输电线路上CO激光除冰的研究

摘要

覆冰对于电力系统来说是一种严重的自然灾害，由于冰灾事故的频繁发生，电力生产、运行单位广泛探索防冰灾、防覆冰的措施；世界各国已投入相当多的人力和物力进行线路覆冰调查及除冰防冰措施的研究。根据技术原理，输电线路上的除冰技术主要分为：机械破冰方法、热力融冰方法和自然脱落方法。机械除冰方法就是利用各种机械动力使冰产生应力破坏而从导线上脱落；热力融冰法就是利用冰吸收热量使其相态由固态变成液态；自然脱冰方法无需人为加入能量，是零能耗脱冰方法。到目前为止，输电线路除冰，特别是高压线绝缘子除冰，仍旧没有一种高效的办法，因此，本文将侧重绝缘子除冰的研究。
　　 在建立热源模型的基础上，用ANSYS分析了激光作用冰块的传热过程及热应力分析。为了提高除冰的效率，满足电力系统在线除冰的要求，提出了利用二氧化碳激光除去绝缘子覆冰的实验方案。首先，通过激光直接照射绝缘子，测得了绝缘子的损伤功率密度为86.6；然后利用功率为50W的二氧化碳激光照射冰块，利用热量使冰块融化，测得融化一千克冰需要349KJ的能量，耗时117分钟；当功率为500W时，融化一千克冰需要734KJ的能量，耗时25 分钟；由于直接热融法除冰效率较低，提出了激光热融加上冰块自身重力脱落法除冰的实验方案，利用功率为35W的二氧化碳激光照射冰块与绝缘子的接触面，降低其粘结力以致整体脱落从而达到除冰的目的，测得除去一千克冰需要90KJ的能量，耗时26分钟。
　　 实验表明，激光热融加上冰块自身重力脱落法除冰能耗和耗时都较小，能够提高电力系统实时除冰的效率，为了较好的除去绝缘子上的覆冰，需要综合考虑激光功率、光斑直径的大小，保证在除冰的同时不对绝缘子造成损伤。