樓　平，岳靈平，李　龍

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司湖州供電公司，浙江　湖州　313000）

0　引言

大風(fēng)天氣條件下，輸電線(xiàn)路沿線(xiàn)的廣告牌、條幅、風(fēng)箏、塑料薄膜等易被吹到輸電線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)上，這些纏繞、懸掛在線(xiàn)路上的異物，在雨、雪、霧等環(huán)境下受潮后，由于其絕緣性能較差，易引起輸電線(xiàn)路發(fā)生單相接地、相間短路等故障[1]；另外，輸電桿塔上經(jīng)常有鳥(niǎo)巢、蜂窩以及其他難以除去的雜物，也易引發(fā)線(xiàn)路故障跳閘。為了防止輸電線(xiàn)路發(fā)生故障，需盡快將線(xiàn)路上的異物清除。通常采用帶電或停電作業(yè)處理[2-4]，即檢修人員進(jìn)入高空作業(yè)車(chē)或攀登桿塔將異物清除。這種方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力、操作復(fù)雜，還具有很大的安全隱患。由于激光具有方向性好、能量定向傳輸效率高和非接觸作用等優(yōu)點(diǎn)，利用激光照射產(chǎn)生的熱效應(yīng)清除輸電線(xiàn)路上的異物，既可遠(yuǎn)程、非接觸式帶電作業(yè)，又能安全簡(jiǎn)便、無(wú)需登桿作業(yè)，減輕了工作強(qiáng)度，并且不受地形限制。

1　輸電線(xiàn)路外破現(xiàn)狀

輸電線(xiàn)路外力破壞（簡(jiǎn)稱(chēng)外破）是線(xiàn)路部件的非正常運(yùn)行狀態(tài)，主要表現(xiàn)為異物短路、違章施工、吊車(chē)碰線(xiàn)、煙火短路和山火跳閘等故障[5-7]。

伴隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)力度的持續(xù)加大，異物短路、吊車(chē)碰線(xiàn)等外破隱患點(diǎn)顯著增多，輸電線(xiàn)路遭受外破的風(fēng)險(xiǎn)居高不下，嚴(yán)重影響線(xiàn)路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。近年來(lái)，由外破引發(fā)的輸電線(xiàn)路跳閘次數(shù)和故障停運(yùn)次數(shù)呈逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)[8]。2015年，國(guó)家電網(wǎng)公司330 kV及以上輸電線(xiàn)路外力破壞占總故障跳閘的15.8%，而異物短路占外破跳閘總數(shù)的55.4%，如圖1、圖2所示。因此，異物短路已成為造成線(xiàn)路故障跳閘的主要因素。

圖1　輸電線(xiàn)路跳閘原因分布

圖2　輸電線(xiàn)路外破跳閘原因分布

2　輸電線(xiàn)路除異物技術(shù)現(xiàn)狀

2.1　傳統(tǒng)處理技術(shù)

輸電線(xiàn)路除異物傳統(tǒng)技術(shù)主要是依靠作業(yè)人員對(duì)輸電線(xiàn)路上的異物進(jìn)行清除，分為停電處理和帶電處理。

（1）停電處理是指輸電線(xiàn)路停運(yùn)后，由作業(yè)人員進(jìn)行異物清除。對(duì)于已發(fā)生跳閘或?qū)Ь€(xiàn)垂直排列不具備帶電作業(yè)的情況，停電處理是最為理想的方法。但該處理方法降低了電網(wǎng)運(yùn)行可靠性，給用戶(hù)正常用電帶來(lái)一定的不便，并造成經(jīng)濟(jì)損失。

（2）帶電處理是指在輸電線(xiàn)路帶電的情況下，作業(yè)人員使用屏蔽服、絕緣軟梯、絕緣操作桿、絕緣繩纏繞牽引、絕緣斗臂車(chē)和特制剪刀等工具進(jìn)行異物清除。帶電作業(yè)操作要求高，受作業(yè)地點(diǎn)地形條件及鐵塔電氣結(jié)構(gòu)等條件限制。

2.2　新興處理技術(shù)

為保證作業(yè)人員安全、提高輸電線(xiàn)路異物清除效率、降低異物對(duì)輸電線(xiàn)路安全運(yùn)行的影響，線(xiàn)路運(yùn)維管理單位開(kāi)展了新興異物處理技術(shù)的研究和探索，主要包括無(wú)人機(jī)處理技術(shù)、機(jī)器人處理技術(shù)和激光處理技術(shù)[9-12]。

（1）無(wú)人機(jī)處理技術(shù)是利用無(wú)人機(jī)搭載噴火裝置對(duì)懸掛在輸電線(xiàn)路上的可燃異物進(jìn)行噴火處理，致使其燃燒、熔化，該方法可在輸電線(xiàn)路帶電情況下對(duì)可燃異物進(jìn)行快速清理。但無(wú)人機(jī)在輸電線(xiàn)路附近會(huì)受到電磁干擾，如果電磁干擾較大，容易引起無(wú)人機(jī)失控后撞擊線(xiàn)路或塔身，甚至發(fā)生墜機(jī)事故，從而造成不必要的安全事故及經(jīng)濟(jì)損失。并且采用無(wú)人機(jī)噴火清除異物，異物燃燒后容易粘連在導(dǎo)線(xiàn)上，無(wú)法得到徹底清除。而且無(wú)人機(jī)無(wú)法在大風(fēng)等極端天氣下使用。

（2）機(jī)器人處理技術(shù)是利用機(jī)器人自行攀爬或作業(yè)人員輔助其攀爬至導(dǎo)線(xiàn)上，沿著導(dǎo)線(xiàn)行走至異物懸掛點(diǎn)附近，然后對(duì)異物進(jìn)行處理。根據(jù)異物類(lèi)型選擇相應(yīng)的清除方法，清除方法有刀切、剪切、鋸斷和噴火燃燒等。目前，該處理技術(shù)使用效果較好，但對(duì)操作人員技術(shù)水平要求較高，操作人員需要一定的培訓(xùn)和練習(xí)才能熟練操縱機(jī)器人，同時(shí)還存在著成本較高的問(wèn)題。

（3）激光處理技術(shù)通過(guò)調(diào)節(jié)激光輸出的光功率，使輸出的激光束經(jīng)透鏡精準(zhǔn)的照射到輸電線(xiàn)路異物表面，利用激光照射時(shí)的熱效應(yīng)，將異物燒毀或熔斷掉落。該處理方法實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程、非接觸式帶電作業(yè)，可安全、高效、快速地清除輸電線(xiàn)路上的異物。

3　嘉湖特高壓輸電廊道簡(jiǎn)介及運(yùn)維難點(diǎn)

3.1　嘉湖特高壓輸電廊道簡(jiǎn)介

嘉湖特高壓輸電廊道是我國(guó)西電東送、三峽電力外送和皖電東送的重要能源戰(zhàn)略通道。線(xiàn)路廊道西起湖州市長(zhǎng)興縣，東至嘉興市丁柵鎮(zhèn)，通道全長(zhǎng)156.378 km，廊道內(nèi)架設(shè)有1 000 kV湖安Ⅰ線(xiàn)/Ⅱ線(xiàn)、安塘Ⅰ線(xiàn)/Ⅱ線(xiàn)、±800 kV復(fù)奉線(xiàn)、錦蘇線(xiàn)6回特高壓交/直流線(xiàn)路以及3回±500 kV線(xiàn)路，所有線(xiàn)路均采用“共用廊道、平行架設(shè)”的方式，廊道內(nèi)線(xiàn)路額定輸送容量29 800 MW，輸電廊道寬度在170～600 m[13-16]。其中，湖州妙西鎮(zhèn)至南潯鎮(zhèn)72 km輸電廊道采用“六線(xiàn)合一”密集架設(shè)方式，廊道寬度僅為300 m，相鄰線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)間距最近為55 m，屬于典型的密集線(xiàn)路廊道，在國(guó)內(nèi)極為少見(jiàn)。廊道現(xiàn)場(chǎng)如圖3所示。

3.2　嘉湖特高壓輸電廊道運(yùn)維難點(diǎn)

圖3　嘉湖特高壓輸電廊道“六線(xiàn)合一”區(qū)段

（1）嘉湖特高壓輸電廊道電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)較大。由于沿線(xiàn)運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，颮線(xiàn)風(fēng)、龍卷風(fēng)等災(zāi)害天氣時(shí)有發(fā)生，山火、外地漂浮物等隱患依然存在。同時(shí)，隨著高速鐵路、高速公路等基礎(chǔ)設(shè)施的快速建設(shè)，外破風(fēng)險(xiǎn)將影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。一旦發(fā)生自然災(zāi)害、突發(fā)性意外事件造成線(xiàn)路跳閘，對(duì)電網(wǎng)影響十分嚴(yán)重。

（2）強(qiáng)對(duì)流天氣下密集線(xiàn)路廊道內(nèi)存在異物跳閘隱患。嘉湖特高壓輸電廊道附近存在大量塑料大棚、養(yǎng)殖棚、彩鋼板、簡(jiǎn)易房和遮陽(yáng)膜等易漂浮物，在颮線(xiàn)風(fēng)、龍卷風(fēng)等短時(shí)強(qiáng)對(duì)流天氣作用下，一旦有遮陽(yáng)篷、塑料薄膜等異物飄至輸電線(xiàn)路上，極有可能造成廊道內(nèi)單回或多回線(xiàn)路同時(shí)發(fā)生故障跳閘。

（3）嘉湖特高壓輸電廊道內(nèi)非住人構(gòu)筑存在安全隱患。主要有轉(zhuǎn)運(yùn)垃圾房、養(yǎng)殖雜物房和農(nóng)田排灌泵房等構(gòu)筑物，這些構(gòu)筑物對(duì)在運(yùn)線(xiàn)路存在一定的安全隱患，如堆放垃圾、雜物等存在大量易飄物，在大風(fēng)天氣時(shí)易飄掛至導(dǎo)線(xiàn)，造成線(xiàn)路跳閘故障。

4　新型激光除異物裝置特點(diǎn)

針對(duì)嘉湖特高壓輸電廊道運(yùn)維難點(diǎn)和存在的異物短路安全風(fēng)險(xiǎn)，研制了新型激光除異物裝置，能夠安全、高效、快速、便捷地清除懸掛在輸電線(xiàn)路上的異物，具有以下特點(diǎn)。

（1）對(duì)激光發(fā)生器選型和相關(guān)參數(shù)的選擇進(jìn)行了綜合考慮。項(xiàng)目組收集整理分析輸電線(xiàn)路懸掛的異物類(lèi)型，分析輸電線(xiàn)路相關(guān)器件如輸電線(xiàn)、絕緣子、金具等的實(shí)際高度、材質(zhì)等屬性，在保障不損傷輸電線(xiàn)路本體設(shè)備的前提下綜合選擇了激光器的類(lèi)型、波長(zhǎng)、功率大小、供電方式和冷卻方式等。

（2）設(shè)計(jì)制造了激光準(zhǔn)直擴(kuò)束變焦鏡頭。結(jié)合輸電線(xiàn)路異物清除現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景需求，項(xiàng)目組設(shè)計(jì)制造出激光準(zhǔn)直擴(kuò)束變焦鏡頭，如圖4所示，該鏡頭不僅能夠滿(mǎn)足所需的擴(kuò)束準(zhǔn)直的要求，鏡頭還具有變焦的能力，變焦鏡頭的焦距可以根據(jù)實(shí)際情況而改變，增強(qiáng)了鏡頭的適應(yīng)能力。

圖4　激光準(zhǔn)直擴(kuò)束變焦鏡頭設(shè)計(jì)圖與實(shí)物圖

（3）解決了激光器使用過(guò)程中瞄準(zhǔn)困難的問(wèn)題。針對(duì)激光器使用過(guò)程中瞄準(zhǔn)困難的問(wèn)題，項(xiàng)目組經(jīng)過(guò)分析研究，提出了采用傳統(tǒng)光學(xué)瞄準(zhǔn)與數(shù)字瞄準(zhǔn)相結(jié)合的方式來(lái)解決這一問(wèn)題，并可根據(jù)實(shí)際使用場(chǎng)景和使用習(xí)慣進(jìn)行選擇。

（4）采用便攜式設(shè)計(jì)。在新型激光遠(yuǎn)程異物清除裝置設(shè)計(jì)和選型的過(guò)程中更注重便攜性的要求，在保證達(dá)到相同效率的條件下，盡可能地減輕設(shè)備的重量和體積，無(wú)需車(chē)載，適應(yīng)野外作業(yè)要求。

（5）實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、非接觸式帶電作業(yè)，最大有效作業(yè)距離可達(dá)到200 m，操作簡(jiǎn)單便捷，對(duì)電網(wǎng)設(shè)備無(wú)損傷。

5　新型激光除異物裝置在嘉湖特高壓輸電廊道的應(yīng)用

2017年9月6日，設(shè)計(jì)研制的新型激光除異物裝置在嘉湖特高壓輸電廊道內(nèi)1 000 kV湖安Ⅱ線(xiàn)289號(hào)塔進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，該桿塔塔型為SJ307-42，桿塔呼稱(chēng)高42 m，全高98 m，桿塔周?chē)鶠檗r(nóng)田和苗圃。

現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)1 000 kV湖安Ⅱ線(xiàn)289號(hào)桿塔B相（中相）小號(hào)側(cè)導(dǎo)線(xiàn)懸掛遮陽(yáng)膜情況，遮陽(yáng)膜尺寸大小為長(zhǎng)20 m，寬2 m，實(shí)測(cè)遮陽(yáng)膜距離地面高度68 m，距離激光除異物儀直線(xiàn)距離92 m。針對(duì)這一隱患，運(yùn)維單位決定應(yīng)用激光遠(yuǎn)程異物清除儀對(duì)該輸電線(xiàn)路異物實(shí)施遠(yuǎn)程帶電清除。新型激光除異物裝置現(xiàn)場(chǎng)架設(shè)安裝好之后，由操作人員通過(guò)瞄準(zhǔn)鏡啟動(dòng)激光發(fā)射器聚集能量后對(duì)遮陽(yáng)膜懸掛點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)照射，歷時(shí)5 s左右，地面觀測(cè)懸掛點(diǎn)已經(jīng)開(kāi)始部分熔斷，約30 s懸掛在B相導(dǎo)線(xiàn)上的遮陽(yáng)膜整體脫落，成功消除了此次線(xiàn)路隱患。激光除異物現(xiàn)場(chǎng)如圖5所示。

圖5　激光除異物試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

6　結(jié)語(yǔ)

運(yùn)用新型激光除異物裝置首次成功消除了1 000 kV特高壓線(xiàn)路異物，在國(guó)內(nèi)1 000 kV電壓等級(jí)線(xiàn)路上實(shí)施尚屬首例。該裝置大幅度提高了異物清除效率，減少了異物清除工作耗費(fèi)的人力和物力資源，減少了高空作業(yè)和高壓作業(yè)，降低了作業(yè)難度和風(fēng)險(xiǎn)，提高了工作人員工作安全性，減少了生產(chǎn)安全責(zé)任事故，提高了異物清除及時(shí)性，降低了異物導(dǎo)致的電力事故發(fā)生率，具有明顯的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。新型激光除異物技術(shù)的研究和應(yīng)用，符合國(guó)家電網(wǎng)公司提高輸電線(xiàn)路精益化管理水平、打造堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略發(fā)展方向，其成果具有良好的示范作用和推廣價(jià)值。