樓　平，岳靈平，李　龍

（國網(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，輸電線路沿線的廣告牌、條幅、風(fēng)箏、塑料薄膜等易被吹到輸電線路導(dǎo)線上，這些纏繞、懸掛在線路上的異物，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)常有鳥巢、蜂窩以及其他難以除去的雜物，也易引發(fā)線路故障跳閘。為了防止輸電線路發(fā)生故障，需盡快將線路上的異物清除。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)車或攀登桿塔將異物清除。這種方法費時費力、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，利用激光照射產(chǎn)生的熱效應(yīng)清除輸電線路上的異物，既可遠(yuǎn)程、非接觸式帶電作業(yè)，又能安全簡便、無需登桿作業(yè)，減輕了工作強(qiáng)度，并且不受地形限制。

1　輸電線路外破現(xiàn)狀

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

伴隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)力度的持續(xù)加大，異物短路、吊車碰線等外破隱患點顯著增多，輸電線路遭受外破的風(fēng)險居高不下，嚴(yán)重影響線路的安全穩(wěn)定運行。近年來，由外破引發(fā)的輸電線路跳閘次數(shù)和故障停運次數(shù)呈逐年增長的趨勢[8]。2015年，國家電網(wǎng)公司330 kV及以上輸電線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路故障跳閘的主要因素。

圖1　輸電線路跳閘原因分布

圖2　輸電線路外破跳閘原因分布

2　輸電線路除異物技術(shù)現(xiàn)狀

2.1　傳統(tǒng)處理技術(shù)

輸電線路除異物傳統(tǒng)技術(shù)主要是依靠作業(yè)人員對輸電線路上的異物進(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路停運后，由作業(yè)人員進(jìn)行異物清除。對于已發(fā)生跳閘或?qū)Ь€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)運行可靠性，給用戶正常用電帶來一定的不便，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、提高輸電線路異物清除效率、降低異物對輸電線路安全運行的影響，線路運維管理單位開展了新興異物處理技術(shù)的研究和探索，主要包括無人機(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）無人機(jī)處理技術(shù)是利用無人機(jī)搭載噴火裝置對懸掛在輸電線路上的可燃異物進(jìn)行噴火處理，致使其燃燒、熔化，該方法可在輸電線路帶電情況下對可燃異物進(jìn)行快速清理。但無人機(jī)在輸電線路附近會受到電磁干擾，如果電磁干擾較大，容易引起無人機(jī)失控后撞擊線路或塔身，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。并且采用無人機(jī)噴火清除異物，異物燃燒后容易粘連在導(dǎo)線上，無法得到徹底清除。而且無人機(jī)無法在大風(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)線上，沿著導(dǎo)線行走至異物懸掛點附近，然后對異物進(jìn)行處理。根據(jù)異物類型選擇相應(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，同時還存在著成本較高的問題。

（3）激光處理技術(shù)通過調(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)的照射到輸電線路異物表面，利用激光照射時的熱效應(yīng)，將異物燒毀或熔斷掉落。該處理方法實現(xiàn)了遠(yuǎn)程、非接觸式帶電作業(yè)，可安全、高效、快速地清除輸電線路上的異物。

3　嘉湖特高壓輸電廊道簡介及運維難點

3.1　嘉湖特高壓輸電廊道簡介

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

3.2　嘉湖特高壓輸電廊道運維難點

圖3　嘉湖特高壓輸電廊道“六線合一”區(qū)段

（1）嘉湖特高壓輸電廊道電網(wǎng)風(fēng)險較大。由于沿線運行環(huán)境復(fù)雜，颮線風(fēng)、龍卷風(fēng)等災(zāi)害天氣時有發(fā)生，山火、外地漂浮物等隱患依然存在。同時，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)險將影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。一旦發(fā)生自然災(zāi)害、突發(fā)性意外事件造成線路跳閘，對電網(wǎng)影響十分嚴(yán)重。

（2）強(qiáng)對流天氣下密集線路廊道內(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、簡易房和遮陽膜等易漂浮物，在颮線風(fēng)、龍卷風(fēng)等短時強(qiáng)對流天氣作用下，一旦有遮陽篷、塑料薄膜等異物飄至輸電線路上，極有可能造成廊道內(nèi)單回或多回線路同時發(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)筑物對在運線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)天氣時易飄掛至導(dǎo)線，造成線路跳閘故障。

4　新型激光除異物裝置特點

針對嘉湖特高壓輸電廊道運維難點和存在的異物短路安全風(fēng)險，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路上的異物，具有以下特點。

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

（2）設(shè)計制造了激光準(zhǔn)直擴(kuò)束變焦鏡頭。結(jié)合輸電線路異物清除現(xiàn)實場景需求，項目組設(shè)計制造出激光準(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)計圖與實物圖

（3）解決了激光器使用過程中瞄準(zhǔn)困難的問題。針對激光器使用過程中瞄準(zhǔn)困難的問題，項目組經(jīng)過分析研究，提出了采用傳統(tǒng)光學(xué)瞄準(zhǔn)與數(shù)字瞄準(zhǔn)相結(jié)合的方式來解決這一問題，并可根據(jù)實際使用場景和使用習(xí)慣進(jìn)行選擇。

（4）采用便攜式設(shè)計。在新型激光遠(yuǎn)程異物清除裝置設(shè)計和選型的過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，無需車載，適應(yīng)野外作業(yè)要求。

（5）實現(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，操作簡單便捷，對電網(wǎng)設(shè)備無損傷。

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289號塔進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用，該桿塔塔型為SJ307-42，桿塔呼稱高42 m，全高98 m，桿塔周圍均為農(nóng)田和苗圃。

現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)1 000 kV湖安Ⅱ線289號桿塔B相（中相）小號側(cè)導(dǎo)線懸掛遮陽膜情況，遮陽膜尺寸大小為長20 m，寬2 m，實測遮陽膜距離地面高度68 m，距離激光除異物儀直線距離92 m。針對這一隱患，運維單位決定應(yīng)用激光遠(yuǎn)程異物清除儀對該輸電線路異物實施遠(yuǎn)程帶電清除。新型激光除異物裝置現(xiàn)場架設(shè)安裝好之后，由操作人員通過瞄準(zhǔn)鏡啟動激光發(fā)射器聚集能量后對遮陽膜懸掛點進(jìn)行精準(zhǔn)照射，歷時5 s左右，地面觀測懸掛點已經(jīng)開始部分熔斷，約30 s懸掛在B相導(dǎo)線上的遮陽膜整體脫落，成功消除了此次線路隱患。激光除異物現(xiàn)場如圖5所示。

圖5　激光除異物試驗現(xiàn)場

6　結(jié)語

運用新型激光除異物裝置首次成功消除了1 000 kV特高壓線路異物，在國內(nèi)1 000 kV電壓等級線路上實施尚屬首例。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，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，符合國家電網(wǎng)公司提高輸電線路精益化管理水平、打造堅強(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值。