便携式双光激光除锈装置研发的必要性探析

便携式双光激光除锈装置研发的必要性探析

崔同贵 黎绪杰 余兴建 陈浩 钱孝祥

贵州电网有限责任公司凯里供电局 556000

摘要：现代电力系统主要由变电站、电力设备与输电线路所组成，电力设备运行环境通常都处于外部环境中，容易受到外界环境因素的影响，其中，腐蚀和生锈是其中非常常见的一类问题。一旦电力设备发生腐蚀和生锈，那么不但会缩短设备的使用寿命，同时影响电力系统的正常运行，不利于为人们提供高质量的电能，所以，在电力设备实际运维工作中必须要采用合适的技术来进行除锈。基于此，本文首先阐明了激光除锈的原理，然后结合贵州地区实际情况对便携式双光激光除锈装置研发的必要性展开了分析，仅供参考。

关键词：激光除锈装置；电力设备；优势；必要性

与传统的除锈方式相比，激光除锈技术具有环保、效率高以及节能灯优点，所以对便携式双光激光除锈装置研发非常必要。

1激光除锈原理及优势

1.1激光除锈原理

激光除锈技术是近些年出现的一种新兴技术，符合当前“绿色、环保”的特征，且该技术使用过程中对于资源和能源的消耗比较小，除锈效率高，应用前景非常广阔。该技术的应用原理主要是设备表层的污染物在吸收激光能量之后，会发生汽化，或者会受热膨胀而脱离物体表面，达到去除设备表层污物和锈蚀的目的。

1.2激光除锈优势

和传统的机械摩擦、化学腐蚀、高频超声等除锈方式相比，激光除锈具有下面一些优势之处：

（1）激光除锈是一种绿色无污染的除锈防腐工艺，它并不需要运用化学的清洗剂，并且清洗之后的产物基本上都是固体粉末，容易进行回收，同时不会产生化学污染；

（2）传统的除锈方式一般都是基于接触式的，这样不可避免的会对物体原表面产生机械作用力，导致设备表面出现残留或者损伤，引起设备的二次损伤。激光除锈不需要物体表面直接进行接触，因此不存在上述问题；

（3）激光能够经由光纤进行传输，与机器人进行配合，因此能够实现远距离操控，提升了相关工作人员的安全系数；

（4）激光除锈能够对各种不规则表面修饰进行清理；

（5）激光除锈工艺具有效率高、用时短的优点；

（6）激光除锈装置虽然研发和购置前期投入比较高，但是之后能够长期稳定的使用，运行成本非常低，同时还能够实现自动化操作。

2便携式双光激光除锈装置研发的必要性

电能是现代社会发展的重要基础能源，同时电力的安全工作关系到社会的各个方面，影响到社会的安全以及稳定。然而目前电力系统运行中，大多数的电力设备是暴露于外环境中的，因此其运行会受到气候和环境的影响，这样就使得很多电力设备难以避免的出现了锈蚀情况，给电力企业安全生产埋下了严重的安全隐患。贵州作为山区省份,由于其地处低纬度,北回归线横贯全区中部,全区大部地区热量丰富,雨水丰沛,且其糖厂、酒厂分布广泛,更加加剧了电力设备的腐蚀生锈。

基于此，本文对南网电力系统中电力设备的锈蚀状况进行了分析，结合区域实际情况探讨了当前电力设备除锈需要应对的一些挑战。

(1)气候条件

目前，电力设备材质基本上都是金属，金属长时间暴露于外环境中会发生一定的化学反应，长时间如此就会在设备表面形成一种修饰层。贵州作为山区,由于其地处低纬度,北回归线横贯全区中部,全区大部地区热量丰富,雨水丰沛,尤其每年的夏季,贵州全面进入汛期,多地因强降雨造成洪涝,使变电站周围的空气湿度偏高。冬季又因低温雨雪使电力系统表面覆冰,这些都将成为电力设备的负担。

(2)环境条件

其次,贵州地处山区,常年高湿高盐雾,极易造成设备产生严重的电化学腐蚀；另外,气温通过影响金属表面液膜状态,如水膜厚度、电阻率、盐类溶解度等,从而影响金属腐蚀。通过对当前输变电设备的运行情况与环境分析，可以得出导致相关元器件出现故障和老化的一些原因，其中温度时非常关键的一项因素。温度的变化不但会对电力设备金属构件的腐蚀速率产生影响，同时还直接影响到金属的电阻率以及热胀冷缩，使得相关元器件的性能降低。通过对相关文献资料的研究我们能够得知电力设备发生腐蚀的速率和外界环境因子的相关性由高到底依次为：湿润时间、降水量、日照时间以及温度。

(3)大气条件

贵州电网输变电设备外围的工业污染源共201个,与2016年相比减少3个。其中,重度污染源45个,中度污染源135个。根据工业污染源类型统计,2017年电网公司输变电设备外围的工业污染源以糖厂、酒厂居多,占污染源总数的17%；其次为金属冶炼厂,占污染源总数的16%；再次为化工厂,分占污染源总数的15%。其他污染源主要为矿场、砖厂等。贵州由于其地理环境与气候的原因,贵州盛产甘蔗,使得贵州成为了我国产糖最多的地区,且曾因人均蔗糖产量连续14年居全国第一,于2010年12月3日被誉为"中国糖都"。因糖厂分布众多,空气中传播附着在电力设备表面的糖分加剧了设备的腐蚀程度。

上述因素已成为电力设备安全稳定运行和可靠供电的隐患,甚至曾酿成过一些严重后果。鉴于上述分析,有必要依据南方电网公司所推行的绿色发展理念,加强电力设备清洗新技术的研究、应用,解决在复杂环境下电力设备除污难、抗腐蚀性能差运行状态中的客观难题,在进一步降低维修强度的前提下,有效提高电力设备的除锈去污能力,并通过在设备表面涂覆上一种自修复能力的智能防腐涂层的涂层,从根本上解决了设备维修难的问题,提高了电力设备的使用寿命,解决了电力设备的安全隐患,切实提升电力系统的运维质量。

3项目的总体目标(成果所能达到的水平,应用价值等)

本研究针对贵州电力设备防护系统现阶段面临的挑战提出了一种便携式双光束激光除锈装置,可对腐蚀生锈的电力设备进行短时高效除锈,并对其表面进行均匀钝化延缓金属腐蚀,最后在其表面涂覆上聚氨酯/石墨烯复合智能防腐涂层,实现对电力设备表面的二次防腐。

(1)双光束激光除锈装置

本研究研制的双光束激光除锈装置中,第一束:采用10.6μmCO2脉冲激光器作为清洗用激光器,由于10.6μmCO2激光的吸收较低,故不易对基底造成黄化等损伤,其次是10.6μmCO2光的穿透深度很大(穿透深度正比于波长),脉冲激光烧蚀机制下,一个脉冲能够烧掉的污染层厚度与光穿透深度与热扩散深度的较大者的量级一致,因此清洗效率更高。另一束:1.06高重复频率Nd:YAG激光器作为钝化激光器,使金属基底的表面及浅层区域形成氧化层,延缓了电力设备表面的腐蚀。

(2)聚氨酯/石墨烯复合智能防腐涂层

在使用激光器对电力设备表面锈污进行清洗及钝化后,结合聚氨酯/石墨烯复合智能防腐涂层,由于该涂层表面织构和石墨烯的疏水性及阻隔效应,可明显延缓腐蚀的动力学过程,共同提高涂层的防腐性能。其中织构密度最大时防腐性能最佳。

4结束语

综上所述，本文针对电力设备易成锈积污,维修难的缺陷展开了分析和探讨，提出运用双光激光除锈装置来对电力设备进行维护。这样不仅克服传统电力设备的问题,而且顺应了南方电网公司绿色的维护理念,具有广阔的应用前景。

参考文献：

[1]潘煜,王明娣,刘金聪,etal.100W脉冲激光器HT200表面激光除锈工艺及机理研究[J].应用激光,2019,39(2).

[2]周建忠,李华婷,孙奇,etal.基于清洗表面形貌的AH32钢激光除锈机制[J].光学精密工程,2019(8).

[3]孙贵斌,陈军,李坤淑,etal.H型钢柱表面除锈机虚拟设计[J].南方农机,2019(16).