CN114210656A - 一种基于脉冲激光的非接触式带电清污方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于脉冲激光的非接触式带电清污方法，包括以下步骤：建立污秽物质激光清污特征库；获取待检测的隔离开关上污秽物的积污类型，查找污秽物质激光清污特征库，确定积污类型对应的激光除污参数；识别污秽物质在隔离开关上的分布面积，设置清污起始点以及对应的激光清污路径；启动激光器，按照上述步骤确定的除污参数进行清污。本发明，预先设定最佳的清除功率和频率，可带电开展激光远距离清污，实时动态调整变形镜片组的焦距，实现激光的焦点始终作用在待清污对象上。本发明精准高效的完成清污工作，操作简单作业洁净度高，使用维护成本较低，大大提高了清污的效率。
Description
技术领域
本发明涉及激光带电除污领域，特别是指一种基于脉冲激光的非接触式带电清污方法。
背景技术
隔离开关又称刀闸，是电力部门运行设备中最常见的一种电力设备。它本身的工作原理及结构比较简单，但是由于使用量大，工作可靠性要求高，对电网安全运行的影响均较大。开关的正常稳定运行保障着电力稳定输送。隔离开关大部分在室外运行，沿海地区气候环境复杂，海盐污秽度重，腐蚀性强，容易受到腐蚀从而降低导电性能。现有的解决办法是一般发现问题后由人工进行拆卸，清洗打磨，重新进行加工或者直接进行整体更换，这些办法不仅耗时耗力，相对运维成本也较高。
目前，对与变电站设备带电清污技术的研究，从查阅相关文献资料来看，主要还是采用人工清污的办法，主要有两种：停电人工擦洗和人工操作带电水冲洗。停电人工擦洗设备污秽的步骤①用抹布擦净设备表面；②含有机物的污秽，用浸有溶剂(汽油、酒精、煤油)的抹布擦净其表面，并用干净抹布最后将溶剂擦干净；③黏结牢固的污秽，用刷子刷去污秽层后用抹布擦净设备表面；④黏结层严重的污秽，可打磨或重新更换，停电人工擦洗费时费力，运维成本也较高。
人工操作带电水冲洗，在高压设备正常运行的情况下，利用电阻率不低于1.5kΩ·cm的水，保持一定的水压和安全距离等条件，使用专门的泵水机械装置，对有污秽的电气设备绝缘部分进行冲洗清污的作业方法。
带电水冲洗一般应在良好天气时进行。风力大于四级，气温低于零下3℃，雨天、雪天、雾天及雷电天气不宜进行。带电水冲洗对气候有一定要求，当风力大于四级时，冲洗的水线在脏污处飞溅较厉害，污水在瓷裙沟里不易迅速下流。特别是北方沙尘大的地方，不待瓷瓶干燥，沙尘可能又已落上，复又形成脏污。当气温低于零下3℃时，水对脏物的溶解力已弱，绝缘子上脏污本身粘着易僵固化，影响冲洗效果，甚至无法工作。在雨天和落雾天气，不仅设备绝缘明显下降，易发生对地闪络，而且给冲洗用绝缘工具的安全防护也带来困难。在雷电天气，若设备上落雷或雷电波传入，或雷电感应过电压，则对设备及作业都将带来危害。
带电水冲洗作业前，应掌握绝缘子的脏污情况，当盐密度大于临界盐密度的规定时，一般不宜进行水冲洗，否则，应增大水阻率来补救。避雷器及密封不良的设备，不宜进行水冲洗。带电水冲洗作业时必须切实保证人身和设备安全，要求作业过程中出现操作过电压时，分布在水粒、水管和操作杆上的电压不致对人身构成威胁，同时测量操作人员操作握柄处的泄漏电流不超过1mA。
从上述内容来看，带电水冲洗作业，其对空气温度、湿度、隔离开关的情况要求较高，使得带电水冲作业的限制较大。
另外，现有技术还公开了一种绝缘子带电清污装置，主要由车载式绝缘升降机构、减速电机、伸缩式绝缘转动杆、摆动机构和清污头组成。使用时，适当移动和调整升降机构将清污头插入绝缘子颈部后，接通减速电机电源，减速电机驱动伸缩式绝缘转动杆转动，伸缩式绝缘转动杆则驱动摆动机构使清污头在绝缘子上作推磨式摆动而将尘埃擦去，经逐层擦试后再从颈部撤离而完成清污，还可增设吹风装置，用风将擦扫的污垢和灰尘吹掉。
该装置采用擦拭的方式清除隔离开关上的污垢，由于电力设备的情况多种多样，在遇到清污机构无法接触的隔离开关时，该设备会受到严重限制，影响其作业效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于脉冲激光的非接触式带电清污方法，可以解决现有技术中人工清洗耗时耗力、运维成本高的问题，还解决了使用清污头擦拭污垢遇到无法接触的隔离开关时，该设备会受到严重限制，影响其作业效率的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于脉冲激光的非接触式带电清污方法，包括以下步骤：
步骤S1、建立污秽物质激光清污特征库；
步骤S2、获取待检测的隔离开关上污秽物的积污类型，查找污秽物质激光清污特征库，确定积污类型对应的激光除污参数；
步骤S3、识别污秽物质在隔离开关上的分布面积，设置清污起始点以及对应的激光清污路径；
步骤S4、启动激光器，按照步骤S2中确定的除污参数进行清污。
进一步的，所述污秽物质激光清污特征库中存储有污秽物质类型与激光清污参数的数学模型。
进一步的，获得所述污秽物质类型与激光清污参数的数学模型的过程如下：
步骤S101、分析隔离开关上的各种积污特性，确定隔离开关表面不同的积污类型；
步骤S102、设定每一种积污类型的激光除污参数，利用激光除污参数为对应的积污类型的隔离开关进行激光除污操作，判断除污效果是否达到预期效果，如果否，则重复步骤S102直到除污效果达到预期效果，记录激光除污参数与积污类型的对应关系；
步骤S103、将所有激光除污参数与积污类型的对应关系形成数学模型，输入激光器主控制器中。
进一步的，所述激光除污参数至少包括除污时长、脉冲激光功率、脉冲激光频率。
进一步的，所述脉冲激光功率和脉冲激光频率可由人工手动调整。
进一步的，所述步骤S4中，激光器通过高速激光测距系统对激光出光处至待清污污秽物质之间的距离进行实时的测量，将距离数据反馈给激光器的主控制器，实时动态调整变形镜片组的焦距，实现激光的焦点始终作用在待清污对象上。
本发明的基于脉冲激光的非接触式带电清污方法，相对于现有技术，具有以下有益效果：
1.本发明可带电开展激光远距离清污，精准高效的完成清污工作，操作简单作业洁净度高，使用维护成本较低；
2.本发明针对不同的污秽物质预先设定最佳的清除功率和频率，大大提高了清污的效率；
3.激光器通过高速激光测距系统对激光出光处至待清污污秽物质之间的距离进行实时的测量，将距离数据反馈给激光器的主控制器，实时动态调整变形镜片组的焦距，实现激光的焦点始终作用在待清污对象上。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的基于脉冲激光的非接触式带电清污方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
激光清洗技术是近年来飞速发展的一种新型清洗技术，它以自身的优势和不可替代性在许多领域中逐步取代了传统清洗工艺。激光清洗不但可以用来清洗有机的污染物，也可以用来清洗无机物，包括金属的锈蚀、金属微粒、灰尘等。本发明就是利用激光清洗技术来实现对电网设备的清洗工作。
基于脉冲激光的非接触式带电清污方法，包括以下步骤：
步骤S1、建立污秽物质激光清污特征库。
污秽物质激光清污特征库中存储有污秽物质类型与激光清污参数的数学模型。为了获得本发明的污秽物质类型与激光清污参数的数学模型，发明人经过大量实验。具体地，获得本发明的污秽物质类型与激光清污参数的数学模型的过程如下：
步骤S101、分析隔离开关上的各种积污特性，确定隔离开关表面不同的积污类型。
其积污类型至少包括两大类：单类积污和混合积污，每一大类下又细分为很多小类。比如单类积污包括灰尘积污、金属腐蚀、油渍积污等等。混合积污包括两种以上的单类积污类型混合在一起的积污类型。积污类型是通过分析隔离开关表面附着的特征确定的。
步骤S102、设定每一种积污类型的激光除污参数，利用激光除污参数为对应的积污类型的隔离开关进行激光除污操作，判断除污效果是否达到预期效果，如果否，则重复步骤S102直到除污效果达到预期效果，记录激光除污参数与积污类型的对应关系。
激光除污参数包括但不限于除污时长、脉冲激光功率、脉冲激光频率。
确定激光除污参数与积污类型的对应关系的试验可以是仿真试验，也可以是实体试验，只要能达到确定激光除污参数与积污类型的对应关系的目的即可。
步骤S103、将所有激光除污参数与积污类型的对应关系形成数学模型，输入激光器主控制器中。
步骤S2、获取待检测的隔离开关上污秽物的积污类型，查找污秽物质激光清污特征库，确定积污类型对应的激光除污参数。
根据待检测的隔离开关上污秽物的积污类型选择确定的除污市场、激光功率、激光频率等参数。在实际应用中，脉冲激光功率与脉冲激光频率也可设为自由调整的模式，并根据现场工作情况进行人工手动调整。
步骤S3、识别污秽物质在隔离开关上的分布面积，设置清污起始点以及对应的激光清污路径。
步骤S4、启动激光器，按照步骤S2中确定的除污参数进行清污。
在清污过程中，激光器通过高速激光测距系统对激光出光处至待清污污秽物质之间的距离进行实时的测量，将距离数据反馈给激光器的主控制器，实时动态调整变形镜片组的焦距，实现激光的焦点始终作用在待清污对象上。
辐射效应机制是脉冲激光清污过程中的一种工作机制，当激光脉冲辐射隔离开关污秽时，当覆层或者基底吸收激光脉冲的能量，由于激光清污所使用的脉冲宽度通常都很短，即材料的物理变化过程是在极短的时间内完成的，受光面的各层中受到激光脉冲辐射而产生瞬时膨胀，继而在各材料层中和界面处产生很大的应力梯度，从而引起辐射波，并在与基底接触的界面处形成强大的脱离应力，从而使污秽能够克服其与基底表面的结合力而脱离基底。
在该清污方法中，建立多类变电站金属材质设备表面常见污秽附着特征库，通过实验仿真确立附着特征与脉冲激光功率与频率参数设定对应关系数学模型，在数学模型建立的过程中，还对激光器的变形镜片进行温度监控，通过ANSYS热分析得到镜头的温度变化数据，确保在变形镜片在输出激光时，不会发生热熔。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于脉冲激光的非接触式带电清污方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、建立污秽物质激光清污特征库；
步骤S2、获取待检测的隔离开关上污秽物的积污类型，查找污秽物质激光清污特征库，确定积污类型对应的激光除污参数；
步骤S3、识别污秽物质在隔离开关上的分布面积，设置清污起始点以及对应的激光清污路径；
步骤S4、启动激光器，按照步骤S2中确定的除污参数进行清污。
2.根据权利要求1所述的基于脉冲激光的非接触式带电清污方法，其特征在于，所述污秽物质激光清污特征库中存储有污秽物质类型与激光清污参数的数学模型。
3.根据权利要求2所述的基于脉冲激光的非接触式带电清污方法，其特征在于，获得所述污秽物质类型与激光清污参数的数学模型的过程如下：
步骤S101、分析隔离开关上的各种积污特性，确定隔离开关表面不同的积污类型；
步骤S102、设定每一种积污类型的激光除污参数，利用激光除污参数为对应的积污类型的隔离开关进行激光除污操作，判断除污效果是否达到预期效果，如果否，则重复步骤S102直到除污效果达到预期效果，记录激光除污参数与积污类型的对应关系；
步骤S103、将所有激光除污参数与积污类型的对应关系形成数学模型，输入激光器主控制器中。
4.根据权利要求3所述的基于脉冲激光的非接触式带电清污方法，其特征在于，所述激光除污参数至少包括除污时长、脉冲激光功率、脉冲激光频率。
5.根据权利要求1所述的基于脉冲激光的非接触式带电清污方法，其特征在于，所述脉冲激光功率和脉冲激光频率可由人工手动调整。
6.根据权利要求1所述的基于脉冲激光的非接触式带电清污方法，其特征在于，所述步骤S4中，激光器通过高速激光测距系统对激光出光处至待清污污秽物质之间的距离进行实时的测量，将距离数据反馈给激光器的主控制器，实时动态调整变形镜片组的焦距，实现激光的焦点始终作用在待清污对象上。
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