特高压输电线路新型激光除异物技术的应用

摘要：本文首先阐述了输电线路外破及除异物技术现状，论述了特高压输电线路基本情况与运维重难点，并探讨了特高压输电线路上新型激光除异物技术的应用。

关键词：特高压输电线路；激光除异物；应用

大风天气时，特高压线路周围的横幅、广告牌、薄膜类物质等可能被大风吹到线路上，并出现悬挂、缠绕等现象，造成线路无法正常运行，从而产生短路故障。为了避免这种故障，应及时清除线路上的异物。过去主要采用带电或停电方法，不但费时费力，还存在巨大安全隐患。考虑到激光具有良好的方向性和较高的能量传输效率，可利用激光清除线路上的异物，实现远程、非接触作业，以保证其安全及作业效率，不再受地形条件等因素的限制和影响。 一、输电线路外破现状

输电线路外力破坏是线路元件的异常运行状态，主要表现为异物短路、违章施工、吊车碰线、烟火短路及山火跳闸等故障。

随着经济社会的发展及生态环保力度的加大，异物短路、吊车碰线等外破隐患点明显增多，输电线路遭受外部破坏的风险依然较大，严重影响了线路的安全稳定运行。近年来，由外破引起的输电线路跳闸次数及停运次数逐年增加。2015年，国家电网公司330kV及以上输电线路外力破坏占故障跳闸总量的15.8%，异物短路占外破跳闸总量的55.4%，如图1、2所示。因此，短路异物已成为致使线路故障跳闸的主要因素。

二、输电线路除异物技术现状

对特高压输电线路而言，外力破坏是指由于外力作用导致线路整体或局部不能正常运行，常见破坏包括：因异物悬挂导致线路短路跳闸、施工单位违章施工、车辆与线路或其杆塔碰撞与挂线、烟火电路等。如今，社会经济发展速度逐步加快，生态环保力度也在不断加大，从而使输电线路更易受外力破坏，因此风险大幅增加，进而对线路的正常运行造成了较严重的影响。特别是近年来，由于外力破坏引起的跳闸和故障逐年增多。据有关部门统计，特高压输电线路受外力破坏约占跳闸事故总数的16%，线路上悬挂的异物引起的短路跳闸约占总数的56%，可见，异物短路是目前造成线路异常跳闸的主要原因，运维部门必须高度重视，并采取有效的处理技术。目前，在线路异物去除方面，主要有传统技术及新兴技术两种，其具体内容为：

1、传统处理技术。传统的输电线路除异物技术主要依靠作业人员对输电线路上的异物进行清除，分为停电、带电处理。

1）停电处理是指输电线路停运后，由作业人员清除异物。对已发生跳闸或导线垂直排列不具备带电作业的情况，停电处理是最理想的方法。但这种方法降低了电网运行的可靠性，给用户的正常用电带来一定的不便，并造成经济损失。 2）带电处理是指输电线路带电时，作业人员使用屏蔽服、绝缘梯、绝缘操作杆、绝缘绳缠绕牵引、绝缘斗臂车、专用剪刀等工具清除异物。带电作业操作要求高，受作业现场地形条件和铁塔电气结构等的限制。

2、新兴处理技术。为保证作业人员的安全、提高输电线路异物的清除效率、减少异物对输电线路安全运行的影响，线路运维管理单位开展了异物处理新技术的研究与探索，主要包括无人机处理技术、机器人处理技术、激光处理技术。

1）无人机处理技术是利用无人机搭载喷火装置对悬挂在输电线路上的可燃异物进行喷火处理，使其燃烧熔化，该方法能在输电线路带电的情况下快速清除可燃性异物。然而，无人机在输电线路附近会受到电磁干扰、若电磁干扰较大，容易造成无人机失控后撞击线路或塔身，甚至坠毁，进而造成不必要的安全事故和经济损失。此外，无人机喷火清除异物，异物燃烧后易粘附在导线上，无法完全清除。同时，无人机不能在大风等极端天气下使用。

2）机器人处理技术是利用机器人自行攀爬或作业人员辅助其攀爬到导线上，沿着导线行走到异物悬挂点附近，然后处理异物。根据异物的种类，选择相应的清除方法，包括刀切、剪切、锯断、喷火燃烧等。目前，该处理技术的应用效果良好，但对操作人员的技术水平要求高，操作人员需经过一定的培训和实践，才能熟练操作机器人，并且还存在成本高的问题。

3）激光处理技术通过调节激光输出的光功率，使输出的激光束通过透镜精确地照射在输电线路的异物表面，利用激光照射的热效应燃毁或熔断异物。该方法实现了远程、非接触带电作业，能安全、高效、快速地清除输电线路上的异物。 三、特高压输电线路基本情况与运维重难点

1、特高压输电线路基本情况。在我国，特高压输电线路是实现能源战略目标的重要输电通道，其长度一般在100km以上，廊道中有很多条不同的线路，每条线路按平行架设、共用廊道原则布置，输送容量可达3万MW左右，廊道宽度控制在170～600m内。

2、特高压输电线路运维重难点

1）存在较大的电网风险。由于线路所处环境复杂，自然灾害时有发生，安全隐患较多。此外，随着公、铁路等设施的建设和发展，电网的实际运行将受到越来越严重的影响。若发生自然灾害或意外事件，线路将跳闸，这将极大地影响电网的运行。

2）在强对流天气情况下，若廊道内线路相对密集，将有跳闸的危险。廊道周期内可能有许多临时设施，如遮阳棚、彩钢板、大棚等，受强对流天气影响时，这些设施上的异物可能吹到线路上，导致线路跳闸，造成停电。

3）在廊道中，一些功能性构筑物也存在一定的安全隐患。如垃圾房、杂物房、泵房等，其中堆积的大量垃圾、杂物可能飘到线路上，导致线路跳闸停电。 四、特高压输电线路上新型激光除异物技术

1、技术特点。基于以上特高压输电线路的实际运维特点和潜在安全隐患，借鉴相关经验，研发以激光除异物为核心的异物处理装置，它能快速有效地清除线路上的所有异物，该技术主要有以下优点：

1）综合分析激光发生装置及相关技术参数选择。技术研发人员收集了大量线路异物方面的数据资料，并整理分析，确定线路各部件的属性，如金具、输电线、绝缘子等，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供电、冷却方式、波长和功率等技术参数。

2）设计制造一种激光准直扩束变焦镜头，专门用于消除线路中的异物。根据线路实际运行情况，结合异物清除的基本要求，对变焦镜头进行专门设计制造。采用这种新型镜头，除满足除异物时扩束准直要求外，还具有一定的变焦功能，使镜头焦距能根据实际情况灵活调整，以提高镜头本身的适应性。

3）克服激光装置在正常使用中无法瞄准等问题。技术研发部经深入分析研究，决定将数字瞄准与光学瞄准充分结合，克服无法瞄准的问题。在此基础上，充分考虑使用场景，结合操作人员自身习惯做出合理选择。

4）便携式设计的引入，在这种新型装置中，无论是装置的设计还是选型，都非常重视便携性，在达到所需效率的基础上，尽量减少设备体积和自重，仅用人力即可运输及安装，以更好地适应野外工作的需求，降低其综合管理难度。 5）支持线路正常运行时的远程和非接触作业，有效作业距离可控制在200m左右，实际操作方便快捷，基本不损坏线路上的所有设备。 参考文献：

[1]樊卫华.激光异物清除器装置研究[J].计算机测量与控制，2018（07）. [2]楼平.新型激光除异物技术在特高压输电线路的应用[J].浙江电力，2018（06）.

[3]吴弟友.特高压输电线路新型激光除异物技术的应用[J].电力讯息，2018（11）.