本發(fā)明屬于激光應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種輸電線激光除冰方法。
背景技術(shù)：
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，自上世紀(jì)中期以來，我國輸電線路遭受不同程度的覆冰災(zāi)害多達(dá)上千次。輸電線路覆冰將導(dǎo)致電線舞動(dòng)、斷線、桿塔倒塌、絕緣子閃絡(luò)等事故，對(duì)電網(wǎng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和人民生活帶來了極大不便。為減少覆冰引起各種事故的發(fā)生，諸多科研單位和高等院校展開了輸電線路除冰技術(shù)的研究，并已取得一定成效。目前國內(nèi)外除冰方法繁多，除冰機(jī)理可歸納為熱力融冰法、機(jī)械除冰、自然除冰和機(jī)器人除冰法等。
熱力融冰法是指利用附加熱源或?qū)Ь€自身發(fā)熱來融化覆冰的方法。目前常見的熱力融冰法有過電流融冰法、短路電流融冰、直流融冰三種方法。機(jī)械除冰法就是利用機(jī)械外力迫使導(dǎo)線上的覆冰脫落的方法。自然除冰法是指不需外界能量而靠自然力實(shí)現(xiàn)除冰的方法。如在輸電線路上安裝阻雪環(huán)、平衡錘等裝置，在積雪或覆冰達(dá)到一定程度時(shí)，借助風(fēng)力、重力等作用自行脫落，這種除冰方法簡單易行，但具有較強(qiáng)的偶然性，不能實(shí)現(xiàn)可靠除冰。
除了上述方法以外，人工除冰、激光除冰等方法也在應(yīng)用或研究中。人工除冰法主要是由維護(hù)工人用拉桿或竹棒等沿線敲打電線，使覆冰脫落，這種方法仍然是我國主要采用的除冰方法之一。但是該法效率低下，環(huán)境對(duì)操作限制極大，且電力工人的生命安全受到極大的威脅。
激光除冰法是利用高功率、高能量的激光束對(duì)輸電線路進(jìn)行除冰的方法。目前的激光除冰法主要采用激光照射至覆冰上，使得覆冰表面吸收激光能量導(dǎo)致溫度升高，冰的相態(tài)發(fā)生變化，融化成液態(tài)或者直接氣化，達(dá)到激光融冰的效果。該方法具有遠(yuǎn)距離、非接觸、外加熱源、不需要在電網(wǎng)內(nèi)部增加設(shè)備、不斷電除冰等優(yōu)點(diǎn)。但是該方法要求激光能量極高(冰對(duì)常見波長的激光束近乎“透明”，即吸收率很低，例如對(duì)1064nm波長激光的衰減率僅為0.04～0.05/m，532nm波長激光的衰減率僅為0.03～0.04/m)，融冰速度慢，單位能耗大，冰層厚度發(fā)生變化時(shí)，激光參數(shù)也要發(fā)生相應(yīng)的變化，兼容性差，并且激光束穿透冰層作用于輸電線上，易造成輸電線損傷。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種無損傷、高兼容性的輸電線激光除冰方法。
本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
一種輸電線激光除冰方法，包括如下步驟：
(1)在無絕緣皮的裸輸電線表面預(yù)先刷涂一層有機(jī)聚合物涂層，要求該有機(jī)聚合物涂層對(duì)后續(xù)步驟中采用的激光束吸收率大于70％，涂層厚度0.01mm～1mm；
(2)當(dāng)輸電線上有冰覆蓋時(shí)，輸出脈沖激光束，使激光束穿透透明冰層聚焦于輸電線表面的有機(jī)聚合物涂層上，有機(jī)聚合物涂層吸收激光后發(fā)生極速升溫(升溫速率可達(dá)106～107℃/s)，通過調(diào)節(jié)激光工藝參數(shù)控制激光功率密度使得有機(jī)聚合物涂層產(chǎn)生劇烈燒蝕汽化現(xiàn)象，產(chǎn)生的蒸汽壓形成瞬間爆破沖擊波，撐裂激光聚焦輻照作用區(qū)及附近熱影響區(qū)的冰層，同時(shí)由于有機(jī)聚合物涂層及金屬輸電線的熱傳導(dǎo)作用，將使得激光聚焦輻照作用區(qū)及附近熱影響區(qū)的冰層與有機(jī)聚合物涂層接觸的界面發(fā)生薄層融化，即解除冰層與有機(jī)聚合物涂層的固態(tài)附著力；
(3)移動(dòng)激光束在有機(jī)聚合物涂層的聚焦位置，即使得激光束沿輸電線作軌跡掃描運(yùn)動(dòng)，掃描軌跡間隔一定距離(間隔距離小于等于激光聚焦輻照作用區(qū)及附近的熱影響區(qū)寬度)，實(shí)現(xiàn)輸電線上經(jīng)過激光掃描的區(qū)域碎裂的冰層碎片在重力作用下掉下，沿輸電線作此掃描運(yùn)動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)長距離輸電線的除冰。
本發(fā)明具有如下有益效果：
1、本發(fā)明所述的輸電線激光除冰方法通過有機(jī)聚合物涂層的吸收激光、快速升溫、燒蝕汽化效應(yīng)，巧妙利用包裹冰層的約束作用產(chǎn)生爆破沖擊波，而破碎冰層，利用有機(jī)聚合物涂層導(dǎo)熱效應(yīng)解除冰層與有機(jī)聚合物涂層的固態(tài)附著力，實(shí)現(xiàn)了輸電線的有效除冰。
2、本發(fā)明的輸電線激光除冰方法利用金屬與涂層材料的熔點(diǎn)差異，除冰過程激光對(duì)輸電線本身的金屬層無影響，實(shí)現(xiàn)了無損除冰。
3、本發(fā)明所述的輸電線激光除冰方法，激光束穿過“透明”冰層而實(shí)現(xiàn)除冰，與覆冰層厚度無關(guān)，因此多厚的冰都可以除。
4、本發(fā)明利用了有機(jī)聚合物涂層對(duì)激光束的高吸收率特性，使得除冰所需的激光能量大大小于傳統(tǒng)冰層直接吸收的激光除冰方法，激光器設(shè)備參數(shù)要求低，成本低，并且不會(huì)對(duì)輸電線造成損傷。
5、本發(fā)明采用激光掃描方法進(jìn)行除冰，相比傳統(tǒng)機(jī)械除冰、人工除冰方法，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程操作、無接觸除冰，快速、操作方便，且更加安全。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
本發(fā)明提供了一種輸電線激光除冰方法，具體包括如下步驟：
(1)在無絕緣皮的裸輸電線表面預(yù)先刷涂一層有機(jī)聚合物涂層，要求該有機(jī)聚合物涂層對(duì)后續(xù)步驟中采用的激光束吸收率大于70％；該有機(jī)聚合物涂層可以在輸電線無冰時(shí)刷涂或噴涂，涂層厚度0.01mm～1mm；
(2)當(dāng)輸電線上有冰覆蓋時(shí)，輸出脈沖激光束，使激光束穿透“透明”冰層聚焦于輸電線表面的有機(jī)聚合物涂層上，有機(jī)聚合物涂層吸收激光后發(fā)生極速升溫(升溫速率可達(dá)106～107℃/s)，通過調(diào)節(jié)激光工藝參數(shù)控制激光功率密度使得有機(jī)聚合物涂層產(chǎn)生劇烈燒蝕汽化現(xiàn)象，產(chǎn)生的蒸汽壓形成瞬間爆破沖擊波，撐裂激光聚焦輻照作用區(qū)及附近熱影響區(qū)的冰層，同時(shí)由于有機(jī)聚合物涂層及金屬輸電線的熱傳導(dǎo)作用，將使得激光聚焦輻照作用區(qū)及附近熱影響區(qū)的冰層與有機(jī)聚合物涂層接觸的界面發(fā)生薄層融化，即解除冰層與有機(jī)聚合物涂層的固態(tài)附著力；
所述激光束的波長要求冰層對(duì)其衰減率小于0.1/m，即對(duì)該波長激光束可視作“透明”；
(3)移動(dòng)激光束在有機(jī)聚合物涂層的聚焦位置，即使得激光束沿輸電線作軌跡掃描運(yùn)動(dòng)，掃描軌跡間隔一定距離(間隔距離小于等于激光聚焦輻照作用區(qū)及附近的熱影響區(qū)寬度)，實(shí)現(xiàn)輸電線上經(jīng)過激光掃描的區(qū)域碎裂的冰層碎片在重力作用下掉下，沿輸電線作此掃描運(yùn)動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)長距離輸電線的除冰。
本發(fā)明可改變?yōu)槎喾N方式對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的，這樣的改變不認(rèn)為脫離本發(fā)明的范圍。所有這樣的對(duì)所述領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的修改，將包括在本權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。