專利名稱：一種用于輸變電設(shè)備激光除冰的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于輸變電設(shè)備激光除冰的方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
覆冰對于電力系統(tǒng)輸電線路正常運(yùn)行存在著很大的威脅。目前除冰的方式達(dá)到20-30
種，可以分為四大類機(jī)械除冰、熱力融冰、自然脫冰、混合方式。
高功率密度的激光可以遠(yuǎn)距離去除高壓線、絕緣子、鐵塔表面所附著的冰層，屬于外 加熱源，不需要在電網(wǎng)內(nèi)部增加任何設(shè)備，與目前常用的除冰方式相比，激光除冰具有一 定的優(yōu)勢和應(yīng)用潛力。
目前公開的文獻(xiàn)中，關(guān)于激光除冰的有中國科技期刊《光學(xué)與光電技術(shù)》2007年6 月第5巻第3期公開發(fā)表的文章《C02激光熱熔法除冰的研究》提出的激光除冰方法是采 用C02激光器，主要利用熱熔法除冰，耗能較大。
中國發(fā)明專利申請(專利申請?zhí)?00810044590.2)《利用激光為架空高壓輸電線除冰 的方法》提出了一種激光去除架空高壓輸電線覆冰的方法，該方法主要采用低重復(fù)頻率、 窄脈寬、高脈沖能量的短脈沖激光器，采用聚焦和移動(dòng)的方式對高壓輸電線進(jìn)行除冰。該 方法采用短脈沖激光器，依靠應(yīng)力波震碎冰層，沒有對于發(fā)射激光的跟蹤瞄準(zhǔn)的方法和裝 置，難以隨時(shí)控制輸出激光的能量，容易對于作用的目標(biāo)產(chǎn)生損傷，更不能用于輸變電設(shè) 備中損傷閾值低的電力設(shè)備如絕緣子的覆冰去除，威脅電網(wǎng)安全；該方法將設(shè)備移至距離 輸電線路30m-100m處，在實(shí)際應(yīng)用中，這個(gè)距離并不能完全滿足野外環(huán)境需求且很難實(shí) 現(xiàn)，因此激光的作用距離需要增加；該方法中激光光斑大小為0.5cm-2cm，沿著輸電線的 方向進(jìn)行移動(dòng)掃描，作用的覆冰區(qū)域面積較小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于輸變電設(shè)備激光除冰的方法及 系統(tǒng)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 一種用于輸變電設(shè)備激光除冰的方法， 采用激光頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)和振鏡掃描聚焦原理，其特征在于采用固體激光器作為核心除冰 設(shè)備，輸出紅外激光，將紅外激光部分轉(zhuǎn)換為可見激光，紅外激光與可見激光同軸輸出， 經(jīng)過準(zhǔn)直鏡、兩個(gè)掃描振鏡及聚焦鏡，聚焦照射到輸變電設(shè)備覆冰區(qū)域除冰，釆用控制設(shè) 備控制激光器輸出光的時(shí)機(jī)和時(shí)間、掃描振鏡的振動(dòng)，使照射到輸變電設(shè)備覆冰區(qū)域的激 光進(jìn)行二維移動(dòng)掃描，通過跟蹤瞄準(zhǔn)裝置對可見激光照射位置進(jìn)行觀察，避免激光對輸變電設(shè)備的損傷。
上述輸變電設(shè)備激光除冰方法，所述的固體激光器采用輸出功率為1000W-1500W的
連續(xù)固體激光器。
上述輸變電設(shè)備激光除冰方法，所述的固體激光器也可采用輸出功率為1000W-1500W 的長脈沖固體激光器。
上述輸變電設(shè)備激光除冰方法，所述準(zhǔn)直鏡將激光器輸出的激光束直徑擴(kuò)大，發(fā)散角 壓縮，使激光束通過聚焦鏡聚焦后的光斑直徑縮小，得到小的聚焦光斑；第一掃描振鏡將 經(jīng)過擴(kuò)束鏡后的平行于X軸的激光束偏轉(zhuǎn)成平行于Y軸的激光束，第二掃描振鏡將上述平 行于Y軸的激光束偏轉(zhuǎn)成平行于Z軸的激光束；聚焦鏡將上述平行于Z軸的激光束聚焦覆 冰區(qū)域，聚焦鏡的焦距為100m-1000m，聚焦后光斑大小為15mm-20mm。
一種用于輸變電設(shè)備激光除冰的系統(tǒng)，包括激光頭、頻率轉(zhuǎn)換裝置、準(zhǔn)直鏡、掃描振 鏡、聚焦鏡、瞄準(zhǔn)裝置、激光電源、掃描振鏡電源、控制設(shè)備和冷卻設(shè)備以及平臺(tái)，其特
征在于激光頭、頻率轉(zhuǎn)換裝置、準(zhǔn)直鏡、掃描振鏡、聚焦鏡、同光軸依次固定于平臺(tái)上， 瞄準(zhǔn)裝置固定于平臺(tái)上，激光電源對激光頭的泵浦源供電，掃描振鏡電源對掃描振鏡供電， 控制設(shè)備與激光電源和掃描振鏡電源的外控口相連，冷卻設(shè)備與激光頭連接，準(zhǔn)直鏡和聚 焦鏡鍍有相應(yīng)激光波長的增透膜，平臺(tái)可以固定于地面，也可以放置于車輛上。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于體積較小，重量較輕，實(shí)現(xiàn)激光遠(yuǎn)距離聚焦，有利于去除大面積 覆冰，實(shí)現(xiàn)對于激光除冰的跟蹤和觀察，避免激光對于電力設(shè)備的損傷，對于導(dǎo)線、鐵塔 可以在不斷電的情況下去除冰層，該系統(tǒng)可以用于絕緣子、架空輸電線路、鐵塔等輸變電 設(shè)備的除冰。


圖1是本發(fā)明現(xiàn)場應(yīng)用示意圖。
圖2是本發(fā)明的光路原理示意圖。
具體實(shí)施例方式
除冰系統(tǒng)放置于移動(dòng)裝置上，如車輛上，行駛到距離覆冰輸變電設(shè)備100m至1000m 處，啟動(dòng)激光器，使激光輸出功率較小，調(diào)整激光頭l的仰角，使得激光可以遠(yuǎn)距離傳輸 到輸變電設(shè)備的覆冰上，同時(shí)保證頻率轉(zhuǎn)換裝置2、擴(kuò)束鏡3、掃描振鏡4和聚焦鏡5與激 光頭1同光軸。激光頭1輸出的紅外激光經(jīng)過頻率轉(zhuǎn)換裝置2，部分轉(zhuǎn)化成可見激光，通 過瞄準(zhǔn)裝置6觀察可見激光聚焦情況，并且確定激光照射位置，由于可見激光與紅外激光 同軸輸出，因此可以保證輸出的紅外激光聚焦照射到輸變電設(shè)備的覆冰處完成除冰控制設(shè)備9同時(shí)與激光電源7外控口相連，控制激光器輸出光的時(shí)機(jī)和時(shí)間。在激光 調(diào)焦和對準(zhǔn)完成后，控制設(shè)備9控制激光頭1輸出功率為1000W-1500W紅外激光，經(jīng)過 頻率轉(zhuǎn)換裝置2，部分轉(zhuǎn)化成可見激光，可見激光與紅外激光同軸輸出，經(jīng)過準(zhǔn)直鏡3，光 斑變大，發(fā)散角變小，經(jīng)過掃描振鏡4和聚焦鏡5，聚焦后光斑大小為15mm-20mm，照射 到距離除冰系統(tǒng)100m-1000m的輸變電設(shè)備的覆冰上?？刂圃O(shè)備9控制掃描振鏡電源8， 使得第一掃描振鏡12和第二掃描振鏡13分別以X軸和Z軸為中心振動(dòng)，使經(jīng)過擴(kuò)束鏡的 可見激光束和紅外激光束在XY平面掃描運(yùn)動(dòng)，達(dá)到采用空間掃描方式切割除冰的目的。
在除冰過程中，通過瞄準(zhǔn)裝置6觀察輸出的可見激光，確定紅外激光照射的位置和除 冰進(jìn)行的情況，為控制設(shè)備9提供保護(hù)控制信號(hào)，避免激光對輸變電設(shè)備的損傷。
如圖2所示，準(zhǔn)直鏡3將激光頭1輸出的激光束直徑擴(kuò)大，發(fā)散角壓縮，使激光束通 過聚焦鏡5聚焦后的光斑直徑縮小，得到小的聚焦光斑；準(zhǔn)直鏡鍍有相應(yīng)激光波長的增透 膜。聚焦鏡5的光軸平行于Z軸，將平行于Z軸的激光束聚焦到覆冰區(qū)域。聚焦鏡鍍有相 應(yīng)激光波長的增透膜，聚焦鏡的焦距為100m-1000m。第一振鏡12、第二振鏡13在空間呈 垂直放置；第一振鏡12安裝在X軸上，反射鏡面平行于Z軸，垂直于XY平面，與X軸 和Y軸的夾角均為45度，將經(jīng)過準(zhǔn)直鏡11后的平行于X軸的激光束偏轉(zhuǎn)成平行于Y軸 的激光束；第二振鏡13安裝在Y軸上，反射鏡面平行于X軸，垂直于YZ平面，與Y軸 和Z軸的夾角均為45度，將經(jīng)過第一振鏡12后的平行于Y軸的激光束偏轉(zhuǎn)成平行于Z 軸的激光束，第一振鏡和第二振鏡均鍍有相應(yīng)激光波長的45度高反膜層。
權(quán)利要求
1、一種用于輸變電設(shè)備激光除冰的方法，采用激光頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)和振鏡掃描聚焦原理，其特征在于采用固體激光器作為核心除冰設(shè)備，輸出紅外激光，將紅外激光部分轉(zhuǎn)換為可見激光，紅外激光與可見激光同軸輸出，經(jīng)過準(zhǔn)直鏡、兩個(gè)掃描振鏡及聚焦鏡，聚焦照射到輸變電設(shè)備覆冰區(qū)域除冰，采用控制設(shè)備控制激光器輸出光的時(shí)機(jī)和時(shí)間、掃描振鏡的振動(dòng)，使照射到輸變電設(shè)備覆冰區(qū)域的激光進(jìn)行二維移動(dòng)掃描，通過跟蹤瞄準(zhǔn)裝置對可見激光照射位置進(jìn)行觀察，避免激光對輸變電設(shè)備的損傷。
2、 如權(quán)利要求1所述的用于輸變電設(shè)備激光除冰方法，其特征在于所述的固體激光器采用輸出功率為1000W-1500W的連續(xù)固體激光器。
3、 如權(quán)利要求1所述的用于輸變電設(shè)備激光除冰方法，其特征在于所述的固體激光器也可采用輸出功率為1000W-1500W的長脈沖固體激光器。
4、 如權(quán)利要求2或3所述的用于輸變電設(shè)備激光除冰方法，其特征在于所述準(zhǔn)直鏡將 激光器輸出的激光束直徑擴(kuò)大，發(fā)散角壓縮，使激光束通過聚焦鏡聚焦后的光斑直徑縮小， 得到小的聚焦光斑;第一掃描振鏡將經(jīng)過擴(kuò)束鏡后的平行于X軸的激光束偏轉(zhuǎn)成平行于Y軸 的激光束，第二掃描振鏡將上述平行于Y軸的激光束偏轉(zhuǎn)成平行于Z軸的激光束；聚焦鏡將 上述平行于Z軸的激光束聚焦覆冰區(qū)域，聚焦鏡的焦距為100m-1000m，聚焦后光斑大小為 15mm-20mm。
5、 一種用于輸變電設(shè)備激光除冰的系統(tǒng)，包括激光頭(l)、頻率轉(zhuǎn)換裝置(2)、準(zhǔn)直鏡(3)、 掃描振鏡(4)、聚焦鏡(5)、瞄準(zhǔn)裝置(6)、激光電源(7)、掃描振鏡電源(8)、控制設(shè)備(9)和冷 卻設(shè)備(10)以及平臺(tái)(11)，其特征在于激光頭(l)、頻率轉(zhuǎn)換裝置(2)、準(zhǔn)直鏡(3)、掃描振鏡 (4)、聚焦鏡(5)、同光軸依次固定于平臺(tái)(ll)上，瞄準(zhǔn)裝置(6)固定于平臺(tái)(11)上，激光電源(7) 對激光頭(l)的泵浦源供電，掃描振鏡電源(8)對掃描振鏡(4)供電，控制設(shè)備(9)與激光電源(7) 和掃描振鏡電源(8)的外控口相連，冷卻設(shè)備(10)與激光頭(1)連接，準(zhǔn)直鏡(3)和聚焦鏡(5)鍍有 相應(yīng)激光波長的增透膜，平臺(tái)(ll)放置于車輛上。
6、 如權(quán)利要求5所述的一種用于輸變電設(shè)備激光除冰的系統(tǒng)，其特征在于所述的平臺(tái) (ll)也可以固定于地面。
全文摘要
一種用于輸變電設(shè)備激光除冰的方法及系統(tǒng)，采用激光頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)和振鏡掃描聚焦原理，采用連續(xù)或長脈沖固體激光器作為核心除冰設(shè)備，輸出紅外激光，將紅外激光部分轉(zhuǎn)換為可見激光，紅外激光與可見激光同軸輸出，經(jīng)過準(zhǔn)直鏡、兩個(gè)掃描振鏡及聚焦鏡，聚焦照射到輸變電設(shè)備覆冰區(qū)域除冰，采用控制設(shè)備控制激光器輸出光的時(shí)機(jī)和時(shí)間、掃描振鏡的振動(dòng)，使照射到輸變電設(shè)備覆冰區(qū)域的激光進(jìn)行二維移動(dòng)掃描，通過跟蹤瞄準(zhǔn)裝置對可見激光照射位置進(jìn)行觀察，避免激光對輸變電設(shè)備的損傷。本發(fā)明體積小重量輕，實(shí)現(xiàn)激光遠(yuǎn)距離聚焦，有利于去除大面積覆冰，實(shí)現(xiàn)對于激光除冰的跟蹤和觀察，避免激光對于電力設(shè)備的損傷，對于導(dǎo)線鐵塔可以在不斷電的情況下去除冰層，該系統(tǒng)可以用于絕緣子、架空輸電線路、鐵塔等輸變電設(shè)備的除冰。
文檔編號(hào)H02G7/16GK101562320SQ20091006200
公開日2009年10月21日 申請日期2009年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月8日
發(fā)明者盧恩澤, 曉 朱, 朱廣志, 朱長虹, 程昌盛, 煒 蔡, 許遠(yuǎn)根, 谷山強(qiáng), 飛 郭, 陳家宏, 齊麗君 申請人:國網(wǎng)電力科學(xué)研究院;華中科技大學(xué)