王帥，李忠濤，張輝，賀平，王成

（1. 貴州電網(wǎng)公司銅仁供電局，貴州 銅仁 554300；2. 貴州電網(wǎng)公司安順供電局，貴州 銅仁 561000）

0 前言

自20 世紀(jì)40 年代以來(lái)，因覆冰引發(fā)的事故一直是國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)所遭受的嚴(yán)重自然災(zāi)害之一[1]。變電設(shè)備覆冰是指在氣象、地形、風(fēng)速以及溫濕度等多因素影響下，空氣中過冷水滴被設(shè)備表面捕獲并凍結(jié)的物理過程。變電設(shè)備覆冰可能導(dǎo)致絕緣閃絡(luò)，進(jìn)而引起設(shè)備損壞。變電站內(nèi)開關(guān)設(shè)備因?yàn)閮鼋Y(jié)可能無(wú)法正常操作，延誤電網(wǎng)的恢復(fù)和重建速度。如果采用電動(dòng)強(qiáng)行合閘或分閘，容易對(duì)機(jī)構(gòu)和設(shè)備造成損害。此外，變電設(shè)備覆冰也可能延誤線路交流短路電流融冰的倒閘操作任務(wù)，錯(cuò)失融冰最佳時(shí)機(jī)[2]。

近年來(lái)，高功率激光器技術(shù)取得了迅猛發(fā)展。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，半導(dǎo)體激光器線陣和迭陣輸出功率已經(jīng)達(dá)到上千瓦，而光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)60%～70%。光纖激光器最大功率也達(dá)到千瓦級(jí)。目前這些研究進(jìn)展已經(jīng)引發(fā)將激光技術(shù)用于輸電線路清障的研究和應(yīng)用[3]。激光具有單色性好、能量高、方向性好、遠(yuǎn)距離傳輸效率高等特性。使用激光技術(shù)對(duì)輸電線路和變電設(shè)備進(jìn)行除冰時(shí)，無(wú)需在電網(wǎng)內(nèi)部增加額外設(shè)備。此外，激光本身不導(dǎo)電，因此可以在不斷電的情況下有效去除冰層。這為激光除冰技術(shù)提供了巨大的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用潛力。

本文首先介紹自然冰的結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性，在淺析激光與冰的熱力作用的基礎(chǔ)上，闡述激光除冰的原理。然后，總結(jié)了現(xiàn)有的激光除冰研究成果。最后，根據(jù)激光技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)未來(lái)激光除冰技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行展望。

1 冰的結(jié)構(gòu)及其對(duì)激光的吸收特性

1.1 冰的晶體結(jié)構(gòu)

冰是地球上最常見的分子晶體，在一定的壓強(qiáng)和溫度下，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，可以制備超過20 種不同的晶相和非晶結(jié)構(gòu)的冰[4]。存在于在低壓條件下的三種分別是普通的六角冰Ih（hexagonal ice）、 亞穩(wěn)態(tài)立方冰Ic（cubic form ice）和無(wú)定形或玻璃冰。其中，無(wú)定形冰并非晶體構(gòu)造，其產(chǎn)生的環(huán)境要求極端寒冷的真空和高輻射條件，幾乎不會(huì)在地球上自然存在。冰Ic 與冰Ih 有幾乎相同的密度和晶格常數(shù)，冰Ic 只在溫度約為235K 時(shí)由純水滴均勻結(jié)晶形成，又或者在77K 時(shí)由高密度冰減壓相變得到。冰Ih 是地球上觀測(cè)到的唯一廣泛存在的自然冰。

冰Ih 屬于六方晶系，是一種非常典型的氫鍵型晶體。在冰Ih 中，每個(gè)氧原子周圍都有四個(gè)與之最相鄰且等距的氧原子，這四個(gè)氧原子相互連線呈正四面體結(jié)構(gòu)[5]，如圖1 所示。在兩兩最相鄰的氧原子之間的連線上，可以放置兩個(gè)氫原子。氫原子能夠與其中一個(gè)氧原子結(jié)合形成氫氧共價(jià)鍵O-H，同時(shí)與另一個(gè)氧原子形成氫鍵。氫原子在兩個(gè)位置上放置的隨機(jī)性體現(xiàn)出了冰Ih 的無(wú)序特性。冰Ih 的晶格結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)為一個(gè)帶頂錐的三棱柱體，具有非常輕微的雙折射效應(yīng)，因此冰Ih 的折射率隨晶體的取向和光的偏振方向而略有變化。對(duì)于質(zhì)地均勻的冰塊，雙折射的作用通常很輕微，可以忽略。

圖1 冰Ih的正四面體結(jié)構(gòu)[6]

1.2 冰對(duì)激光的吸收特性

激光的本質(zhì)是一種具有高度一致的光子光學(xué)特性、能量密度高度集中的光源。根據(jù)冰的光學(xué)特性，當(dāng)激光輻照到冰塊表面時(shí)，僅有部分激光能量被表面吸收，而其余能量會(huì)透過冰層并繼續(xù)傳播。激光能量隨著入射深度的增加而逐漸減小。當(dāng)冰層厚度足夠大時(shí)，激光能量可以被視為完全吸收。根據(jù)朗伯比爾(Bouguer-Lambert) 定律，激光強(qiáng)度隨著傳播距離的增加成指數(shù)衰減：

式中，I為激光強(qiáng)度(W/m2)，z是激光的入射深度(m)，α為冰對(duì)光的線性吸收系數(shù)，其計(jì)算公式如下：

式中，nim是復(fù)折射率的虛部，λ是入射光波長(zhǎng)。

在進(jìn)行物質(zhì)對(duì)光的吸收、反射、散射的理論計(jì)算中，需要測(cè)量物質(zhì)對(duì)波長(zhǎng)的復(fù)折射率。復(fù)折射率的實(shí)部代表吸收性介質(zhì)的折射率，虛部則代表光波傳播過程中的衰減速度。上世紀(jì)80 年代，Warren[7]通過對(duì)多篇文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的整理和計(jì)算，得到了在零下7℃時(shí)冰Ih 對(duì)波長(zhǎng)在紫外線和遠(yuǎn)紅外線范圍內(nèi)的光波復(fù)折射率的實(shí)部和虛部的數(shù)值。早在21 世紀(jì)初，劉健等[8]在分析云的熱力學(xué)相態(tài)時(shí)，利用聯(lián)機(jī)公共目錄檢索系統(tǒng)(Online Public Access Catalogues， 簡(jiǎn)稱OPAC)數(shù)據(jù)分析了水和冰的折射指數(shù)虛部在0.25～2 μm 波段內(nèi)隨波長(zhǎng)的變化。他們指出當(dāng)波長(zhǎng)小于1.0 μm 時(shí)，水和冰對(duì)輻射幾乎沒有吸收，但在波長(zhǎng)接近1.6 μm 時(shí)，它們的吸收輻射能力明顯加強(qiáng)，且存在顯著差異，冰的吸收輻射能力大于水，如圖2 所示。

圖2 水和冰在特定波段上的折射指數(shù)虛部隨波長(zhǎng)的變化[8]

2008 年，Warren 和Brandt[9]對(duì)其之前的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了修正，獲得了更精確的波長(zhǎng)范圍從160 nm 到1400 nm 的可見光和近可見光、波長(zhǎng)范圍從1.4 μm 到200 μm 的紅外光等波段的光以及波長(zhǎng)可達(dá)1000 mm 的微波照射冰塊時(shí)分別對(duì)應(yīng)的復(fù)折射率虛部，部分結(jié)果如圖3 所示。

圖3 不同激光波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的復(fù)折射率虛部[9]

從圖3 中可以看出，冰在不同波長(zhǎng)的激光照射下具有巨大差異的復(fù)折射率虛部值，從而導(dǎo)致吸收系數(shù)存在數(shù)量級(jí)從10-2至106的巨大變化。一般情況下，當(dāng)吸收系數(shù)較大時(shí)，冰層表面可以吸收相當(dāng)大部分的激光能量，此時(shí)激光可以視為面熱源；反之，當(dāng)吸收系數(shù)較小時(shí)，大部分激光能量會(huì)傳遞到物質(zhì)內(nèi)部，導(dǎo)致物質(zhì)的溫度整體上升，此時(shí)激光可以視為體熱源。以此為前提，華中科技大學(xué)的齊麗君[10]通過求解一定假設(shè)條件下的面熱源和體熱源的熱傳導(dǎo)方程，得到了面熱源和體熱源激光輻照冰塊后的溫度場(chǎng)分布。作者進(jìn)一步指出作用于物質(zhì)的激光熱源類型不僅取決于吸收系數(shù)的大小，還與冰塊的厚度有關(guān)，提出使用激光作用的物質(zhì)厚度與激光在物質(zhì)中光學(xué)穿透深度的比值來(lái)描述吸收特性對(duì)激光與物質(zhì)作用的影響，這有助于區(qū)分經(jīng)簡(jiǎn)化的一維和二維方程求解熱傳導(dǎo)問題的適用范圍。

2 激光與冰的相互作用的熱力模型

當(dāng)激光照射冰塊表面時(shí)，由于不同波長(zhǎng)的激光在冰的內(nèi)部穿透深度存在顯著差異，激光與冰的作用存在兩種不同方式。一是激光能量在冰塊表面被完全吸收，表面熔化的熱變形不受任何約束，此時(shí)一般不產(chǎn)生應(yīng)力。另一種情況是激光穿透冰層并被整體吸收。此時(shí)，冰塊內(nèi)部溫度場(chǎng)分布不均，不同部分的溫度差異使得它們的膨脹程度不一致，從而引起應(yīng)力的產(chǎn)生，此時(shí)激光與冰的作用是一個(gè)涉及熱力耦合的多物理場(chǎng)問題。下面對(duì)這兩種不同的熱力作用進(jìn)行概述。

2.1 激光對(duì)冰層的熱流密度和熱傳導(dǎo)方程

2.1.1 面熱源模型

當(dāng)激光模式為基橫模（TEM00）且光束質(zhì)量較高時(shí)，激光能量分布遵循高斯分布。高斯面熱源模型假設(shè)激光能量為正態(tài)分布，其中激光中心具有最高的能量，而距離中心越遠(yuǎn)的位置，能量逐漸越小。對(duì)于功率為P，光斑半徑為ω 的基模高斯光束，其功率密度分布可以表示為[11]：

該熱源模型的能量分布如圖4 所示。

圖4 高斯面熱源模型[12]

2.1.2 體熱源模型

在冰層各向同性的情況下，冰層吸收激光能量后的能量密度分布應(yīng)與激光輸入的能量密度分布保持一致。激光輻照冰塊的過程中，使光軸與冰塊表面垂直，以冰塊表面為XY 平面，光軸為Z 軸，光斑中心為原點(diǎn)建立一個(gè)直角坐標(biāo)系，并以該直角坐標(biāo)系中的原點(diǎn)作為原點(diǎn)，Z軸不變，建立一個(gè)柱坐標(biāo)系（O, r, θ, z），如圖5 所示。

圖5 體熱源模型[13]

入射面中心處的熱流密度q（0, 0, 0）可以表示為：

任意截面上中心處的熱流密度q(0, 0,z)可以表示為：

式中：R為冰塊表面對(duì)激光的反射率，P為激光功率（W）。

與光軸垂直、深度為z的冰塊截面任意位置的熱流密度可以表示為：

熱流密度在相應(yīng)的直角坐標(biāo)系中的表達(dá)式：

式中，q(0, 0,z) 是截面中心熱流密度（W/m2），r0是激光入射表面的光斑半徑（m），RZ是截面中心光斑半徑（m），β是光軸與光束邊緣夾角。

2.1.3 熱傳導(dǎo)方程

將吸收的激光能量作為輸入熱源，冰層中的溫度分布將隨時(shí)間不斷變化。假設(shè)冰層各向同性，冰層內(nèi)溫度場(chǎng)可以用Fourier 導(dǎo)熱定律來(lái)描述，即：

式中，ρ(T),c(T),λ(T) 分別是溫度T 下冰的密度、比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)。q(x,y,z,t)是單位體積熱源強(qiáng)度。

2.2 激光輻照冰層的熱應(yīng)力和應(yīng)力波

激光輻照冰塊過程中，由于冰塊內(nèi)部溫度分布不均會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生熱應(yīng)力，而未被輻射區(qū)域也會(huì)對(duì)輻射區(qū)域的變形產(chǎn)生約束作用，進(jìn)而產(chǎn)生應(yīng)力。溫度和熱應(yīng)力分布會(huì)引發(fā)初始裂紋的產(chǎn)生。當(dāng)熱應(yīng)力分布在裂紋尖端滿足擴(kuò)展失穩(wěn)的要求時(shí)，裂紋還會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展。在后續(xù)外力作用下，這些裂紋可以有效降低冰的破壞閾值。冰的耐壓的破壞閾值遠(yuǎn)大于耐拉的破壞閾值。在低應(yīng)變速率（ε<10-3S-1）下，冰晶內(nèi)部均勻產(chǎn)生微裂紋并經(jīng)歷重結(jié)晶過程，抗壓破壞受力曲線表現(xiàn)出明顯的塑性。而在較高應(yīng)變速率（ε>2.5×10-3S-1）下，冰塊表現(xiàn)出明顯的脆性特征。冰塊受力后，應(yīng)力集中會(huì)集中在某些區(qū)域，導(dǎo)致細(xì)小裂紋向四周迅速擴(kuò)展，最終導(dǎo)致冰塊整體崩碎，此時(shí)，冰塊破裂過程不存在明顯的塑性區(qū)域[14]。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)的王彥秋[13]利用有限元方法對(duì)激光輻照冰的過程開展了仿真研究。他通過對(duì)比激光輔助前后冰塊內(nèi)部的應(yīng)力分布狀態(tài)，研究了面載荷、局部載荷破冰過程中激光的輔助效果。結(jié)果顯示，在單獨(dú)面載荷作用下，冰塊內(nèi)最大拉應(yīng)力值為0.02 MPa，最大壓應(yīng)力值僅為0.11 MPa。在相同工況下，添加激光熱源后，冰塊內(nèi)部的最大拉應(yīng)力值增加到1.13 MPa，最大壓應(yīng)力值增加到1.11 MPa。當(dāng)在局部載荷下添加熱源后，第一主應(yīng)力和第三主應(yīng)力也都明顯增大。這表明在一定載荷范圍內(nèi)，激光的加入可以有效提高冰塊的應(yīng)力值，達(dá)到輔助載荷破冰的效果。王書鵬[15]開展了激光輔助靜壓載荷和沖擊載荷破冰的實(shí)驗(yàn)研究。研究發(fā)現(xiàn)在各自最佳的激光布點(diǎn)效果下，分別降低了約70%、50% 的破冰載荷。此外，針對(duì)激光破冰問題，他提出了一種預(yù)定軌跡布點(diǎn)誘導(dǎo)裂紋整體擴(kuò)展的布點(diǎn)方法，結(jié)果顯示，輔助破冰效果相同的情況下可以分別節(jié)省激光輸入能量約44%和33%。盡管上述研究是針對(duì)激光輔助荷載破冰開展的，但是關(guān)于激光輻射冰層過程中應(yīng)力分布規(guī)律及特征同樣適用于其他領(lǐng)域的激光除冰技術(shù)。

除此之外，激光輻射冰層時(shí)還會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力波。1961 年，美國(guó)學(xué)者J.EMichds 發(fā)現(xiàn)脈沖激光作用在材料表面時(shí)能產(chǎn)生高強(qiáng)度的沖擊波，也稱應(yīng)力波。高功率（≥109W/cm3）、短脈沖（納秒量級(jí)）激光照射材料時(shí)，材料表層迅速吸收能量發(fā)生爆炸性汽化，同時(shí)產(chǎn)生高溫、高壓的向外噴射的稠密等離子體，誘發(fā)產(chǎn)生高壓沖擊波。根據(jù)物質(zhì)相分界面上的邊界條件，激光直接輻照材料表面的等離子體對(duì)固相界面的壓強(qiáng)為[16]：

式中：p是固相界面沖擊波壓強(qiáng)（Pa），τ是激光脈沖寬度（s），I是激光強(qiáng)度（W/cm2）。

激光輻照冰時(shí)，產(chǎn)生的高溫、高壓等離子體同樣會(huì)形成一個(gè)極短暫的爆炸過程，這會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力波的產(chǎn)生。這種應(yīng)力波可以傳播到冰層內(nèi)部，導(dǎo)致冰塊內(nèi)部的應(yīng)力和應(yīng)變分布發(fā)生急劇變化。冰的結(jié)合力約為10 MPa。當(dāng)收到超過冰的彈性限度的沖擊力時(shí)，冰的內(nèi)部可能會(huì)產(chǎn)生孔隙，原本密實(shí)的冰會(huì)變得疏松，而當(dāng)冰融化成水時(shí)，體積的縮小又會(huì)在冰的內(nèi)部產(chǎn)生更多孔隙，進(jìn)一步增加冰的疏松性。這些內(nèi)部孔隙會(huì)導(dǎo)致結(jié)合力減弱。在沖擊波壓力作用下，冰層可能形成更多孔隙，更容易脫落。

3 變電設(shè)備激光除冰方法

對(duì)于變電站除冰，國(guó)內(nèi)目前主要采用的方式是停電后人工敲打等機(jī)械手段來(lái)除冰。這種方法容易造成設(shè)備損壞、工作效率低，覆冰嚴(yán)重時(shí)的除冰效果有限。此外，對(duì)于隔離開關(guān)等的動(dòng)觸頭部位的覆冰，使用木榔頭、木棍等工具難以有效清除。因此，為了確保變電設(shè)備在長(zhǎng)期雨雪冰凍天氣下的安全運(yùn)行，迫切需要研究高效可行的除冰技術(shù)。

美國(guó)、日本等國(guó)家早在上世紀(jì)就開展了激光除冰技術(shù)的研究。1973 年，Clark 等[17] 為了探究高功率激光應(yīng)用于輔助破冰船破冰的可行性，進(jìn)行了波長(zhǎng)為10.6 μm 的50 W 功率CO2激光器照射冰層的實(shí)驗(yàn)，由于功率太低未發(fā)現(xiàn)裂紋的產(chǎn)生。Lee[18]對(duì)冰與三種基材之間形成的硬幣形狀的裂紋擴(kuò)展的臨界壓力和表征冰與基材之間結(jié)合強(qiáng)度的表面能進(jìn)行了研究。Sakurai等[19]探索將CO2激光器用于冰雪鉆孔的應(yīng)用。他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)冰層的熔化速度隨著激光強(qiáng)度的增加和冰層密度的降低而增加，而雪的熔化速度隨著雪的密度的增加而降低。實(shí)驗(yàn)中激光照射固體冰的熔化速度幾乎比理論速度低65%。分析表明指出鉆孔中積累的融水帶來(lái)的側(cè)向熱損失，導(dǎo)致速度減慢。最后，研究提出了使用光纖來(lái)耦合激光器以減小融水效應(yīng)，從而減小激光能量的損耗。

在國(guó)內(nèi)，與激光除冰的相關(guān)研究起步較晚。2007 年，華中科技大學(xué)的朱衛(wèi)華[20]針對(duì)輸電線路的激光除冰開展相關(guān)研究。他在對(duì)激光除冰進(jìn)行理論分析前提下，選定除冰系統(tǒng)所用激光器類型和冰型，開展絕緣子的激光損傷實(shí)驗(yàn)，得到雙傘型絕緣子的損傷閾值為86.6 W/cm2。接著，在利用CO2激光器熱融除冰和CO2激光器熱融輔助重力脫落除冰的實(shí)驗(yàn)研究中，他發(fā)現(xiàn)同樣去除1 kg 的柱體冰塊，后者所需能量和時(shí)間都明顯小于前者。劉磊[21]開展了短脈沖固體激光器和長(zhǎng)脈沖固體激光器對(duì)覆于陶瓷片上的1 kg 冰塊的除冰效率的對(duì)比研究。研究發(fā)現(xiàn)二者所需能量大小接近，但長(zhǎng)脈沖固體激光器的除冰效率遠(yuǎn)大于短脈沖激光器。谷山強(qiáng)等[22]利用CO2激光器和Nd:YAG 固體激光器對(duì)絕緣子串進(jìn)行了除冰試驗(yàn)和安全性試驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn)，在CO2激光器照射下，冰層幾乎不存在應(yīng)力分布區(qū)，而在Nd:YAG 激光照射瓷絕緣子冰層11分鐘后，輕輕敲擊絕緣子串的覆冰部分，激光輻射區(qū)域的冰層呈現(xiàn)塊狀脫落，而未輻射區(qū)域的冰層則呈現(xiàn)顆粒狀脫落。這表明熱應(yīng)力的存在使得冰層內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加松動(dòng)。結(jié)合覆冰自重或其它機(jī)械除冰方式，都可以顯著提高激光除冰的效果。此外，絕緣子安全閾值與激光入射角度有關(guān)，激光入射角度越大，則絕緣子的安全閾值越高。復(fù)合絕緣子的安全閾值明顯低于瓷絕緣子的安全閾值。

清華大學(xué)的張貴新、陳勝等[23-25]為了克服現(xiàn)有的CO2激光除冰系統(tǒng)體積大、重量重、效率低等缺點(diǎn)，采用激光二極管串并聯(lián)和多路輸出方式提高輸出激光功率。他們成功研發(fā)了波長(zhǎng)為980 nm、最大輸出激光功率為300 W 的半導(dǎo)體激光除冰系統(tǒng)，并利用Ansys 有限元軟件研究了冰塊初始溫度、激光功率、光斑直徑等參數(shù)對(duì)于除冰效果的影響。仿真結(jié)果顯示，當(dāng)激光功率為50 W、光斑直徑為10 mm、冰塊厚度為2 cm、初始溫度在-5～0 ℃范圍內(nèi)變化時(shí)，融穿冰塊所需時(shí)間先是迅速減少，隨后減少速度逐漸減慢。當(dāng)光斑直徑固定為10 mm 時(shí)，隨著激光功率的增加，融穿2 cm 厚度冰塊所需時(shí)間不斷減少，但是，減少速度逐漸減慢，這表明隨著激光功率的進(jìn)一步增加，獲得的增益效果并不理想，反而會(huì)增加成本。當(dāng)改變光斑直徑時(shí)，融穿所需時(shí)間隨著激光光斑直徑的減小而減小，但是融穿所需時(shí)間的減小速率也逐漸減慢。分析原因，可能是激光光斑減小在增大功率密度的同時(shí)，激光與冰層的熱作用接觸面積在減小。因此，在利用激光技術(shù)除冰時(shí)，還需要選擇合適的功率和光斑直徑。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文首先介紹了冰的結(jié)構(gòu)和冰層對(duì)不同波長(zhǎng)激光的吸收特性，接著闡述了激光輻照冰層時(shí)二者之間的相互作用機(jī)理，最后，對(duì)變電設(shè)備激光除冰方法的相關(guān)研究進(jìn)行了綜述。結(jié)論如下：

1）根據(jù)冰層對(duì)不同波長(zhǎng)激光的吸收特性，以冰層厚度和激光的光學(xué)穿透距離之比為參考，可劃分為兩個(gè)作用模式：體熱源與面熱源。

2）激光清除覆冰的方法分為兩種：一種是利用大功率脈沖激光通過產(chǎn)生應(yīng)力波來(lái)震碎覆冰，另一種是利用激光的熱效應(yīng)將冰層加熱，使其熔化，并結(jié)合溫差產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力使冰層或冰柱脫落。

3）Nd:YAG 固體激光可在激光作用區(qū)域覆冰內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力，此時(shí)若結(jié)合機(jī)械敲打等除冰方式更易于去除覆冰。相對(duì)于CO2激光，Nd:YAG 固體激光更適合于絕緣子除冰。

4）激光融冰的速度會(huì)受到多種因素的影響，包括冰的密度、冰的初始溫度、激光功率及激光的光斑直徑等。在實(shí)際應(yīng)用中，需要合理選擇激光參數(shù)也獲得最佳的除冰效果。

在激光除冰過程中，激光長(zhǎng)時(shí)間、高強(qiáng)度地照射絕緣子等變電設(shè)備可能對(duì)其造成損害。而輸電線路和變電設(shè)備絕緣子種類眾多，因此未來(lái)對(duì)不同類型的絕緣子所能承受的激光功率密度與照射時(shí)間閾值進(jìn)行深入研究至關(guān)重要，以確保在實(shí)際除冰作業(yè)中將激光功率密度與照射時(shí)間控制在安全閾值之下。除此之外，考慮到變電設(shè)備除冰作業(yè)環(huán)境通常比較復(fù)雜，小型化、便攜化是未來(lái)激光除冰儀的發(fā)展趨勢(shì)。另一個(gè)潛在的趨勢(shì)是研制長(zhǎng)脈沖調(diào)制高重復(fù)頻率的激光器。使用長(zhǎng)脈沖激光可以使冰層變得疏松，從而使得冰塊更容易脫落，提供除冰效率。隨著激光技術(shù)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)，高透過率、高準(zhǔn)直性的透鏡與激光器的性能將持續(xù)改進(jìn)，成本也會(huì)不斷下降。這將推動(dòng)激光除冰技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和廣泛應(yīng)用，為電力設(shè)備和輸電線路的冰層除去提供更有效的解決方案。