张 彬 尹 群 唐快成 徐 鹏 徐志波 王 军

湖南省送变电工程有限公司 湖南 长沙 410015

1 工程概述

±1100kV昌吉换流站直流场共有金具1000余套，近200种规格，均压球最大直径达到3.8m。极线侧耐受操作冲击电压的放电曲线已达到饱和区域，电场均匀性和空气间隙对电极形状极为敏感，极线金具设计复杂，存在异形金具现场开孔、实时焊接等施工，焊接施工难度大，开孔定位精度要求高，表面光洁度指标严格，施工过程中严防“挂、碰、损、缺”，做好防碰撞、防跌落、防损坏、防遗漏措施。为做好金具安装，湖南省送变电工程有限公司作为直流场设备的安装单位与中国科学院长春光机所建立合作，使用三维测量技术检测大型金具的质量，是目前最为先进的技术的数据采集方法。

2 三维测量技术在工程上的测量应用

该技术可用于出厂前、安装前及安装后检测工件产生的形变，能得到形变偏差、合格比率及局部缺陷大小，实现金具的误差量化。

2.1 三维扫描技术的特点 三维扫描技术和二维扫描技术相比，它能生成立体数据模型，可以在任何复杂环境中进行扫描操作，并具有非接触、精度高、扫描速度快、获取数据量大等优点，能通过计算机采集到目标物体的高精度三维数据，实现三维可视化。

2.2 三维扫描技术的金具扫描原理 三维激光扫描仪采用光学非接触式激光三维扫描技术，工作时采用多条线束激光来获取物体表面的三维点云，三维扫描仪是利用双目视觉原理来获得空间三维点云的仪器，实际工作中借助于贴在被检测金具表面的反光标记点来定位，通过激光发射器发射激光，照射在被扫描金具表面，由两个经过厂家校准的相机来捕捉反射回来的光，利用距离与角度经计算得到金具的外形数据，也叫三维坐标(X、Y、Z)，扫描数据实时呈现，点云无分层，自动生成三维实体图形，真正实现“所见即所得”，它的测量功能包括尺寸精度、定位精度、几何精度及轮廓精度等。

表1 三维扫描仪相关参数表

2.3 三维扫描技术在金具扫描中的应用方法 扫描仪的两个相机之间存在一定的角度，两个相机的视野相交形成一个公共视野，在扫描过程中要保证公共视野内存在四个以上定位标记点，同时满足被扫描金具表面在相机的公共焦距范围内。扫描仪的公共焦距称之为基准距，公共焦距范围称之为景深。该设备基准距为300mm，景深250mm，分部为-100～+150mm，所以扫描大型金具时与被扫描金具表面距离在200～450mm之间，距离因素在软件中显示为颜色浮标。

2.4 金具三维扫描数据的取得与处理 金具在出厂前、安装前、安装后通过扫描仪扫描所安装的金具记录金具表面大量密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息获取其三维数据模型，通过对获取的三维数据模型与数据库设计模型对比分析，可以准确地发现金具的形状偏差和破损部位，并形成分析报告。现场人员根据报告可以快速准确地获取金具各个位置的偏差，基于比对结果给出修正方案。

2.4.1 将带三维扫描软件的电脑设备打开进入扫描系统，使用定位板进行扫描仪校准；

2.4.2 首先在工件表面无规则地均匀粘贴标记点，可以在扫描卡顿或者多次扫描不能成像时视情况临时增加标记点再进行扫描；

2.4.3 用手持式三维扫描仪扫描在贴好表标记点的金具上进行扫描操作，如图1，在电脑上形成完整的三维点阵模型，初步扫描完后需要检查是否扫描完整；

图1 三维扫描的过程

2.4.4 软件处理数据，转换格式，形成一个三维模型；

2.4.5 测量关键尺寸与数模对比，获取检测比对色谱图，从而确定问题的准确位置和严重程度。

3 特殊金具的测量方法

3.1 均压球的检测 对均压球的上半部、下半部及连接处进行扫描，将扫描得到的网格文件与厂家提供的标准的三维模型进行对比，得到检测结果。

3.2 “蘑菇云”的检测 由于“蘑菇云”的体积较大、高度较高，为了便于检测，可以分别对其的上半部和下半部及连接处进行扫描，再利用软件提供的标志点拼接方法得到“蘑菇云”的全局网格文件，最后与厂家提供的标准的三维模型进行对比，得到检测结果。

图2 特殊金具“蘑菇云”测量

4 金具的扫描执行标准

4.1 金具表面毛刺检测标准：毛刺、划痕、凸起不得超过1mm；

图3 金具表面的毛刺测量

4.2 拼接部分检测标准：拼接缝错位不得超过1mm，缝隙宽度不得超过2mm，螺钉采用沉孔固定在表面以下，无凸起；

图4 金具表面的拼接缝测量

4.3 表面凹陷精度检测标准：面型偏差不得超过5mm。

结束语

通过对±1100kV昌吉换流站大型金具三维测量，做到了安全、高效、节约，进一步掌握了大型金具的安装经验，提高了金具安装质量，减少了金具在运行中的安全隐患，为设备的稳定运行提供了保障，三维测量技术的实际应用为高标准、严要求的世界超级工程建设再添新助力，也为今后同样设备的安装提供了借鉴。