索、辨识以及瞄准，结合距离信息，实现激光自动调焦，通过将聚焦后的高能激光照射在异物目标上，实现对异物的带电清除。本发明可实现异物的远距离、非接触式、带电清除，异物清除速度快，所有工作全部在地面完成，不涉及到登杆、上线等危险作业，使作业人员远离高压电场。本发明中的设备具备图像信息采集和处理功能，可实时查看异物清除效果，具有良好的可视化体验，在激光出光时可以避开高压输电线，不会对线缆造成损伤。

Description

一种利用激光带电清除高压输电线异物的方法和设备

技术领域

本发明属于高压输电线维护技术领域，更具体地，涉及一种利用激光带电清除高压输电线异物的方法和设备。

背景技术

高压输电线长期运行在自然环境中，常有风筝、塑料薄膜、气球、广告条幅等异物吹落在高压输电线上。由于高压输电线多为架空裸线，当线缆上有异物时，若不及时清理，一旦碰到雨雪雾天气，以上异物因为沾水导电而变成导体，易造成线路接地故障或相间短路故障，导致线路跳闸，严重危及高压输电线路的运行安全。因此，当高压输电线上有异物时，必须及时对异物进行清除。近年来，高压输电线上缠绕异物的情况频发，加剧了高压输电线路维护的工作量和难度。

目前，对异物的清除分为停电清除和带电清除两种方式。停电清除异物受到停电时间和电网运行方式的限制，对异物的清除难以及时。此外，停电清除异物会给生活、生产带来诸多不便，造成较大的经济损失，且在某些场合很难实现停电。因此，在确保人身安全的前提下，对异物的清除首选带电清除方式。

现有的异物带电清除方法主要有：绝缘杆摘取法、剪切装置切割法、喷灯燃烧法、等电位操作法。绝缘杆摘取法，是作业人员站在地面或杆塔上通过绝缘杆进行异物的摘取，处理范围受到操作杆长度的限制。剪切装置切割法和喷灯燃烧法，是将剪切装置或喷火装置安装在高压输电线缆上，由作业人员牵引剪切装置或喷火装置在高压输电线缆上移动，实现对异物的切割去除或烧蚀去除，准备工作和清除操作都比较复杂，需要多人参与，耗时较长，且会对高压输电线造成一定程度的机械磨损。等电位操作法，是带电使用吊篮、软梯或绝缘斗臂车使作业人员等电位进入电场进行手工清除，需要作业人员进入高压强电场，安全风险高。

如上所述，现有的异物带电清除方法均存在一定局限性和不足，如：处理范围有限、劳动强度大、作业程序复杂、作业时间长、安全风险高、实施困难、对高压输电线的线缆有一定损伤等。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用激光带电清除高压输电线异物的方法和设备，能够及时、方便、快捷的清除悬挂在高压输电线上的各种异物。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种利用激光带电清除高压输电线异物的设备，包括发电机、水冷机和主机三部分。该设备主要放置在车上使用，通过车辆将设备运输至距离异物目标20m～100m处进行作业。其中：

所述发电机用于为水冷机和主机提供～220V电源；

所述水冷机用于对主机中的激光器进行制冷；

所述主机是由AC/DC电源、控制设备、激光器和云台系统组成；其中：

所述AC/DC电源用于对所述发电机提供的～220V电源进行转换，为所述控制设备和所述云台系统提供直流电源；

所述控制设备用于对所述AC/DC电源、所述激光器和所述云台系统实施控制；

所述激光器是激光的产生装置；

所述云台系统是由CCD摄像变焦系统、CCD摄像高分辨系统、测距模块、激光聚焦系统和云台共同组成。其中：

所述CCD摄像变焦系统用于根据所述控制设备的指令实现大视场内对异物目标的搜索和确认；

所述CCD摄像高分辨系统用于根据所述控制设备的指令实现对异物目标的清晰辨识；

所述测距模块用于获取由所述CCD摄像高分辨系统所辨识到的异物目标的距离信息；

所述激光聚焦系统的激光输入由所述激光器提供，用于根据所述控制设备的指令依照异物目标的距离远近自动实现激光调焦，即自动调整激光聚焦点，使照射在异物上的激光能量满足异物清除的要求；

所述云台用于根据所述控制设备的指令完成转动，通过旋转角度的调整使聚焦后的高能激光瞄准异物目标。

所述CCD摄像变焦系统、所述CCD摄像高分辨系统、所述测距模块、所述激光聚焦系统均安装于所述云台上，作为所述云台的负载，随所述云台一起转动。

本发明的一个实施例中，上述利用激光带电清除高压输电线异物的设备中，所述发电机为单相汽油发电机，额定电压220V，额定功率6KW；

本发明的一个实施例中，上述利用激光带电清除高压输电线异物的设备中，所述水冷机名义制冷为2.7KW，接口为10mm快速接头；

本发明的一个实施例中，上述利用激光带电清除高压输电线异物的设备中，所述激光器为500W连续输出光纤激光器，功率调节范围10％～100％。

本发明的一个实施例中，上述利用激光带电清除高压输电线异物的设备中，所述云台采用重载云台，其控制精度和旋转角度范围可以满足异物目标搜索和瞄准的需要。

本发明的一个实施例中，上述利用激光带电清除高压输电线异物的设备中，所述CCD摄像变焦系统，采用电动变倍镜头，具备大视场角。

本发明的一个实施例中，上述利用激光带电清除高压输电线异物的设备中，所述CCD摄像高分辨系统，在100m处可实现对直径10mm的线缆的清晰辨识。

本发明的一个实施例中，上述利用激光带电清除高压输电线异物的设备中，所述测距模块采用激光测距模块，测距范围不小于150m，测距精度优于±0.1m。

本发明的一个实施例中，上述利用激光带电清除高压输电线异物的设备中，所述激光聚焦系统采用电动调焦方式，可实现20m～100m范围内的激光自动调焦。

按照本发明的另一方面，还提供了一种基于上述系统利用激光带电清除高压输电线异物的方法，该方法以激光为工作介质，以云台为转动装置，采用一路大视场摄像系统实现异物目标的搜索和确认，采用一路高分辨摄像系统实现异物目标的清晰辨识，采用测距模块获取异物目标的距离信息，采用激光聚焦系统自动实现激光调焦，通过异物目标的高分辨图像信息和高分辨摄像系统的视场角信息自动计算云台的旋转角度，通过云台的转动使激光自动瞄准异物目标，通过激光聚焦系统根据异物目标的距离远近自动实现激光调焦，通过控制激光器出射激光，使聚焦后的高能激光照射在异物目标上，数秒就可实现20m～100m范围内对异物目标的非接触式、带电清除。

此外，通过对异物目标的高分辨图像信息进行分析，可以确定异物目标的清除区域，异物目标的清除区域不包括高压输电线，可以使聚焦后的高能激光避开高压输电线，不对高压输电线的线缆造成损伤。

此外，通过异物目标的高分辨图像信息，还可以实时查看异物目标的状态，确认异物目标的清除效果。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明的有益效果在于提供一种利用激光带电清除高压输电线异物的方法，以激光为工作介质，可实现对异物的带电清除，不需停电作业，避免了因停电造成的不便和经济损失。

2、本发明的有益效果在于提供一种利用激光带电清除高压输电线异物的方法，以激光为工作介质，可实现对异物的非接触式清除，不涉及设备与输电线的线缆之间的机械接触，不会对线缆造成机械磨损。

3、本发明的有益效果在于提供一种利用激光带电清除高压输电线异物的方法，作业距离达100m，异物清除的处理范围能够满足绝大多数异物清除的需要。

4、本发明的有益效果在于提供一种利用激光带电清除高压输电线异物的方法，将聚焦后的高能激光照射在异物上，数秒就可实现对异物的清除，异物清除速度非常快。

5、本发明的有益效果在于提供一种利用激光带电清除高压输电线异物的方法，通过对异物目标的高分辨图像信息进行分析，可以确定异物目标的清除区域，异物目标的清除区域不包括高压输电线，可以使聚焦后的高能激光避开高压输电线，不对高压输电线的线缆造成损伤。

6、本发明的有益效果在于提供一种利用激光带电清除高压输电线异物的设备，具备CCD摄像变焦系统和CCD摄像高分辨系统，可通过图像实时查看异物目标、确认异物清除效果，具有良好的可视化体验。

7、本发明的有益效果在于提供一种利用激光带电清除高压输电线异物的设备，该设备主要放置在车上使用，通过车辆将设备运输至距离异物目标20m～100m处进行作业，作业人员在地面即可完成对异物的清除，不涉及登杆、上线等危险操作，使作业人员远离高压电场，避免了触电隐患，降低了劳动强度，提高了作业的安全系数。

附图说明

图1为本发明的方法实现过程图；

图2为本发明的设备组成及现场应用示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明提供了一种利用激光带电清除高压输电线异物的设备，包括发电机1、水冷机2和主机3三部分。该设备主要放置在车上使用，通过车辆将设备运输至距离异物目标20m～100m处进行户外作业。

其中：

发电机1用于为水冷机2和主机3提供220V电源；

水冷机2用于对主机3中的激光器33进行制冷；

主机3包括：AC/DC电源31、控制设备32、激光器33和云台系统34。

其中：

AC/DC电源31用于对由发电机1提供的220V电源进行转换，从而为控制设备32和云台系统34提供直流电源；

控制设备32用于对AC/DC电源31、激光器33和云台系统34实施控制；

激光器33是激光的产生装置；

云台系统34是由云台341、CCD摄像变焦系统342、CCD摄像高分辨系统343、测距模块344、激光聚焦系统345共同组成。

其中：

云台341用于根据控制设备32的指令完成转动，通过旋转角度的调整使聚焦后的高能激光瞄准异物目标。

CCD摄像变焦系统342用于根据控制设备32的指令实现大视场内对异物目标的搜索和确认；

CCD摄像高分辨系统343用于根据控制设备的指令实现对异物目标的清晰辨识；

测距模块344用于获取由CCD摄像高分辨系统343所辨识到的异物目标的距离信息；

激光聚焦系统345的激光输入由激光器33提供，用于根据控制设备32的指令依照异物目标的距离远近自动实现激光调焦，即自动调整激光聚焦点，使照射在异物上的激光能量满足异物清除的要求；

CCD摄像变焦系统342、CCD摄像高分辨系统343、测距模块344、激光聚焦系统345均安装于云台341上，作为云台341的负载，随云台341一起转动。

进一步地，所述发电机为单相汽油发电机，额定电压220V，额定功率6KW。

进一步地，所述水冷机名义制冷为2.7KW，接口为10mm快速接头。

进一步地，所述激光器为500W连续输出光纤激光器，功率调节范围10％～100％。

进一步地，所述云台采用重载云台，其控制精度和旋转角度范围满足异物目标搜索和瞄准的需要。

进一步地，所述CCD摄像变焦系统，采用电动变倍镜头，具备大视场角。

进一步地，所述CCD摄像变焦系统，所述CCD摄像高分辨系统，在100m处可实现对直径10mm的线缆的清晰辨识。

进一步地，所述测距模块采用激光测距模块，测距范围不小于150m，测距精度优于±0.1m。

进一步地，所述激光聚焦系统采用电动调焦方式，可实现20m～100m范围内的激光自动调焦。

如图2所示，本发明提供了一种基于上述设备的利用激光带电清除高压输电线异物的方法，该方法以激光为工作介质，以云台为转动装置，采用一路大视场摄像系统实现异物目标的搜索和确认，采用一路高分辨摄像系统实现异物目标的清晰辨识，采用测距模块获取异物目标的距离信息，采用激光聚焦系统自动实现激光调焦，通过异物目标的高分辨图像信息和高分辨摄像系统的视场角信息自动计算云台的旋转角度，通过云台的转动使激光自动瞄准异物目标，通过激光聚焦系统根据异物目标的距离远近自动实现激光调焦，通过控制激光器出射激光，使聚焦后的高能激光照射在异物目标上，实现对异物目标的非接触式、带电清除。其具体实现过程如下：

1)异物目标搜索和确认

通过CCD摄像变焦系统7在大范围内搜索和确认异物目标。若异物目标在CCD摄像变焦系统7的视场范围内，则对CCD摄像变焦系统7实施电动变倍，缩小视场范围，对异物目标进行确认。若异物目标不在CCD摄像变焦系统7的视场范围内，则通过控制设备1发送指令控制云台4转动，通过调整云台4的转动角度，使异物目标进入CCD摄像变焦系统7的视场范围内。

2)异物目标辨识

对异物目标进行搜索和确认后，切换至CCD摄像高分辨系统6，对异物目标进行清晰辨识。CCD摄像高分辨系统6在100m处可实现对直径10mm的线缆的清晰辨识。

3)图像信息分析

对CCD摄像高分辨系统6所获取的图像信息进行分析，确定异物目标的清除区域。异物目标的清除区域不包括高压输电线，可以使聚焦后的高能激光避开高压输电线，不对高压输电线的线缆造成损伤。

4)异物目标瞄准

根据CCD摄像高分辨系统6所获取的高分辨图像，通过异物目标的高分辨图像信息和高分辨摄像系统6的视场角信息自动计算瞄准异物目标云台4所需旋转的角度，由控制设备1向云台4发送指令，控制云台4进行角度旋转，通过云台的转动使激光自动瞄准异物目标。

5)激光自动调焦

对异物目标进行瞄准后，通过测距模块5自动获取异物目标的距离信息。依照异物目标清除距离的远近，由控制设备1向激光聚焦系统3发送指令，控制激光聚焦系统3依照距离异物目标的远近不同自动完成激光的调焦，即自动调整激光聚焦点，使照射在异物上的激光能量能够满足异物清除的要求。

6)激光出射

由控制设备1控制激光器2出射激光，使聚焦后的高能激光照射在异物目标的清除区域上。根据异物目标的不同，可由控制设备1对激光器2进行功率调节。

7)效果查看

通过CCD摄像高分辨系统6对异物目标的清除效果进行查看，实时查看异物目标的状态，确认异物目标的清除效果。若满足要求，则结束异物清除任务；若不满足要求，则重新执行异物清除任务。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用激光带电清除高压输电线异物的设备，其特征在于，所述设备包括发电机、水冷机和主机三部分，其中：

所述发电机用于为水冷机和主机提供220V电源；

所述水冷机用于对主机中的激光器进行制冷；

所述主机是由AC/DC电源、控制设备、激光器和云台系统组成；其中：

所述AC/DC电源用于对所述发电机提供的220V电源进行转换，为所述控制设备和所述云台系统提供直流电源；

所述控制设备用于对所述AC/DC电源、所述激光器和所述云台系统实施控制；

所述激光器是激光的产生装置；

所述云台系统由CCD摄像变焦系统、CCD摄像高分辨系统、测距模块、激光聚焦系统和云台组成；其中：

所述CCD摄像变焦系统用于根据所述控制设备的指令实现大视场内对异物目标的搜索和确认；

所述CCD摄像高分辨系统用于根据所述控制设备的指令实现对异物目标的清晰辨识；

所述测距模块用于获取由所述CCD摄像高分辨系统所辨识到的异物目标的距离信息；

所述激光聚焦系统的激光输入由所述激光器提供，用于根据所述控制设备的指令依照异物目标的距离远近自动实现激光调焦，即自动调整激光聚焦点，使照射在异物上的激光能量满足异物清除的要求；

所述云台用于根据所述控制设备的指令完成转动，通过旋转角度的调整使聚焦后的高能激光瞄准异物目标；

所述CCD摄像变焦系统、所述CCD摄像高分辨系统、所述测距模块、所述激光聚焦系统均安装于所述云台上，作为所述云台的负载，随所述云台一起转动。

2.如权利要求1所述的利用激光带电清除高压输电线异物的设备，其特征在于，所述发电机为单相汽油发电机，额定电压220V，额定功率6KW。

3.如权利要求1或2所述的利用激光带电清除高压输电线异物的设备，其特征在于，所述水冷机名义制冷为2.7KW，接口为10mm快速接头。

4.如权利要求1或2所述的利用激光带电清除高压输电线异物的设备，其特征在于，所述激光器为500W连续输出光纤激光器，功率调节范围10％～100％。

5.如权利要求1或2所述的利用激光带电清除高压输电线异物的设备，其特征在于，所述云台采用重载云台，其控制精度和旋转角度范围满足异物目标搜索和瞄准的需要。

6.如权利要求1或2所述的利用激光带电清除高压输电线异物的设备，其特征在于，所述CCD摄像变焦系统，采用电动变倍镜头，具备大视场角。

7.如权利要求1或2所述的利用激光带电清除高压输电线异物的设备，其特征在于，所述CCD摄像高分辨系统，在100m处可实现对直径10mm的线缆的清晰辨识。

8.如权利要求1或2所述的利用激光带电清除高压输电线异物的设备，其特征在于，所述测距模块采用激光测距模块，测距范围不小于150m，测距精度优于±0.1m。

9.如权利要求1或2所述的利用激光带电清除高压输电线异物的设备，其特征在于，所述激光聚焦系统采用电动调焦方式，可实现20m～100m范围内的激光自动调焦。

10.一种利用权利要求1-9任一项所述系统进行激光带电清除高压输电线异物的方法，其特征在于：以激光为工作介质，以云台为转动装置，采用一路大视场摄像系统实现异物目标的搜索和确认，采用一路高分辨摄像系统实现异物目标的清晰辨识，采用测距模块获取异物目标的距离信息，采用激光聚焦系统自动实现激光调焦，通过异物目标的高分辨图像信息和高分辨摄像系统的视场角信息自动计算云台的旋转角度，通过云台的转动使激光自动瞄准异物目标，通过激光聚焦系统根据异物目标的距离远近自动实现激光调焦，通过控制激光器出射激光，使聚焦后的高能激光照射在异物目标上，实现对异物目标的非接触式、带电清除。