（陕西省地方电力（集团）有限公司西安供电分公司 陕西西安 710000）
摘要：随着国民经济增长，各行各业涌现出诸多先进技术，传统清洗行业面临着人力成本上升、环保不达标等问题的困扰，而脉冲调频激光清洗技术的创新突破给国内清洗行业带来了转型和发展的新契机。脉冲调频激光清洗具有无需耗材、不伤基材、使用范围广、可自动化作业，不产生污染等特点，完全能满足工业清洗行业的产业升级需求。许多工业制造流程中都包含清洗这一步骤。激光清洗可以适用于不同的场合和清洗不同的污染物，脉冲调频激光清洗设备也可以很方便地嵌入到生产流水线中，不仅可以优化生产工艺，减少采用其他方式清洗的配合工艺步骤，还可以改善生产环境，减少化学溶剂对人的伤害。并且脉冲调频激光清洗设备运行成本极低，只是设备电力消耗，不需要辅材，可以从根本上帮助厂家减少生产设备投资，提高生产效率，减少甚至实现零排污。因此在工业制造领域有广阔的应用前景。
关键词：激光技术；超高压架空输电线路；异物清除
引言
超高压架空输电线路是电气工程重要的基础设施，安全、稳定和充足的电力供应是保障经济健康稳定发展的前提。在超高压架空输电线路运行过程中，所处环境复杂，易受损害，因此确保其运行安全尤为重要。
1激光技术工作原理
激光具有单色波长、平行光束的性能特征。科学实验中，采用电管依托光或电流的能量撞击个别原子里含有易激发物质或晶体，原子所带电子在经历了撞击之后处于高能量状态，而高能量电子逐渐朝着平和低能量转化并完成之后，原子会有更大能量产生，进而有光子发出；该状态下，释放出来的光子会继续撞击原子，而原子在撞击下会有光子继续产生，重复撞击、释放这一循环过程，且是以同一运行方向进行的，会集中形成一束具有极强能量的该方向的光，即为激光原理。聚集之后形成的激光具有强大的能量，各类材质即可穿透。如红宝石激光输出脉冲尽管不具备能让冷水沸腾的能量，然而却能将5mm钢板穿透。而激光虽然具有一般的光能，但却具备极高的功率密度和强大的穿透力，是一般光束根本无法达成的，也正是因为激光的该优势，因此在各个行业领域之中得到了广泛地应用。
2激光技术在清除超高压架空输电线路异物中的应用
2.1实验室效果
架空线路上需要清除的异物多为大棚薄膜、防尘网、风筝线等非金属材料的塑料和化纤制品，偶尔有树木枝杈。在理论上，这些塑料和化纤异物对10.6μm波长CO2激光的吸收率较高，尤其是白色透明塑料布材料，对CO2激光吸收效果出色，而1.06μm光纤激光效果则很差。使用功率相同的CO2激光器和光纤激光器各一台进行试验，上方为CO2激光，下方为光纤激光，CO2激光呈绿色，光纤激光内含指示光呈红色，现场测试二者功率均为13.55W，实验准备如图1所示。
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图1 实验准备图
第一组实验对象是黑色和白色的普通A4纸：出光后2s内，两束激光几乎同时将纸烧穿，且光斑面积一致。随后换用白纸，如图3所示，CO2激光表现和黑色纸张没有区别，光纤激光则不能将白纸烧穿。
第二组实验对象是大棚地膜常用的透明塑料薄膜和常用的黑色塑料袋。出光45s后，CO2激光已经切割出了一道连续的直线，光纤激光则没有效果。换用黑色塑料袋。
出光后两束激光效果和黑色A4纸相近，几乎同时将纸烧穿，横向切割效果相同。同时可以发现，由于塑料薄膜对10.6μmCO2激光吸收率较高，被烧灼处迅速气化，所以烧焦痕迹相对较小。可以推论出功率密度相同的情况下，CO2激光和光纤激光对黑色不透明塑料薄膜烧灼效果基本相同。
结论：实验室效果和理论预期相符，由于波长较短，光纤激光存在对白色、透明异物处理效果不佳的问题。
2.2现场效果
异物上线具有较强的季节性，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。2018年，某市电网使用激光器，处理超高压输电线路异物35处，其中29处在春季；2019年前4个月，处理13处。
处理各类异物的过程中，清除透明塑料布方面，CO2激光表现和预期相符，而实验室表现不佳的光纤激光也能有效进行切割，仅用时稍长，原因主要有以下几点：一是在现场环境中，透明塑料布作为地膜等用途长期使用，脏污明显，透明度有所下降；二是缠绕在导线上的塑料布，均为导线或金具、本体上反复缠绕，实际上是多层透明薄膜；三是现场应用的光纤激光器功率在200W以上，是试验功率的10倍有余。
在清除防尘网方面，防尘网多为绿色聚乙烯材料，两者表现相近。
在清除风筝线方面，清除大力马线、凯夫拉线、普通编织线等各类风筝线时，两者表现没有明显差距。
在清除树木枝杈方面，光纤激光的优势较为明显，主要是由于受到散热性能限制，市面上的CO2激光器在不使用水冷系统的情况下功率为100W，光纤激光器则能达到200W以上。
结论：CO2激光和光纤激光都能完成现场异物清除任务，根据异物类型不同，用时有所不同。
2.3对线路导线的影响
激光切割作为金属加工的重要手段已经在全球得到了广泛应用，所以在应用激光技术清除异物时，激光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10.6μm波段，铜和铝等金属的吸收率很低，1.06μm吸收率则较高，在相同功率密度下，光纤激光对线路导线的损害较大。为了验证对导线的影响，在空旷场地使用CO2激光器和光纤激光器在50m、60m的距离，使用最大功率烧灼超高压输电线路400mm²钢芯铝绞线10min，表面均未出现熔化痕迹，当进一步拉近至20m、10m以内，光纤激光照射的导线逐渐出现熔断迹象，CO2激光尚无反应，考虑到超高压输电线路不会出现如此低的对地距离，且异物清除过程中激光对准固定点时间一般不超过1min，实验到此为止。
结论：CO2激光和光纤激光应用于超高压输电线路清除异物不会对导线造成损伤，对线路净空距离较低的各电压等级线路有损伤导线，尤其是地线的风险。
2.4试验效果
CO2激光具有特定的光波长，不同材质及种类的物体对光谱吸收率各不相同。对金属物体而言，与常见轻飘塑料垃圾、布料、风筝等材质的光谱吸收率成反比。在10.6m波长的远红外激光作用下，金属导线、金属设备对光束吸收的光能量很小，吸收后能量可快速散发，而纺织、塑料等非金属材料的吸收系数是金属吸收系数的85倍。因此，运用CO2气体激光，或将其他种类激光波长控制在合理范围内，研制新型激光除障器，可以快速烧蚀接触网上悬挂的各类轻飘异物，且不会对接触网设备造成伤害。
结语
激光技术在输电线路运维工作中的应用给电力行业带来了极大地便利，尤其适合500kV及以上的超高压输电线路，可以在带电情况下解决影响线路安全稳定运行的异物上线问题，从目前的应用情况来看，市场上主流的CO2激光和光纤激光都能满足异物清除作业的要求，需要特别注意的是异物脱落后可能落在干燥的易燃物上引起火灾，建议随车配备灭火器以防万一。
参考文献
[1]CO2激光器原理简介[Z].激光网.
[2]简析CO2激光器工作原理及分类[Z].激光网.
[3]陈鹤鸣，赵新彦，汪静丽.激光原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2017.
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