CN110276092A - 一种户外gis设备温度位移实景测量与评估方法 - Google Patents

一种户外gis设备温度位移实景测量与评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种户外GIS设备温度位移实景测量与评估方法，包括如下步骤：户外GIS设备点云数据采集、户外GIS设备温度位移参数实际测量和户外GIS设备温度位移参数理论计算与对比，本发明提出利用三维激光雷达扫描技术实现户外GIS设备整体非接触式几何数据实景采集，结合点云数据测量工具获取GIS设备母线筒水平位移值，结合GIS筒体理论仿真位移值，实现GIS设备温度位移的评估与位移缺陷的定位，本发明为户外GIS设备位移实景测量与评估提供一种新的技术手段，对提升GIS设备运行状态的管控技术水平、保障电网和设备的安全稳定运行具有重要的工程价值。

Description

一种户外GIS设备温度位移实景测量与评估方法
技术领域
本发明涉及变电站GIS状态诊断技术领域，尤其涉及一种户外GIS设备温度位移实景测量与评估方法。
背景技术
厂站户外GIS设备的运行温度是变化的，随着温度的变化，GIS设备筒体势必会产生热胀冷缩，造成水平筒体轴线水平位移，波纹管作为相邻两个母线筒间的弹性连接部分，具有调节现场安装尺寸、补偿水平温度位移量等作用，但是在实际工程中，由于施工质量不高、波纹管与母线筒支撑腿不合理配置或产品设计问题，容易造成波纹管位移补偿作用性能下降或丧失，当波纹管无法补偿该位移时，应力会在设备母线筒法兰连接处、母线筒与开关设备连接处以及母线筒支腿处等结构薄弱处释放，存在引发设备漏气、支腿断裂、母线筒偏移等严重后果的风险，亟需开发户外GIS设备温度位移实景测量与评估技术。
近年来，空间三维空间感知技术的进步，特别是三维激光雷达感知技术的出现，更是加速了三维空间感知技术在各个行业的应用。三维激光雷达感知技术为主动式扫描系统，系统发射的激光束是准平行光，避免了常规光学照相测量中固有的光学变形误差，拓宽了纵深信息的立体采集，具有实时快速、高描述及高精度等特性。对实景及实体的空间形态及结构属性描述更加完整，采集的三维数据更加具有实效性和准确性，为实景三维信息的获取及三维几何尺寸的量测提供了全新的、可靠的、便捷的技术手段。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种户外GIS设备温度位移实景测量与评估方法，实现GIS设备温度位移的评估与位移缺陷的定位。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明提供了一种户外GIS设备温度位移实景测量与评估方法，包括如下步骤：
1)户外GIS设备点云数据采集：所述户外GIS设备点云数据采集：通过三维激光雷达感知技术对户外GIS设备进行多站点扫描，建立户外GIS设备的点云数据；
2)户外GIS设备温度位移参数实际测量：结合所述点云数据和PolyWorks软件，得出户外GIS设备参数的实测值；
3)户外GIS设备温度位移参数理论计算与对比：建立仿真模型，并结合有限元分析软件，得出户外GIS设备参数的理论值；将所述实测值和所述理论值进行对比分析；
若实测值大于等于理论值，则可以判断出该户外GIS设备处于安全可靠的运行状态；
若实测值小于理论值，则需要对比每段母线筒和波纹管长度的理论值和测量值，从而找出问题间隔。
进一步，步骤1)中，建立户外GIS设备的点云数据，然后在点云数据处理软件中，根据事先布置好的球状标靶进行后期拼接和消噪，并删除电流互感器、电压互感器和组合开关的部分，仅保留所述户外GIS设备的母线筒及波纹管的部分。
进一步，所述户外GIS设备参数包括母线筒总长度、每段母线筒长度和波纹管长度。
进一步，所述母线筒总长度：仅保留户外GIS设备母线筒两端法兰盘部分的点云数据，选取两侧法兰面的点云数据，通过拟合至平面功能分别获得对应的平面模型，记为平面1和平面2。选择PolyWorks软件中的测量功能，依次点选平面1和平面2会自动生成平面1与平面2之间的距离，即为母线筒总长度的所述实测值。
进一步，所述每段母线筒长度：仅保留户外GIS设备待测母线筒部分的点云数据，选取待测母线筒两侧法兰面的点云数据，通过拟合至平面功能分别获得对应的平面模型，记为平面1和平面2。选择PolyWorks软件中的测量功能，依次点选平面1和平面2会自动生成平面1与平面2之间的距离，即为此段待测母线筒长度的所述实测值。
进一步，所述波纹管长度：仅保留户外GIS设备待测波纹管部分的点云数据，选取两侧法兰面的点云数据，通过拟合至平面功能分别获得对应的平面模型，记为平面1和平面2。选择PolyWorks软件中的测量功能，依次点选平面1和平面2会自动生成平面1与平面2之间的距离，即为此段待测波纹管长度的所述实测值。
进一步，所述步骤3)中，得出户外GIS设备参数的理论值是指：基于户外GIS设备的设计图纸及现场施工情况建立仿真模型，然后在有限元分析软件还原所述户外GIS设备的实际工况，从而计算出实际工况下所述母线筒总长度、每段母线筒长度和波纹管长度的所述理论值。
本发明的有益效果为：本发明提出利用三维激光雷达扫描技术实现户外GIS设备整提非接触式几何数据实景采集，结合点云数据测量工具获取GIS设备母线筒水平位移值，结合GIS筒体理论仿真位移值，实现GIS设备温度位移的评估与位移缺陷的定位。本发明为户外GIS设备位移实景测量与评估提供一种新的技术手段，对提升GIS设备运行状态的管控技术水平、保障电网和设备的安全稳定运行具有重要的工程价值。
附图说明
图1为本发明的户外GIS设备母线筒长度测量示意图；
图2为波纹管长度测量示意图；
图3为波纹管长度理论值。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，户外GIS设备温度位移实景测量与评估主要有三个步骤，分别是户外GIS设备点云数据采集、户外GIS设备温度位移参数实际测量和户外GIS设备温度位移参数理论计算与对比。
步骤一：户外GIS设备点云数据采集。
通过三维激光雷达感知技术得到的目标对象三维点数据被称为点云数据，针对户外GIS设备这类大型目标进行扫描作业时，需要进行多站点扫描，然后在点云数据处理软件中根据事先布置好的球状标靶进行后期拼接和消噪，并删除电流互感器、电压互感器和组合开关等其他会影响测量精度的部分，仅保留户外GIS设备的母线筒及波纹管部分，便于步骤二中提取、创建以及测量所需的的各类位移参数。
步骤二：户外GIS设备温度位移参数实际测量。
PolyWorks软件包含点云处理、尺寸测量与分析、逆向工程等功能，支持点、线、面之间的长度、距离和角度测量，为实现户外GIS设备温度位移实景测量提供了平台。下面分别介绍三项户外GIS设备温度位移参数的具体测量方法。
1)母线筒总长度。仅保留户外GIS设备母线筒两端法兰盘部分的点云数据，选取两侧法兰面的点云数据，通过拟合至平面功能分别获得对应的平面模型，记为平面1和平面2。选择PolyWorks软件中的测量功能，依次点选平面1和平面2会自动生成平面1与平面2之间的距离，即为母线筒总长度。
2)每段母线筒长度。仅保留户外GIS设备待测母线筒部分的点云数据，选取待测母线筒两侧法兰面的点云数据，通过拟合至平面功能分别获得对应的平面模型，记为平面1和平面2。选择PolyWorks软件中的测量功能，依次点选平面1和平面2会自动生成平面1与平面2之间的距离，即为此段待测母线筒长度。
3)波纹管长度。仅保留户外GIS设备待测波纹管部分的点云数据，选取两侧法兰面的点云数据，通过拟合至平面功能分别获得对应的平面模型，记为平面1和平面2。选择PolyWorks软件中的测量功能，依次点选平面1和平面2会自动生成平面1与平面2之间的距离，即为此段待测波纹管长度。
步骤三：户外GIS设备温度位移参数理论计算与对比。
基于户外GIS设备的设计图纸及现场施工情况可以建立仿真模型，然后在有限元分析软件(比如abaqus)还原与步骤一相对应的实际工况，可以计算得到出实际工况下各段母线筒和波纹管的长度以及母线筒整体的总长度。
首先对比母线筒整体的总长度，若实测值大于等于理论值，则可以判断出该户外GIS设备处于安全可靠的运行状态，若实测值小于理论值，则需要对比每段母线筒和波纹管长度的理论值和测量值，从而找出问题间隔。
实施例一
以武汉500kV木兰变电站220kV GIS为例，测量其母线筒长度和波纹管长度得到实测值，具体请参阅图1和图2。
基于户外GIS设备的设计图纸及现场施工情况可以建立仿真模型，然后在有限元分析软件(比如abaqus)中还原木兰变电站220kV GIS的实际工况并仿真得到理论值，具体请参阅图3。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种户外GIS设备温度位移实景测量与评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)户外GIS设备点云数据采集：所述户外GIS设备点云数据采集：通过三维激光雷达感知技术对户外GIS设备进行多站点扫描，建立户外GIS设备的点云数据；
2)户外GIS设备温度位移参数实际测量：结合所述点云数据和PolyWorks软件，得出户外GIS设备参数的实测值；
3)户外GIS设备温度位移参数理论计算与对比：建立仿真模型，并结合有限元分析软件，得出户外GIS设备参数的理论值；将所述实测值和所述理论值进行对比分析；
若实测值大于或等于理论值，则可以判断出该户外GIS设备处于安全可靠的运行状态；
若实测值小于理论值，则需要对比每段母线筒和波纹管长度的理论值和实测值，从而找出问题间隔。
2.根据权利要求1所述的一种户外GIS设备温度位移实景测量与评估方法，其特征在于：步骤1)中，建立户外GIS设备的点云数据，然后在点云数据处理软件中，根据事先布置好的球状标靶进行后期拼接和消噪，并删除电流互感器、电压互感器和组合开关的部分，仅保留所述户外GIS设备的母线筒及波纹管的部分。
3.根据权利要求1所述的一种户外GIS设备温度位移实景测量与评估方法，其特征在于：所述户外GIS设备参数包括母线筒总长度、每段母线筒长度和波纹管长度。
4.根据权利要求3所述的一种户外GIS设备温度位移实景测量与评估方法，其特征在于：所述母线筒总长度：仅保留户外GIS设备母线筒两端法兰盘部分的点云数据，选取两侧法兰面的点云数据，通过拟合至平面功能分别获得对应的平面模型，记为平面1和平面2，选择PolyWorks软件中的测量功能，依次点选平面1和平面2会自动生成平面1与平面2之间的距离，即为母线筒总长度的所述实测值。
5.根据权利要求3所述的一种户外GIS设备温度位移实景测量与评估方法，其特征在于：所述每段母线筒长度：仅保留户外GIS设备待测母线筒部分的点云数据，选取待测母线筒两侧法兰面的点云数据，通过拟合至平面功能分别获得对应的平面模型，记为平面1和平面2，选择PolyWorks软件中的测量功能，依次点选平面1和平面2会自动生成平面1与平面2之间的距离，即为此段待测母线筒长度的所述实测值。
6.根据权利要求3所述的一种户外GIS设备温度位移实景测量与评估方法，其特征在于：所述波纹管长度：仅保留户外GIS设备待测波纹管部分的点云数据，选取两侧法兰面的点云数据，通过拟合至平面功能分别获得对应的平面模型，记为平面1和平面2，选择PolyWorks软件中的测量功能，依次点选平面1和平面2会自动生成平面1与平面2之间的距离，即为此段待测波纹管长度的所述实测值。
7.根据权利要求3所述的一种户外GIS设备温度位移实景测量与评估方法，其特征在于：所述步骤3)中，得出户外GIS设备参数的理论值是指：基于户外GIS设备的设计图纸及现场施工情况建立仿真模型，然后在有限元分析软件还原所述户外GIS设备的实际工况，从而计算出实际工况下所述母线筒总长度、每段母线筒长度和波纹管长度的所述理论值。
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