引言
激光是二十世纪以来继原子能、半导体、计算机之后的人类又一重大发明,是基础理论研究成果成功转化的一大范例。激光在单色性、相干性、方向性方面有着其他技术不能替代的优势,因此在众多领域得以应用。其中在电力检测领域的应用也是发展的较早的应用领域之一[1]。
欧美发达国家在二十世纪初就已经开展了激光电力的研究。2005年美国国家航空和宇宙航行局利用940nm的激光配合光电池为卫星飞机进行电力传输,带动了微型电动机正常工作和飞行[2]。激光检测技术在电力检测上的应用主要集中在基于激光成像的检漏技术、基于激光雷达的布线优化和盘煤检测技术、基于激光检测的测尘技术等[1]。
1 激光成像检测技术的应用
SF6气体作为新一代的绝缘介质,具有稳定的化学热能性质和优良的绝缘、灭弧能力,无毒,不可燃,因此其被广泛应用在超高压电气设备中,如变电站、断路器、隔离开关、气体绝缘组合电器中。但是该气体充气设备需要达到一定的压力才能保证其灭弧和绝缘性能,因此该设备的制造质量以及密封圈老化等问题都会导致SF6气体的泄漏。而SF6在国际上已经被公认为温室效应气体,一旦大面积泄漏,会影响周围的环境,威胁国民的生活。因此对于SF6气体泄漏的检测,特别是在线检测一直是一个重要的课题[3]。
利用激光成像原理检测SF6气体泄漏的原理主要是利用SF6气体对某种波段的激光有很强的吸收作用,而大气中目前为止并未发现其他气体有相近的吸收能力。因此基于该特点,激光成像摄像机可以主动发射CO2激光器产生的红外线波长,并采集由其反向散射回取景器的激光,从而成像,即可将SF6气体的泄漏情况以二维可视的方式展现出来,并实时显示。且气体浓度越浓,吸收就越大,在图像上的对比度也越强,这样也能反映出泄漏气体浓度的强弱。
2 激光3D扫描检测技术的应用
电力系统的各个部分都有一共同的特点就是外形尺寸大,如火力发电的煤堆,电厂的冷却塔;电力传输系统也是分布极其广阔,到2004年,我国的的输电线卢总长度就已经居世界第二位,面对庞大的电力输送网络,如果快速管理这些传输系统也对现代检测技术提出了挑战。
火力发电中对燃煤的管理对电力企业十分重要,对存煤量进行准确实时测量一方面有利于电力企业计算煤耗量,另一方面也可以为预测现有存煤量的可用时间提供依据。但是一般煤场占地面积都很大,且形状不规则,因此需要一个非接触快速盘煤系统来检测煤含量。激光3D扫描测量技术应用在盘煤系统中时,是通过安装在高处的准直性好的激光扫描仪,对整个煤场进行自动扫描测量,得到煤堆的实时外形尺寸并通过事先建模好的计算公式,计算出实时的煤堆储量[1]。
电厂的冷却塔因地质变化或建筑施工工艺与质量等原因导致的基座不均匀沉降,也可以用激光3D扫描测量技术来进行测量,以保证冷却塔的正常工作。该技术是利用激光的相干性及方向性好的特点,在三维立体空间内可非接触式的快速获取物体表面大量采样点并实时获取其3D坐标,并利用重组技术,实时重组被摄表面。在监测冷却塔下沉程度中,其测量点位多,精度高,扫描200m的误差仅为5mm,足以满足其冷却塔下沉检测要求[1]。
3 激光智能加工技术的应用
激光智能加工技术是激光智能制造一个重要的研究。其中激光焊接技术拥有速度快,深度达,变形小,精度高等优势。并且其可焊接难熔材料如钛、石英等,且能对异形材料进行焊接效果良好[4]。
电力系统中用到的压电陶瓷变压器(PECT)具有体积小、重量轻、无磁场干扰、不易烧损等优点,是一种新型的电子元器件材料。其电极的传统焊接方法存在工作效率和成品率低等缺点且过长的加热时间会使钎缝金属晶粒粗大及金属间化合物过度生长。而激光钎焊方法则可以很好的解决这个问题,其高密度能量可实现高区域局限性、短时间的加热,控制了金属件化合物的产生,改善了接头强度,同事光束强度、束斑尺寸、加热持续时间都可以精确控制。因此在加工一些电力系统中特殊的器件可以很好的实现[5]。
4 激光雷达检测技术的应用
激光雷达检测技术是利用激光扫描仪通过仪器设备不断发射脉冲传感,并定位与测量单元保证应用中的精准测量,最后控制单元作为整个系统的核心进行数据整合,将整个激光雷达检测到的数据进行输出。机载激光雷达结合GPS技术构建三维模型,准确记录飞行器的三维坐标,形象的分析瞬间空间状态,通过具体的公式核算有效数据,对被测物进行精确定位。
目前在电力的优化选线中,激光雷达技术发挥着不可替代的作用。首先需要对地图和影像数据进行分析,根据实际情况选择合适的输电线路路径方便后续架空送电线路建设;其次初步完成路径选择之后,需要根据选择结果利用机载激光雷达技术进行测量,测量过程中要保证全面性,通过先进技术进行科学处理,利用技术功能开展实地调研;最后通过激光雷达进行数据整合,把各项结果相互融合,工作人员通过线路设计软件对线路进行优化输出最终结果[6]。
在电力巡线中,需要保持高压输入和长距离输送等,现代化发展进程中会建立很多输电线路,为了保证日常安全运行需要加强对线路安全进行维护,基于此电力巡线的重要性凸显,日常工作中设定专门人员对线路进行巡检。按照传统的方式进行巡查,不仅需要投入大量的人力物力资源,还会受多种因素影响不能保证效率和质量,特别是超高压线路巡检工作难度比较大,传统巡检过程中效果比较差,所以在现代化发展中需要创造新的巡检模式来满足需求,由此可知机载激光雷达技术由此发展被广泛应用[6]。
5 结语
激光发展到现在正往更快、更高强度、更细方向发展。且激光的发射装置激光器的体积也在不断缩小,光束质量不断提高,激光与其他学科的融合也逐步增多,这使得激光检测技术向着更小型化,便携化,高能量,高准确度,在线化发展。这也符合电力系统检测的在线化、精细化要求,是未来激光技术在电力建设上的发展方向。
参考文献:
[1]薛亮,黄茜.激光技术在电力工程中的应用[J].上海电力学院学报,2014,30(4):383-387.
[2]BLACKWELL T. Recent demonstrations of laser power beaming at DFRC and MSFC[C]//Third International Symposium on Beamed Energy Propulsion.American Institute of Physics,2005:73-85
[3]吴剑敏.激光成像技术在电力系统中的应用[J].上海电力,2008,2:192-195
[4]张文毓.激光焊接技术的研究现状与应用[J].新技术新工艺,2009,1:48-51
[5]何云峰,都东,陈强等.压电陶瓷变压器的激光钎焊[J].清华大学学报(自然科学版),2002,42(4):494-497
[6]刘雷.探究机载激光雷达技术及其在电力工程中的应用[J].电力与科技,2019,24:107