隔離開關激光帶電清污裝置的開發及應用＊

韓西坪 甘徐 盧明彬 白衛 盧志

（廣西電網有限責任公司玉林供電局，廣西玉林 537006）

0.引言

隔離開關是電力系統中重要的開關設備，由于實際變電站中的使用量較大，故對于整個變電站的安全穩定運行也具有重要的影響，對于隔離開關設備的運行可靠性的要求也相對較高。當隔離開關設備運行多年之后，會在隔離開關的表面附著一層污穢，這給隔離開關的運行埋下了較高的風險[1]。傳統的隔離開關設備表面污穢清理是采用化學試劑擦拭或者是人工手動清除等方式。但這種方式較為耗時耗力、也容易對設備及人身造成傷害，為此本文介紹了隔離開關激光帶電清污裝置，以下進行詳細的分析。

1.基于脈沖調頻的激光清污技術

1.1 激光清污的技術現狀

在現代電力生產中，傳統的設備清洗方法需要花費較高的人工成本，并且在環保上也難以達標。隨著激光清污技術的發展，特別是脈沖調頻激光技術的應用，給電力行業的電氣設備清污帶來了較大的轉機。在激光清污技術中，目前在微電子和一些文物的清洗中都逐步得到了推廣及應用，已經基本取代了傳統的清污方式，當前對激光清污的技術研究也取得了一定的成就。激光清污技術屬于一種表面清污技術，通過將激光束的能量，采用聚焦鏡匯聚到較小的范圍內，并照射到待清洗的物體表面，則待清洗物體表面吸收能量之后，表面顆粒就會發生熱膨脹而擺脫待清洗物體表面的吸附力[2]。同時隔離開關設備上的污染物還會因受到激光作用而產生振動，達到清污的目的。

由于激光所發出來的光束脈寬很小，隔離開關就會受到激光脈沖的反復作用，進而使得隔離開關產生一定的超聲振動，并使得隔離開關上的污穢粒子被振碎，這樣污穢就從隔離開關設備的表面上彈出，達到清除污穢的目的。

1.2 激光清污中的脈沖調頻技術

通過在隔離開關激光帶電清污裝置的開發中，采用脈沖調頻技術，可以在清污過程中做到無接觸、無熱效應、無研磨，能夠適用于對多種不同類型污穢的清除。由于隔離開關設備上所附著的不同種類的污染物，對不同波長的光敏感程度不同，并且在采用激光清污的過程中，還需要避免對隔離開關設備產生破壞，故在應用脈沖調頻激光帶電清污裝置的過程中，需要調節激光的波長和裝置中的其他相關參數，使得既不會破壞裝置，又能夠達到清污的目的。

在基于脈沖調頻的激光清污技術中，當激光束照射到隔離開關設備表面時隔離開關設備表面上的污染物在吸收了激光的能量之后產生振動、燃燒或者是蒸發及融化等相關的化學及物理變化，這樣就可以使得污染物能夠快速高效地從隔離開關設備表面脫離[3]。而在清污的過程中，隔離開關設備基材可以將所接收到的激光再反射出去，而不會受到任何的損傷。與隔離開關設備傳統的清污技術相比，采用激光清污技術是一直新型的環保清污技術，對設備清污人員和隔離開關設備都不會造成任何的傷害，故在實際的應用中具有較大的空間。

2.隔離開關激光帶電清污裝置的開發

2.1 隔離開關激光帶電清污裝置中的結構組成

隔離開關激光帶電清污裝置根據開發和設計方式的不同，在結構組成上也會存在著一定的差異，但基本的結構組成也大致相同。在隔離開關激光帶電清污裝置的組成結構中，一般主要包括了光學系統、控制系統、電源系統等，其中光學系統是關鍵部分，包括了激光發生器、激光傳輸系統、聚焦系統、導光系統以及掃描系統等。該隔離開關激光帶電清污裝置在實際使用的過程中，激光發生器將發生雙波長的激光束，并將其耦合到光纖中加以傳輸。光纖中的激光束經過掃描系統的聚焦之后，就可以形成光斑。通過調整待清洗的隔離開關和帶電清污裝置之間的距離就可以實現對隔離開關設備中污穢的清洗。

對于隔離開關激光帶電清污裝置中的光學系統，隔離開關激光帶電清污裝置中所發出來的激光，需要經過光學系統的處理之后，一般激光束經過反射鏡之后將其反射到振鏡上，再進行傳輸。控制系統則是隔離開關激光帶電清污裝置中的核心組成，根據外部所輸入的信號，經過處理之后，再將控制指令下發到光學系統中，用于調整激光的頻率及功率[4]。電源系統則是用來對隔離開關激光帶電清污裝置中的各個功能模塊進行供電使用，供電電壓等級根據系統的不同會有所差異，一般在五伏特到二十四伏特之間。

2.2 激光帶電清污裝置的開關技術要點

在開發激光帶電清污裝置的過程中，涉及較多的技術要點，需要對各個技術要點加以把握，保證帶電清污裝置的開發設計質量。對于該裝置中的半導體激光器的結構設計，這就決定了激光器的綜合能量利用效率以及所發出的激光束的質量。由于激光本身在發出來的時候就具備了較高的熱能，故由于熱效應，會直接影響到光束是否均勻，這也是在激光帶電清污裝置結構設計過程中需要重點考慮的問題。根據激光的發光特點以及激光晶體的運行吸收特性，在降低激光熱效應對光束影響的同時，提高激光能量的轉換效率，可以采用三向均勻泵浦模塊。對于激光晶體的設計，應選擇化學性能、機械性能和光學性能都較為穩定的器件。

2.3 激光帶電清污裝置的方案設計

首先，對于激光帶電清污裝置中的光學系統，在方案設計的時候，應保證具有足夠大的掃描范圍，這樣在實際對隔離開關設備進行清污時，操作就會較為方便并且簡單，使得清污的效率得到較大的提升。但是光學系統的掃描范圍也不能設置太大，否則也會帶來一定的問題。如掃描范圍大則會使得隔離開關的中間部分污穢能夠完全清除干凈，但是隔離開關設備的兩邊則還沒有清除好。其次，光學系統的焦距設計，焦距和光學系統的掃描范圍具有成正比的關系，焦距設置越大，則掃描范圍也越大，但過大也會導致出現掃描失真的情況。再次，在光學系統中反射鏡在安裝及選擇上，應采用反射效率相對較高的反射鏡片，這樣就可以在最大程度上將激光的能量盡可能傳輸出去，降低激光能量在反射過程中的損失。對于反射鏡的安裝，一般應保證量反射鏡的中心位于同一條直線上，這樣也能夠降低激光能量在反射傳輸過程中的損失[5]。最后，激光的傳輸距離應盡可能短，這樣也可以降低激光的能量損失，以便取得更好的清污效果。

3.隔離開關激光帶電清污裝置的應用

隔離開關激光帶電清污裝置在實際電力企業應用中，需要把握相應的應用流程，保證對隔離開關的污穢清除效果，以下詳細分析隔離開關激光帶電清污裝置的應用流程和隔離開關激光帶電清污裝置的應用效果。

3.1 隔離開關激光帶電清污裝置的應用流程

隔離開關激光帶電清污裝置在應用的過程中，由于脈沖調頻激光在清污作業的過程中，不會損失隔離開關設備基材，在清污的過程中不會產生污染，并且可以進行自動化清污作業，可以應用的范圍也相對較廣。基于隔離開關激光帶電清污裝置的上述一系列應用優點，該裝置能夠滿足現代電力系統對隔離開關設備運維的技術升級要求。對于隔離開關激光帶電清污裝置的應用流程，當設置好隔離開關激光帶電清污裝置中的各項控制參數信息后，光學系統和激光器之后相互協調配合，就可以達到對隔離開關設備清污的目的。在具體的裝置操作中，首先打開隔離開關激光帶電清污裝置中的操作應用軟件系統，然后在對激光頻率和激光功率等參數進行設置，最后再進行實際的激光清污操作。同時根據隔離開關設備中需要清污部位的具體形狀，提取設定好激光帶電清污裝置中控制器的程序，進而控制驅動裝置和激光清洗設備的工作狀態。

3.2 隔離開關激光帶電清污裝置的應用效果分析

對于隔離開關上不同的污穢，激光的作用機理也存在著一定的差異，故隔離開關激光帶電清污裝置在實際應用中，會根據所遇到的污穢類型的不同，而調整所發出來的激光束的頻率及功率。該隔離開關激光帶電清污裝置在實際的應用中取得了很好的應用效果，隔離開關采用激光清污前后的效果對比如圖1所示。

圖1 隔離開關采用激光清污前后的效果對比圖

從上圖1的隔離開關采用激光清污前后的效果對比圖中可以看出，經過采用激光清污之后，隔離開關上的氧化層被清洗得很干凈，并且隔離開關自身沒有受到任何的損傷。該隔離開關激光帶電清污裝置在應用的過程中，具有可移動、高度自動化的特點。通過應用該裝置，可以提高電網企業的經濟效益。當前我國在激光清污技術領域中還存在著較大的進步空間，并且在實際中的應用覆蓋率還相對較低，在很多場合中還是采用傳統的設備清污方法，需要對激光清污技術進一步加以推廣應用。隨著電力系統中需要維護的開關設備數量不斷增多，今后隔離開關激光帶電清污裝置在電力系統中將會具有較大的應用空間，并在實際應用中逐步得到推廣，降低電氣設備清污的成本，提高電網企業的經濟效益。

4.結論

對隔離開關采用激光帶電清污裝置具有較強的必要性，能夠提高對隔離開關設備的運維效率和清污質量，在實際應用中也具有良好的效果。通過采用本文所分析的隔離開關激光帶電清污裝置，對于提高電力行業的生產技術水平，以及保證隔離開關設備的安全運行具有重要的工程實用價值。