楼　平，岳灵平，李　龙

（国网浙江省电力有限公司湖州供电公司，浙江　湖州　313000）

0　引言

大风天气条件下，输电线路沿线的广告牌、条幅、风筝、塑料薄膜等易被吹到输电线路导线上，这些缠绕、悬挂在线路上的异物，在雨、雪、雾等环境下受潮后，由于其绝缘性能较差，易引起输电线路发生单相接地、相间短路等故障[1]；另外，输电杆塔上经常有鸟巢、蜂窝以及其他难以除去的杂物，也易引发线路故障跳闸。为了防止输电线路发生故障，需尽快将线路上的异物清除。通常采用带电或停电作业处理[2-4]，即检修人员进入高空作业车或攀登杆塔将异物清除。这种方法费时费力、操作复杂，还具有很大的安全隐患。由于激光具有方向性好、能量定向传输效率高和非接触作用等优点，利用激光照射产生的热效应清除输电线路上的异物，既可远程、非接触式带电作业，又能安全简便、无需登杆作业，减轻了工作强度，并且不受地形限制。

1　输电线路外破现状

输电线路外力破坏（简称外破）是线路部件的非正常运行状态，主要表现为异物短路、违章施工、吊车碰线、烟火短路和山火跳闸等故障[5-7]。

伴随着经济社会的快速发展和生态环境保护力度的持续加大，异物短路、吊车碰线等外破隐患点显著增多，输电线路遭受外破的风险居高不下，严重影响线路的安全稳定运行。近年来，由外破引发的输电线路跳闸次数和故障停运次数呈逐年增长的趋势[8]。2015年，国家电网公司330 kV及以上输电线路外力破坏占总故障跳闸的15.8%，而异物短路占外破跳闸总数的55.4%，如图1、图2所示。因此，异物短路已成为造成线路故障跳闸的主要因素。

图1　输电线路跳闸原因分布

图2　输电线路外破跳闸原因分布

2　输电线路除异物技术现状

2.1　传统处理技术

输电线路除异物传统技术主要是依靠作业人员对输电线路上的异物进行清除，分为停电处理和带电处理。

（1）停电处理是指输电线路停运后，由作业人员进行异物清除。对于已发生跳闸或导线垂直排列不具备带电作业的情况，停电处理是最为理想的方法。但该处理方法降低了电网运行可靠性，给用户正常用电带来一定的不便，并造成经济损失。

（2）带电处理是指在输电线路带电的情况下，作业人员使用屏蔽服、绝缘软梯、绝缘操作杆、绝缘绳缠绕牵引、绝缘斗臂车和特制剪刀等工具进行异物清除。带电作业操作要求高，受作业地点地形条件及铁塔电气结构等条件限制。

2.2　新兴处理技术

为保证作业人员安全、提高输电线路异物清除效率、降低异物对输电线路安全运行的影响，线路运维管理单位开展了新兴异物处理技术的研究和探索，主要包括无人机处理技术、机器人处理技术和激光处理技术[9-12]。

（1）无人机处理技术是利用无人机搭载喷火装置对悬挂在输电线路上的可燃异物进行喷火处理，致使其燃烧、熔化，该方法可在输电线路带电情况下对可燃异物进行快速清理。但无人机在输电线路附近会受到电磁干扰，如果电磁干扰较大，容易引起无人机失控后撞击线路或塔身，甚至发生坠机事故，从而造成不必要的安全事故及经济损失。并且采用无人机喷火清除异物，异物燃烧后容易粘连在导线上，无法得到彻底清除。而且无人机无法在大风等极端天气下使用。

（2）机器人处理技术是利用机器人自行攀爬或作业人员辅助其攀爬至导线上，沿着导线行走至异物悬挂点附近，然后对异物进行处理。根据异物类型选择相应的清除方法，清除方法有刀切、剪切、锯断和喷火燃烧等。目前，该处理技术使用效果较好，但对操作人员技术水平要求较高，操作人员需要一定的培训和练习才能熟练操纵机器人，同时还存在着成本较高的问题。

（3）激光处理技术通过调节激光输出的光功率，使输出的激光束经透镜精准的照射到输电线路异物表面，利用激光照射时的热效应，将异物烧毁或熔断掉落。该处理方法实现了远程、非接触式带电作业，可安全、高效、快速地清除输电线路上的异物。

3　嘉湖特高压输电廊道简介及运维难点

3.1　嘉湖特高压输电廊道简介

嘉湖特高压输电廊道是我国西电东送、三峡电力外送和皖电东送的重要能源战略通道。线路廊道西起湖州市长兴县，东至嘉兴市丁栅镇，通道全长156.378 km，廊道内架设有1 000 kV湖安Ⅰ线/Ⅱ线、安塘Ⅰ线/Ⅱ线、±800 kV复奉线、锦苏线6回特高压交/直流线路以及3回±500 kV线路，所有线路均采用“共用廊道、平行架设”的方式，廊道内线路额定输送容量29 800 MW，输电廊道宽度在170～600 m[13-16]。其中，湖州妙西镇至南浔镇72 km输电廊道采用“六线合一”密集架设方式，廊道宽度仅为300 m，相邻线路导线间距最近为55 m，属于典型的密集线路廊道，在国内极为少见。廊道现场如图3所示。

3.2　嘉湖特高压输电廊道运维难点

图3　嘉湖特高压输电廊道“六线合一”区段

（1）嘉湖特高压输电廊道电网风险较大。由于沿线运行环境复杂，飑线风、龙卷风等灾害天气时有发生，山火、外地漂浮物等隐患依然存在。同时，随着高速铁路、高速公路等基础设施的快速建设，外破风险将影响电网安全稳定运行。一旦发生自然灾害、突发性意外事件造成线路跳闸，对电网影响十分严重。

（2）强对流天气下密集线路廊道内存在异物跳闸隐患。嘉湖特高压输电廊道附近存在大量塑料大棚、养殖棚、彩钢板、简易房和遮阳膜等易漂浮物，在飑线风、龙卷风等短时强对流天气作用下，一旦有遮阳篷、塑料薄膜等异物飘至输电线路上，极有可能造成廊道内单回或多回线路同时发生故障跳闸。

（3）嘉湖特高压输电廊道内非住人构筑存在安全隐患。主要有转运垃圾房、养殖杂物房和农田排灌泵房等构筑物，这些构筑物对在运线路存在一定的安全隐患，如堆放垃圾、杂物等存在大量易飘物，在大风天气时易飘挂至导线，造成线路跳闸故障。

4　新型激光除异物装置特点

针对嘉湖特高压输电廊道运维难点和存在的异物短路安全风险，研制了新型激光除异物装置，能够安全、高效、快速、便捷地清除悬挂在输电线路上的异物，具有以下特点。

（1）对激光发生器选型和相关参数的选择进行了综合考虑。项目组收集整理分析输电线路悬挂的异物类型，分析输电线路相关器件如输电线、绝缘子、金具等的实际高度、材质等属性，在保障不损伤输电线路本体设备的前提下综合选择了激光器的类型、波长、功率大小、供电方式和冷却方式等。

（2）设计制造了激光准直扩束变焦镜头。结合输电线路异物清除现实场景需求，项目组设计制造出激光准直扩束变焦镜头，如图4所示，该镜头不仅能够满足所需的扩束准直的要求，镜头还具有变焦的能力，变焦镜头的焦距可以根据实际情况而改变，增强了镜头的适应能力。

图4　激光准直扩束变焦镜头设计图与实物图

（3）解决了激光器使用过程中瞄准困难的问题。针对激光器使用过程中瞄准困难的问题，项目组经过分析研究，提出了采用传统光学瞄准与数字瞄准相结合的方式来解决这一问题，并可根据实际使用场景和使用习惯进行选择。

（4）采用便携式设计。在新型激光远程异物清除装置设计和选型的过程中更注重便携性的要求，在保证达到相同效率的条件下，尽可能地减轻设备的重量和体积，无需车载，适应野外作业要求。

（5）实现远程、非接触式带电作业，最大有效作业距离可达到200 m，操作简单便捷，对电网设备无损伤。

5　新型激光除异物装置在嘉湖特高压输电廊道的应用

2017年9月6日，设计研制的新型激光除异物装置在嘉湖特高压输电廊道内1 000 kV湖安Ⅱ线289号塔进行了现场应用，该杆塔塔型为SJ307-42，杆塔呼称高42 m，全高98 m，杆塔周围均为农田和苗圃。

现场发现1 000 kV湖安Ⅱ线289号杆塔B相（中相）小号侧导线悬挂遮阳膜情况，遮阳膜尺寸大小为长20 m，宽2 m，实测遮阳膜距离地面高度68 m，距离激光除异物仪直线距离92 m。针对这一隐患，运维单位决定应用激光远程异物清除仪对该输电线路异物实施远程带电清除。新型激光除异物装置现场架设安装好之后，由操作人员通过瞄准镜启动激光发射器聚集能量后对遮阳膜悬挂点进行精准照射，历时5 s左右，地面观测悬挂点已经开始部分熔断，约30 s悬挂在B相导线上的遮阳膜整体脱落，成功消除了此次线路隐患。激光除异物现场如图5所示。

图5　激光除异物试验现场

6　结语

运用新型激光除异物装置首次成功消除了1 000 kV特高压线路异物，在国内1 000 kV电压等级线路上实施尚属首例。该装置大幅度提高了异物清除效率，减少了异物清除工作耗费的人力和物力资源，减少了高空作业和高压作业，降低了作业难度和风险，提高了工作人员工作安全性，减少了生产安全责任事故，提高了异物清除及时性，降低了异物导致的电力事故发生率，具有明显的社会经济效益。新型激光除异物技术的研究和应用，符合国家电网公司提高输电线路精益化管理水平、打造坚强智能电网的战略发展方向，其成果具有良好的示范作用和推广价值。