电网异物激光清除仪在输电线路上的应用

电网异物激光清除仪在输电线路上的应用

张爽

中油电能供电公司线路运维部

摘 要：随着油田电网的不断发展建设，线路运维的压力随之增加，在造成超高压架空输电线路跳闸的各项因素中，异物占比最高，因此，运用高科技手段清除异物，减轻人员负担、提升电网水平是新技术研究应用的大方向。当电力输电线路巡视中发现线路导线上悬挂异物，影响输电线路安全运行时，作业人员在地面使用电网异物激光清除仪，通过控制云台瞄准器瞄准目标并发射激光，通过数秒的切割烧融，将非金属材料的异物从输电线路上清除脱落至地面。本文将对实际应用中表现出的优缺点进行分析，讨论尚需解决完善的问题，提出改进方向。

关键词：输电线路；异物；智能；除异物装置

1 引言

随着油田产能建设和炼化企业的快速发展，电能需求量不断提升，电网可靠性要求逐步提高。作为发电企业和用户之间的桥梁，输电线路分布范围广，所处地形环境复杂，线路大量跨越居民住房、树林、水田、溪流、公路等地形，塑料薄膜、遮阳网、广告条幅、风筝等异物意外漂浮缠绕在带电导线上的事件时有发生。而这些异物在雨、雪、雾天气，将会变成导体，极易造成输电线路相间短路或单相接地短路，导致跳闸停电事故，严重时，假如人员误碰，将造成人身触电事故。由于输电线路具有点多、线长、面广等特点，异物隐患分布面广，不确定性强，其防范难度较大。目前常用的处理方法可分为停电处理和带电处理_[1]指出停电处理具有安全系数高、适用范围广等特点，但停电会增加非计划停运次数，影响供电可靠性指标，而且还受停电时间和运行方式的限制。而带电作业能够保证可靠、连续向用户供电，及时消除线路缺陷，减少电能损耗，为此，常采用带电方式来清除导地线异物，可分为地电位、中间电位和等电位种处理方式 。地电位处理法主要采用绝缘操作杆或双头滑车等工具，其中绝缘操作杆处理法适用于导地线异物所在位置离杆塔较近，且满足绝缘操作杆带电作业安全距离要求的情况，而双头滑车处理法需要反复拉动绝缘绳，切割效率低下。绝缘斗臂车处理法是中间电位处理法，要求下方通道环境良好、地形开阔、交通条件较好，对驾驶员有较高要求，而且受绝缘斗臂车升降高度的限制。而等电位处理要求作业人员具有较高的专业技术，穿戴全套试验合格的屏蔽服进入电场，作业强度大，存在一定的安全隐患。

2 激光技术以及特点

2.1 激光技术

电网异物激光清除仪是一套基于地面定向发射能量的电网异物远程清理设备。工作原理是通过地面云台系统瞄准目标异物,激光控制系统发射激光,激光通过远程光学聚焦系统在异物表面聚焦,异物吸收激光瞬间高能量后,温度急剧升高后熔化,从而使异物掉落至地面,达到远程激光清除电网异物的目的。

2.2 具体的特点

电网异物激光清除仪专门针对电力电网异物的快速清除而设计，为维护电网安全平稳运行，提供了一个理想且高效率远程激光清障的可行性方案。

综合分析激光发生装置与相关技术参数选择。线路运维部技术人员大量收集了线路异物方面的数据资料，并与厂家积极沟通，进行整理分析，确定线路所有器件的属性，如金具、输电线和绝缘子，在避免对设备造成损坏的基础上，选择合适的激光发生装置，及其包含供电与冷却方式、波长与功率等在内的技术参数_[2]。

根据线路实际运行情况，结合异物清除的基本要求，与厂家就变焦镜头的设计和制造进行改进。利用这一新型镜头，除了能满足异物去除时对扩束准直提出的要求，而且镜头将具备一定变焦功能，使镜头焦距以实际情况为依据灵活调整，从而提高镜头自身适应能力。

最终确定电网异物激光清除仪为Cyclone-300型号（如上图2所示）在油田电网上试验应用，该设备采用风冷冷却系统，设计结构紧凑，采用国际标准的光纤 QBH 输出头以及国际标准的 RS232 串口控制激光器。配备了自动对焦机器视觉放大控制面板，最大有效工作距离达到300m，可在+5至+40℃的环境温度下使用（具体参数见表1），其电光转换效率高于35%，且免维护运行等特点。

3 试验及现场应用

为验证电网异物激光清除仪的功能和实用性，对该设备进行了功能检测和现场实际应用。

3.1 功能检测

为了尽可能多地发现并排除其潜在的问题，提高装置的质量，供电公司组织专家组与厂家技术人员，对改仪器进行了预防性试验及灵敏性、稳定性试验和安全操作性能测试。在35千伏家园甲乙线对悬挂的风筝进行现场检测，通过现场检测专家组一致认为该仪器在线路带电的情况下可以远程清除异物，线路未出现击穿、闪络及过热现象，其遥控系统工作正常，响应及时准确，激光云台机构动作灵敏可靠。该装置各部分工作情况良好，功能正常，参数达到我单位的要求，可以在带电的线路上正常使用_[3]。

3.2 功能检测

电网异物激光清除仪对导线的损伤也是不能忽视的。对金属导线而言，常见金属材料一般表面对激光的反射率随激光波长的增加而增大，吸收率则随激光波长的增加而减小。常见的超高压架空输电线路导线均为钢芯铝绞线，在 10.6 μm 波段，铜和铝等金属的吸收率很低。

为了验证对导线的影响，在空旷场地使用该仪器在 50 m-100 m 的距离，使用最大功率烧灼超高压输电线路 150-240 mm²钢芯铝绞线10 min，表面均未出现熔化痕迹。

3.3 现场应用

中油电能供电公司线路运维部自从该仪器引进以来，已先后在多条带电线路上进行现场应用。

该仪器处理导地线风筝、条幅等异物的平均作业时间仅为15 min，按照传统方法采用停电处理，需花费 180 min 才能清除异物。在安全效益方面，该仪器显著提高了工作效率，缩短了作业人员作业时间，大大减少了作业人员劳动强度，避免了因作业时间过长、体力消耗大导致的人身高坠事故。

输电线路悬挂异物具有较强的季节性，集中发生在每年的春季，由于大风天气较多、农业生产需要、春天放风筝的传统娱乐方式，防尘网、风筝上线。统统集中在春季。2020年，线路运维部电网使用激光器，处理输电线路异物20处。

5 编制出安全操作规程

电网异物激光清除仪属于IV级激光：激光直接照射一定会对眼睛造成不可修复的伤害，也会造成皮肤灼伤和烧坏物品，某些情况下激光的反射光及散射光也会造成眼睛损害和皮肤灼伤。电网异物激光清除仪在投入使用前，应制定安全规程、操作规程并组织操作人员、监督人员进行学习和实际操作技能培训，经上级专业生产部门批准授权后，使用单位办理许可手续，操作人员和监督人员方可参与清障工作。使用时,作业现场应装设警示围栏，以免行人误入光路导致受伤。配备灭火器，防止火灾发生。现场至少3人，其中1人负责设备操作、1人负责操作监护，1人负责周界监督。使用中，设备操作人员、操作监护人员、周界监督人员不得擅自离开岗位。如遇紧急情况发生，设备操作人员或操作监护人员可以按下紧急停机开关或者切断电源开关。作业完成后，设备应放置在指定封闭地点，开关电源的钥匙与主机需要分开管理，避免无关人员私自使用，造成伤害事件和不必要的麻烦。

6 结束语

电网异物激光清除仪的使用大大节约了清障工作的作业时间，整个处理过程几分钟内就可以完成，降低了清障人员的安全风险以及抢修作业人员带电作业的风险和劳动强度，节省了人力、物力，极大避免了停电作业带给电网的电能损失和供电可靠性的下降，同时实现了电网输电线路清障工作的顺畅性和安全性，达到了确保电网安全稳定运行的目的。

参考文献

[1]王昌幼.输电线路导地线异物处理方法 [J].青海电力，2014，33(1) ：20-22.

［2］刘明亮.杨厚峰.导线易漂浮物清除工具的研制与应用［J］.自动化博览， 2011( 2) :185 － 787．

［3］ 梁伟,陈杰,刘洋等. 清除架空线路异物的新型装置及其试验研究［J］.中国电业( 技术版)， 2015( 9);57-59．