本發(fā)明涉及電力設備發(fā)熱缺陷模擬裝置領域，具體涉及一種遠程激光加熱系統(tǒng)與控制方法。

背景技術(shù)：

1、高壓電氣設備在運行中最常見的缺陷為發(fā)熱缺陷，(電流致熱和電壓致熱)約占各種故障的93％，準確的發(fā)現(xiàn)發(fā)熱缺陷和判斷缺陷嚴重程度對于確定發(fā)熱設備檢修策略，保障設備電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行具有重要意義。根據(jù)《q/gdw13372.13國家電網(wǎng)公司技能人員崗位能力培訓規(guī)范》，紅外測溫技術(shù)作為生產(chǎn)現(xiàn)場檢測和診斷電力設備發(fā)熱故障的安全、高效和成熟的手段，成為運檢技術(shù)人員“應知應會”的專業(yè)技能。

2、為開展紅外熱成像技術(shù)培訓，需要在培訓用不帶電的高壓電氣設備上設置發(fā)熱源，如纏繞電熱絲或明火類缺陷設置。上海駒電科技等多家企業(yè)相繼推出了基于致熱源的電力設備發(fā)熱缺陷模擬裝置。該裝置在設備上部署可獨立溫控的致熱源來實現(xiàn)發(fā)熱缺陷模擬。

3、致熱源通常為電阻發(fā)熱元件，易于控制和調(diào)節(jié)，且不污染環(huán)境，得到了廣泛的應用。溫控發(fā)熱薄膜為電力設備發(fā)熱缺陷模擬提供了新的解決思路。發(fā)熱薄膜是一種通電后能發(fā)熱的半透明聚酯薄膜，由可導電的特制油墨、金屬載流條經(jīng)加工、熱壓在絕緣聚酯薄膜間制成。電熱膜系統(tǒng)由電源、溫控器、連接件、絕緣層、電熱膜及飾面層構(gòu)成，工作時以電熱膜為發(fā)熱體，將熱量以輻射的形式送入空間。

4、目前的設備發(fā)熱缺陷模擬方法主要包括基于致熱源的電力設備發(fā)熱缺陷模擬裝置和溫控發(fā)熱薄膜技術(shù)。對于前者，致熱源的部署需要定制化的適配各類電力設備，改造工作量大，而且經(jīng)過腔體改造的設備難以承擔其他類型的培訓任務，造成設備資源的浪費。對于后者，發(fā)熱膜由于特殊的物質(zhì)形態(tài)，培訓現(xiàn)場易于識別部署位置，難以解決培訓內(nèi)容的隨機性和考核內(nèi)容的隱蔽性問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明擬采用肉眼不可見的紅外激光技術(shù)實現(xiàn)電力設備發(fā)熱缺陷的模擬，通過在隱蔽位置布置激光器對培訓用電力設備易發(fā)熱部位進行遠程加熱。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案。

3、本發(fā)明第一方面提供一種遠程激光加熱系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：三維運動平臺、激光器、紅外線熱成像儀和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)；

4、所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)安裝在三維運動平臺上，包括旋轉(zhuǎn)機構(gòu)底座和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)旋轉(zhuǎn)軸，所述激光器和紅外線熱成像儀分別安裝在旋轉(zhuǎn)機構(gòu)底座的正反兩面，其中激光器包括一定數(shù)量的指示激光器和一個加熱激光器，指示激光器鏡頭均勻分布在加熱激光器鏡頭周圍，加熱激光器射出的激光中軸線與紅外線熱成像儀的進光光路中軸線重合；

5、所述三維運動平臺用于調(diào)整激光器的輸出方向，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)用于切換激光器與紅外線熱成像儀的位置，其中加熱激光器用于對目標設備部位進行加熱，指示激光器用于對目標設備部位進行測距和指示輪廓，紅外線熱成像儀用于對加熱部位進行測溫；

6、激光器和紅外線熱成像儀可通過旋轉(zhuǎn)機構(gòu)進行180°翻轉(zhuǎn)后交換位置，翻轉(zhuǎn)前后保持激光中軸線和進光光路中軸線重合，用于對目標設備部位交替加熱和測溫。

7、可選地，所述三維運動平臺包括偏航軸轉(zhuǎn)臺、俯仰軸轉(zhuǎn)臺和固定底座，其中偏航軸轉(zhuǎn)臺安裝在固定底座上，能夠在固定底座上360°轉(zhuǎn)動；俯仰軸轉(zhuǎn)臺安裝在偏航軸轉(zhuǎn)臺上，并能夠按照規(guī)定的角度轉(zhuǎn)動。

8、可選地，所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)機構(gòu)底座和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)安裝在俯仰軸轉(zhuǎn)臺上，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)底座可通過旋轉(zhuǎn)機構(gòu)旋轉(zhuǎn)軸進行180°的旋轉(zhuǎn)。

9、可選地，所述激光器包括加熱激光器和指示激光器，在加熱激光器鏡頭周圍安裝有一定數(shù)量的指示激光器，指示激光器均勻分布在加熱激光器鏡頭周圍，指示激光器射出的可見激光與加熱激光器射出的大功率不可見激光平行；加熱激光器用于輸出紅外波段的加熱激光對目標設備部位進行加熱，指示激光器用于輸出可見激光指示加熱激光的外輪廓，并測量被加熱部位到激光器的直線距離。

10、可選地，所述加熱激光器設置有擴束鏡，用于將加熱激光直徑擴束至10mm～20mm。

11、可選地，所述擴束鏡設置有散熱系統(tǒng)，用于擴束鏡光學系統(tǒng)的溫度控制；

12、該散熱系統(tǒng)采用水冷降溫、風冷干燥的方式。

13、本發(fā)明第二方面提供一種遠程激光加熱控制方法，應用于上述遠程激光加熱系統(tǒng)，該方法包括如下步驟：

14、步驟一：將遠程激光加熱系統(tǒng)固定；

15、步驟二：建立激光加熱數(shù)據(jù)庫，記錄待加熱設備部位的位置和對應的加熱需求，加熱需求包括加熱前環(huán)境溫度和加熱目標溫度；

16、步驟三：開啟指示激光器，手動調(diào)整三維運動平臺姿態(tài)，使指示激光輸出至待加熱設備部位，在激光加熱數(shù)據(jù)庫記錄三維運動平臺的姿態(tài)調(diào)整參數(shù)，實現(xiàn)待加熱設備部位位置與姿態(tài)調(diào)整參數(shù)的一一對應；

17、步驟四：開啟加熱激光器，加熱目標設備部位設定時長后，控制旋轉(zhuǎn)機構(gòu)底座旋轉(zhuǎn)180°，通過紅外線熱成像儀測量加熱部位的溫度，若測得溫度未達到加熱目標溫度，再控制旋轉(zhuǎn)機構(gòu)底座逆向旋轉(zhuǎn)180°，使激光器再次對目標設備部位加熱相同設定時長，如此循環(huán)直至測得加熱部位的溫度達到加熱目標溫度，記錄激光加熱時間與目標設備部位的溫升數(shù)據(jù)；

18、步驟五：分析不同待加熱設備部位的位置和對應的加熱過程參數(shù)，加熱過程參數(shù)包括激光加熱時間和目標設備部位的溫升數(shù)據(jù)，并建立激光加熱時間數(shù)據(jù)庫記錄不同待加熱設備部位的位置和對應的加熱過程參數(shù)；

19、步驟六：重復步驟二至步驟五，記錄所有待加熱設備部位的位置與對應的姿態(tài)調(diào)整參數(shù)、加熱需求和加熱過程參數(shù)；

20、步驟七：在設備發(fā)熱缺陷模擬期間，調(diào)用激光加熱數(shù)據(jù)庫和激光加熱時間數(shù)據(jù)庫，進行遠程激光加熱控制。

21、可選地，所述步驟四中，在加熱過程，紅外線熱成像儀始終保持開機測量狀態(tài)，但僅在其對準被加熱設備部位時讀取溫度。

22、可選地，所述步驟四中，周期性地旋轉(zhuǎn)切換激光器和紅外線熱成像儀，對目標設備部位進行交替加熱和測溫。

23、可選地，所述方法還包括利用圖像采集設備采集指示激光打在目標設備的圖像，為激光定位提供參考。

24、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果包括：

25、通過設置旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)加熱激光與紅外線熱成像儀的測量光路同軸，解決了不同距離條件下，加熱激光無法與紅外線熱成像儀同軸的難題。

26、通過采用間隔加熱的方式，獲取不同起始溫度條件下，設定時間內(nèi)激光加熱造成的溫升。

27、通過圖像識別實現(xiàn)指示激光的圖像采集，為精準激光定位提供了參考。

28、采用激光擴束鏡將輸出激光的單位面積能量進行降低的同時，實現(xiàn)了加熱面積的增加，與傳統(tǒng)激光追求高能小擴束半徑采用完全不同的技術(shù)手段。

29、通過設定時間的間隔加熱的方式，可以降低高功率加熱激光對擴束鏡的熱效應，保障擴束鏡的性能的同時提高擴束鏡的使用壽命。

30、擴束鏡散熱系統(tǒng)采用水冷降溫，風冷干燥的方式實現(xiàn)。即利用水冷實現(xiàn)短時間高效降溫，同時利用風冷干燥的方式將光學鏡片上殘留的水進行處理，避免水對紅外激光吸收引起的升溫現(xiàn)象。