±1100kV昌吉換流站大型金具三維測量技術

張 彬 尹 群 唐快成 徐 鵬 徐志波 王 軍

湖南省送變電工程有限公司 湖南 長沙 410015

1 工程概述

±1100kV昌吉換流站直流場共有金具1000余套，近200種規格，均壓球最大直徑達到3.8m。極線側耐受操作沖擊電壓的放電曲線已達到飽和區域，電場均勻性和空氣間隙對電極形狀極為敏感，極線金具設計復雜，存在異形金具現場開孔、實時焊接等施工，焊接施工難度大，開孔定位精度要求高，表面光潔度指標嚴格，施工過程中嚴防“掛、碰、損、缺”，做好防碰撞、防跌落、防損壞、防遺漏措施。為做好金具安裝，湖南省送變電工程有限公司作為直流場設備的安裝單位與中國科學院長春光機所建立合作，使用三維測量技術檢測大型金具的質量，是目前最為先進的技術的數據采集方法。

2 三維測量技術在工程上的測量應用

該技術可用于出廠前、安裝前及安裝后檢測工件產生的形變，能得到形變偏差、合格比率及局部缺陷大小，實現金具的誤差量化。

2.1 三維掃描技術的特點 三維掃描技術和二維掃描技術相比，它能生成立體數據模型，可以在任何復雜環境中進行掃描操作，并具有非接觸、精度高、掃描速度快、獲取數據量大等優點，能通過計算機采集到目標物體的高精度三維數據，實現三維可視化。

2.2 三維掃描技術的金具掃描原理 三維激光掃描儀采用光學非接觸式激光三維掃描技術，工作時采用多條線束激光來獲取物體表面的三維點云，三維掃描儀是利用雙目視覺原理來獲得空間三維點云的儀器，實際工作中借助于貼在被檢測金具表面的反光標記點來定位，通過激光發射器發射激光，照射在被掃描金具表面，由兩個經過廠家校準的相機來捕捉反射回來的光，利用距離與角度經計算得到金具的外形數據，也叫三維坐標(X、Y、Z)，掃描數據實時呈現，點云無分層，自動生成三維實體圖形，真正實現“所見即所得”，它的測量功能包括尺寸精度、定位精度、幾何精度及輪廓精度等。

表1 三維掃描儀相關參數表

2.3 三維掃描技術在金具掃描中的應用方法 掃描儀的兩個相機之間存在一定的角度，兩個相機的視野相交形成一個公共視野，在掃描過程中要保證公共視野內存在四個以上定位標記點，同時滿足被掃描金具表面在相機的公共焦距范圍內。掃描儀的公共焦距稱之為基準距，公共焦距范圍稱之為景深。該設備基準距為300mm，景深250mm，分部為-100～+150mm，所以掃描大型金具時與被掃描金具表面距離在200～450mm之間，距離因素在軟件中顯示為顏色浮標。

2.4 金具三維掃描數據的取得與處理 金具在出廠前、安裝前、安裝后通過掃描儀掃描所安裝的金具記錄金具表面大量密集的點的三維坐標、反射率和紋理等信息獲取其三維數據模型，通過對獲取的三維數據模型與數據庫設計模型對比分析，可以準確地發現金具的形狀偏差和破損部位，并形成分析報告。現場人員根據報告可以快速準確地獲取金具各個位置的偏差，基于比對結果給出修正方案。

2.4.1 將帶三維掃描軟件的電腦設備打開進入掃描系統，使用定位板進行掃描儀校準；

2.4.2 首先在工件表面無規則地均勻粘貼標記點，可以在掃描卡頓或者多次掃描不能成像時視情況臨時增加標記點再進行掃描；

2.4.3 用手持式三維掃描儀掃描在貼好表標記點的金具上進行掃描操作，如圖1，在電腦上形成完整的三維點陣模型，初步掃描完后需要檢查是否掃描完整；

圖1 三維掃描的過程

2.4.4 軟件處理數據，轉換格式，形成一個三維模型；

2.4.5 測量關鍵尺寸與數模對比，獲取檢測比對色譜圖，從而確定問題的準確位置和嚴重程度。

3 特殊金具的測量方法

3.1 均壓球的檢測 對均壓球的上半部、下半部及連接處進行掃描，將掃描得到的網格文件與廠家提供的標準的三維模型進行對比，得到檢測結果。

3.2 “蘑菇云”的檢測 由于“蘑菇云”的體積較大、高度較高，為了便于檢測，可以分別對其的上半部和下半部及連接處進行掃描，再利用軟件提供的標志點拼接方法得到“蘑菇云”的全局網格文件，最后與廠家提供的標準的三維模型進行對比，得到檢測結果。

圖2 特殊金具“蘑菇云”測量

4 金具的掃描執行標準

4.1 金具表面毛刺檢測標準：毛刺、劃痕、凸起不得超過1mm；

圖3 金具表面的毛刺測量

4.2 拼接部分檢測標準：拼接縫錯位不得超過1mm，縫隙寬度不得超過2mm，螺釘采用沉孔固定在表面以下，無凸起；

圖4 金具表面的拼接縫測量

4.3 表面凹陷精度檢測標準：面型偏差不得超過5mm。

結束語

通過對±1100kV昌吉換流站大型金具三維測量，做到了安全、高效、節約，進一步掌握了大型金具的安裝經驗，提高了金具安裝質量，減少了金具在運行中的安全隱患，為設備的穩定運行提供了保障，三維測量技術的實際應用為高標準、嚴要求的世界超級工程建設再添新助力，也為今后同樣設備的安裝提供了借鑒。