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(guī)格，均壓球最大直徑達(dá)到3.8m。極線側(cè)耐受操作沖擊電壓的放電曲線已達(dá)到飽和區(qū)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(shè)計(jì)復(fù)雜，存在異形金具現(xiàn)場開孔、實(shí)時(shí)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(biāo)嚴(yán)格，施工過程中嚴(yán)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(shè)備的安裝單位與中國科學(xué)院長春光機(jī)所建立合作，使用三維測量技術(shù)檢測大型金具的質(zhì)量，是目前最為先進(jìn)的技術(shù)的數(shù)據(jù)采集方法。

2 三維測量技術(shù)在工程上的測量應(yīng)用

該技術(shù)可用于出廠前、安裝前及安裝后檢測工件產(chǎn)生的形變，能得到形變偏差、合格比率及局部缺陷大小，實(shí)現(xiàn)金具的誤差量化。

2.1 三維掃描技術(shù)的特點(diǎn) 三維掃描技術(shù)和二維掃描技術(shù)相比，它能生成立體數(shù)據(jù)模型，可以在任何復(fù)雜環(huán)境中進(jìn)行掃描操作，并具有非接觸、精度高、掃描速度快、獲取數(shù)據(jù)量大等優(yōu)點(diǎn)，能通過計(jì)算機(jī)采集到目標(biāo)物體的高精度三維數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)三維可視化。

2.2 三維掃描技術(shù)的金具掃描原理 三維激光掃描儀采用光學(xué)非接觸式激光三維掃描技術(shù)，工作時(shí)采用多條線束激光來獲取物體表面的三維點(diǎn)云，三維掃描儀是利用雙目視覺原理來獲得空間三維點(diǎn)云的儀器，實(shí)際工作中借助于貼在被檢測金具表面的反光標(biāo)記點(diǎn)來定位，通過激光發(fā)射器發(fā)射激光，照射在被掃描金具表面，由兩個經(jīng)過廠家校準(zhǔn)的相機(jī)來捕捉反射回來的光，利用距離與角度經(jīng)計(jì)算得到金具的外形數(shù)據(jù)，也叫三維坐標(biāo)(X、Y、Z)，掃描數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)呈現(xiàn)，點(diǎn)云無分層，自動生成三維實(shí)體圖形，真正實(shí)現(xiàn)“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(guān)參數(shù)表

2.3 三維掃描技術(shù)在金具掃描中的應(yīng)用方法 掃描儀的兩個相機(jī)之間存在一定的角度，兩個相機(jī)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(nèi)存在四個以上定位標(biāo)記點(diǎn)，同時(shí)滿足被掃描金具表面在相機(jī)的公共焦距范圍內(nèi)。掃描儀的公共焦距稱之為基準(zhǔn)距，公共焦距范圍稱之為景深。該設(shè)備基準(zhǔn)距為300mm，景深250mm，分部為-100～+150mm，所以掃描大型金具時(shí)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(biāo)。

2.4 金具三維掃描數(shù)據(jù)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(diǎn)的三維坐標(biāo)、反射率和紋理等信息獲取其三維數(shù)據(jù)模型，通過對獲取的三維數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)模型對比分析，可以準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)金具的形狀偏差和破損部位，并形成分析報(bào)告?，F(xiàn)場人員根據(jù)報(bào)告可以快速準(zhǔn)確地獲取金具各個位置的偏差，基于比對結(jié)果給出修正方案。

2.4.1 將帶三維掃描軟件的電腦設(shè)備打開進(jìn)入掃描系統(tǒng)，使用定位板進(jìn)行掃描儀校準(zhǔn)；

2.4.2 首先在工件表面無規(guī)則地均勻粘貼標(biāo)記點(diǎn)，可以在掃描卡頓或者多次掃描不能成像時(shí)視情況臨時(shí)增加標(biāo)記點(diǎn)再進(jìn)行掃描；

2.4.3 用手持式三維掃描儀掃描在貼好表標(biāo)記點(diǎn)的金具上進(jìn)行掃描操作，如圖1，在電腦上形成完整的三維點(diǎn)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(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換格式，形成一個三維模型；

2.4.5 測量關(guān)鍵尺寸與數(shù)模對比，獲取檢測比對色譜圖，從而確定問題的準(zhǔn)確位置和嚴(yán)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(jìn)行掃描，將掃描得到的網(wǎng)格文件與廠家提供的標(biāo)準(zhǔn)的三維模型進(jìn)行對比，得到檢測結(jié)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(jìn)行掃描，再利用軟件提供的標(biāo)志點(diǎn)拼接方法得到“蘑菇云”的全局網(wǎng)格文件，最后與廠家提供的標(biāo)準(zhǔn)的三維模型進(jìn)行對比，得到檢測結(jié)果。

圖2 特殊金具“蘑菇云”測量

4 金具的掃描執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

4.1 金具表面毛刺檢測標(biāo)準(zhǔn)：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(biāo)準(zhǔn)：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(biāo)準(zhǔn)：面型偏差不得超過5mm。

結(jié)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(jié)約，進(jìn)一步掌握了大型金具的安裝經(jīng)驗(yàn)，提高了金具安裝質(zhì)量，減少了金具在運(yùn)行中的安全隱患，為設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障，三維測量技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用為高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求的世界超級工程建設(shè)再添新助力，也為今后同樣設(shè)備的安裝提供了借鑒。