大功率半导体激光除冰技术_赵宇明.pdf

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1、DOI:10.13648/j.cnki.issn1674-0629.2011.05.0012011年第5卷第5期南方电网技术研究与分析2011，Vol.5，No.5SOUTHERNPOWERSYSTEMTECHNOLOGYStudy&Analysis文章编号：1674-0629(2011)05-0060-05中图分类号：TN248.4；TM755文献标志码：A大功率半导体激光除冰技术121221赵宇明，张贵新，罗兵，陈胜，徐曙光，黎小林（1.南方电网科学研究院，广州510080；2.清华大学电机工程与应用电子技术系，北京10008

2、4）摘要：为了减少覆冰灾害对电力设备的影响，利用激光方向性好、能量传输效率高的特点，开发大功率激光电力设备专用除冰装置，以提高电网的抗灾能力。通过理论分析和试验，确定了激光除冰装置的主要技术参数和技术方案，研制出了大功率半导体激光除冰装置的样机。研究了功率密度、环境温度等因素对激光除冰效率的影响，以及去除绝缘子覆冰的激光功率限值。除冰装置样机的现场试验结果表明，该装置能够在恶劣条件下可靠、有效地工作。关键词：激光；除冰；输电线路；电力设备TheTechnologyofHighPowerSemiconductorLaserDe-ic

3、ing121221ZHAOYuming,ZHANGGuixin,LUOBing,CHENSheng,XUShuguang,LIXiaolin(1.ElectricPowerResearchInstitute,CSG,Guangzhou510080,China;2.DepartmentofElectricalEngineeringandAppliedElectronicTechnology,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)Abstract:Itisverymeaningfultodeve

4、lopde-icingdeviceswithhighpowerlaserforpowerequipmentstoincreasethepowersystem’sabilityagainstnaturaldisaster.Basedontheoreticalanalysisandexperiments,thispaperproposesthetechnicalprogramandthemainparametersoflaserde-icingdevice,anddevelopsaprototypeofhighpowersemicon

5、ductorlaserde-icing.Theinfluenceofcertainfactorssuchaspowerdensity,environmenttemperatureandlaserpowerlimitationsfordifferentinsulatorsisstudied.Fieldtestsofthelaserde-icingprototypeshowthatthedevicecanoperatereliablyandefficientlyinmal-condition.Keywords:laser;de-ici

6、ng;powertransmissionline;powerequipment为了减少覆冰灾害对电力设备的影响，自20设备表面接触的冰层亦被融化，覆冰由于自身的重[7]世纪70年代起，我国就开展了大量的防冰和除冰技力而脱落；二是使用超高功率密度的脉冲激光照[1-4]术和方法的研究。激光具有方向性好，能量传输射覆冰设备，激光在冰层和设备界面急速汽化部分效率高，发生器能量转换效率高等优点，国内外已覆冰，产生的激波作用于冰层，使冰层破碎，从而[5-7][5]开发出多种大功率气体激光器除冰设备。达到去除覆冰的目的。本文提出使用半导体激光技

7、术，开发便携式的方案一通过调整激光输出功率，可以用于去除激光除冰设备的技术方案。试验研究了不同因素对不同类型电力设备的覆冰。因此，本文选择方案一激光除冰效果的影响，确定了不同类型绝缘子的功研究和开发激光除冰装置。率限值和除冰装置的主要参数和技术方案，成功研1.2激光在冰层中的作用制了大功率半导体激光除冰装置样机。为了有效提高除冰效率，需要研究激光在冰层中的传播和作用机理。光在冰中传播时，能量逐渐1激光除冰机理研究[1]被冰层吸收，吸收规律如式（1）所示：1.1激光除冰技术路线IIoutinexp(d),（1）目前，激光除冰

8、有两种不同的技术路线：一是其中，Iin，Iout和分别为光的入射功率、经过入射使用连续的激光照射覆冰设备，激光的能量分别被距离d之后的剩余功率和吸收系数。不同波长的光冰层和设备表面吸收，覆冰层将被分割成小块，与在纯冰中传输的吸收系数如图1所示，