點(diǎn)云技術(shù)在±1100 kV特高壓直流輸電線路高海拔地區(qū)帶電作業(yè)中的應(yīng)用

楊佳睿，李勝花，李波，馬玉慧，賀志華，羅宏洋，陳煒

(國(guó)網(wǎng)寧夏電力有限公司檢修公司，寧夏 銀川 750011)

我國(guó)帶電作業(yè)技術(shù)經(jīng)過(guò)近70年的研究與發(fā)展，已成為輸電線路檢測(cè)、檢修、改造的重要手段和方法，為保障電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行和提高經(jīng)濟(jì)效益發(fā)揮了十分重要的作用[1]。帶電作業(yè)是一個(gè)技術(shù)性較強(qiáng)、操作安全水平要求較高的特殊工種[2]。由于超/特高壓線路的運(yùn)行電壓高，因此為滿足帶電作業(yè)人員的安全要求，需要研究帶電作業(yè)的安全距離、組合間隙、絕緣工具的有效絕緣長(zhǎng)度等關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)[3]。

點(diǎn)云技術(shù)是一種將大量單個(gè)空間測(cè)量數(shù)據(jù)整理成數(shù)據(jù)集的方法，該數(shù)據(jù)集可以代表一個(gè)整體，每一個(gè)點(diǎn)數(shù)據(jù)表示底層采樣曲面上單個(gè)點(diǎn)的X、Y、Z方向三維坐標(biāo)，當(dāng)存在顏色信息時(shí)，點(diǎn)云變?yōu)樗木S數(shù)據(jù)。點(diǎn)云通常是使用三維激光掃描儀和激光雷達(dá)(光探測(cè)和測(cè)距)技術(shù)生成的，每個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)單獨(dú)的激光掃描測(cè)量，然后將這些點(diǎn)拼接在一起，完成場(chǎng)景創(chuàng)建[4]。目前利用傾斜攝影測(cè)量或激光點(diǎn)云進(jìn)行三維實(shí)景建模技術(shù)已日趨成熟[5]，這項(xiàng)技術(shù)也可以被應(yīng)用在輸電線路帶電作業(yè)中。

由于設(shè)備本體帶電，針對(duì)帶電作業(yè)的安全距離、組合間隙難以被直接測(cè)量，而點(diǎn)云技術(shù)具有非接觸空間測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)[6]，通過(guò)對(duì)±1100 kV特高壓直流線路3217號(hào)塔三維點(diǎn)云掃描后，逆向工程建立了數(shù)字三維鐵塔，借助數(shù)字三維模型對(duì)鐵塔整個(gè)幾何數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)繪，核比了基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的數(shù)字三維鐵塔與鐵塔實(shí)際尺寸；同時(shí)針對(duì)進(jìn)入強(qiáng)電場(chǎng)作業(yè)方法在數(shù)字三維鐵塔上對(duì)帶電作業(yè)的安全距離、組合間隙、絕緣工具的有效絕緣長(zhǎng)度等關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)進(jìn)行校核，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)帶電作業(yè)的成功開(kāi)展表明，基于點(diǎn)云技術(shù)建立的數(shù)字三維鐵塔在空間數(shù)據(jù)測(cè)量上可以很好地指導(dǎo)高海拔地區(qū)帶電作業(yè)安全開(kāi)展。

1 ±1100 kV特高壓直流輸電線路高海拔地區(qū)帶電作業(yè)安全距離要求

帶電作業(yè)安全距離包含帶電作業(yè)最小電氣間隙及人體允許活動(dòng)范圍。在IEC標(biāo)準(zhǔn)中，最小電氣間隙是指在帶電作業(yè)工作點(diǎn)可防止發(fā)生電氣擊穿的最小間隙距離。最小組合間隙是指在作業(yè)間隙中的作業(yè)人員處于最低的50%操作沖擊放電電壓位置時(shí)，人體對(duì)接地體和對(duì)帶電體兩者應(yīng)保持的距離之和。最小有效絕緣長(zhǎng)度是指在規(guī)定試驗(yàn)電壓下帶電作業(yè)用絕緣工具不發(fā)生擊穿、閃絡(luò)、發(fā)熱的最小絕緣部分的長(zhǎng)度。

±1100 kV吉泉線3217號(hào)塔位地處中衛(wèi)市沙坡頭區(qū)興仁鎮(zhèn)境內(nèi)，桿塔海拔1922 m。依據(jù)《±1100 kV帶電作業(yè)技術(shù)導(dǎo)則》中規(guī)定海拔高度在1500～2000 m之間，帶電作業(yè)的安全距離、組合間隙、絕緣工具的有效絕緣長(zhǎng)度見(jiàn)表1。

表1 ±1100 kV帶電作業(yè)的安全距離(海拔高度1500

2 點(diǎn)云數(shù)據(jù)提取及數(shù)據(jù)對(duì)比

2.1 ±1100 kV吉泉直流3217號(hào)塔設(shè)備主要參數(shù)

±1100 kV吉泉線3217號(hào)塔塔型為JC27102B，鐵塔單線見(jiàn)圖1。

圖1 ±1100 kV吉泉線3217號(hào)鐵塔單線

鐵塔具體參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 3217號(hào)JC27102B型鐵塔參數(shù)

2.2 點(diǎn)云數(shù)據(jù)提取

通過(guò)RTK無(wú)人機(jī)進(jìn)行2D正射航線規(guī)劃對(duì)鐵塔、導(dǎo)地線、引流及附屬設(shè)施等進(jìn)行點(diǎn)云三維建模，整個(gè)幾何數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)繪，采集點(diǎn)云數(shù)據(jù)照片；然后通過(guò)圖像工作處理站中的大疆智圖軟件對(duì)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行三維模型組建;最終模型密度達(dá)到約每平方米500個(gè)點(diǎn)。3217號(hào)鐵塔激光點(diǎn)云數(shù)字三維模型見(jiàn)圖2。

圖2 3217號(hào)鐵塔點(diǎn)云數(shù)字三維模型

2.3 點(diǎn)云模擬數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比

為核對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)精度，確保在帶電作業(yè)應(yīng)用中的點(diǎn)云數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和可靠性，將3217號(hào)鐵塔實(shí)測(cè)尺寸與點(diǎn)云數(shù)字模型尺寸進(jìn)行了對(duì)比，對(duì)比數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 3217號(hào)鐵塔測(cè)量尺寸對(duì)比

通過(guò)兩組數(shù)據(jù)復(fù)核，誤差在厘米級(jí)范圍內(nèi)，滿足帶電作業(yè)對(duì)安全距離控制精度要求[7]?；邳c(diǎn)云技術(shù)在±1100 kV輸電線路高海拔地區(qū)建立的數(shù)字三維鐵塔模型數(shù)據(jù)是安全可靠的，可利用該數(shù)據(jù)對(duì)等電位作業(yè)人員進(jìn)出強(qiáng)電場(chǎng)方式與安全活動(dòng)范圍提供輔助決策。

3 基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)數(shù)字三維鐵塔模型的安全距離核驗(yàn)

本文論述采取的帶電作業(yè)進(jìn)出強(qiáng)電場(chǎng)方式是在±1100 kV吉泉線3217號(hào)塔極Ⅱ面向大號(hào)側(cè)第1個(gè)間隔棒垂直投影正下方采用“無(wú)人機(jī)結(jié)合電動(dòng)升降裝置進(jìn)出等電位”工法進(jìn)出強(qiáng)電場(chǎng)。此工法涉及等電位作業(yè)人員與帶電體和地面間的組合間隙,等電位作業(yè)人員與地線的距離，等電位作業(yè)人員與塔身的距離,等電位作業(yè)人員與鄰極的距離,絕緣繩索的有效絕緣長(zhǎng)度等5項(xiàng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

3.1 等電位作業(yè)人員與帶電體、地面間的組合間隙

考慮人身占位及電位轉(zhuǎn)移棒長(zhǎng)度，總體占位按1.8 m 計(jì)算，通過(guò)點(diǎn)云三維模型測(cè)得地面與導(dǎo)線下層子導(dǎo)線的空間距離48.89 m，最小組合間隙為48.89-1.8=47.09(m)，遠(yuǎn)大于10.9 m，滿足安全距離要求(見(jiàn)圖3)。

圖3 點(diǎn)云三維模型圖輔助組合間隙校核

3.2 等電位作業(yè)人員與地線的距離

通過(guò)點(diǎn)云三維模型測(cè)得導(dǎo)線與地線之間的空間距離為28.44 m，作業(yè)時(shí)人體活動(dòng)范圍按照0.5 m考慮，上下子導(dǎo)線間距1.3 m，人員站于下層子導(dǎo)線上，人體超出上層子導(dǎo)線為1.8-1.3=0.5(m)，因此等電位作業(yè)人員與地線的距離為28.44-0.5-0.5=27.44(m)，大于10.9 m，滿足安全距離要求(見(jiàn)圖4)。

圖4 點(diǎn)云三維模擬等電位人員對(duì)地線的安全距離校核

3.3 等電位作業(yè)人員與塔身的距離

如圖5所示，通過(guò)點(diǎn)云三維模型測(cè)得絕緣子串長(zhǎng)為24.75 m、端次檔距23.55 m,作業(yè)時(shí)人體活動(dòng)范圍按照0.5 m考慮，等電位人員作業(yè)時(shí)不進(jìn)入絕緣子串，所以對(duì)鐵塔接地體的距離為24.75+23.55-0.5=47.8(m)，大于10.9 m，也滿足安全距離要求。

圖5 點(diǎn)云三維模擬等電位人員安全距離校核

3.4 等電位作業(yè)人員與鄰極的距離

如圖5所示，通過(guò)點(diǎn)云三維模型測(cè)得兩極間導(dǎo)線距離為23.69 m,作業(yè)時(shí)人體活動(dòng)范圍按照0.5 m考慮，因此等電位人員距極Ⅰ導(dǎo)線的距離為 23.69-0.5=23.19(m)，大于10.9 m，滿足安全距離要求。

3.5 絕緣繩索的有效絕緣長(zhǎng)度

如圖5所示，通過(guò)點(diǎn)云三維模型測(cè)得地面與極Ⅱ?qū)Ь€的垂直距離為48.89 m，本次帶電作業(yè)選擇的絕緣繩索，其絕緣有效部分47.09 m遠(yuǎn)大于9.3 m，完全滿足安全距離要求。

3.6 安全距離對(duì)比結(jié)果

根據(jù)上述點(diǎn)云三維模型圖輔助安全距離校核結(jié)果，將計(jì)算出的結(jié)果與表1中要求值進(jìn)行比較，在±1100 kV吉泉線3217號(hào)塔極Ⅱ面向大號(hào)側(cè)第1個(gè)間隔棒垂直投影正下方采用“無(wú)人機(jī)結(jié)合電動(dòng)升降裝置進(jìn)出等電位”工法進(jìn)出強(qiáng)電場(chǎng)，其安全距離、組合間隙、絕緣工具的有效絕緣長(zhǎng)度等關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)均滿足技術(shù)要求(見(jiàn)表4)。

表4 海拔高度1500 m

4 結(jié) 論

借助點(diǎn)云技術(shù)建立的數(shù)字三維鐵塔輔助模擬帶電作業(yè)安全距離校核下，2020年8月27日，在世界最高電壓等級(jí)±1100 kV吉泉線3217號(hào)塔順利開(kāi)展了采用“無(wú)人機(jī)結(jié)合電動(dòng)升降裝置進(jìn)出等電位”工法進(jìn)出強(qiáng)電場(chǎng)作業(yè)工作。通過(guò)本次點(diǎn)云技術(shù)在±1100 kV特高壓直流輸電線路高海拔地區(qū)帶電作業(yè)中的應(yīng)用得出如下結(jié)論：

(1)點(diǎn)云技術(shù)在±1100 kV輸電線路高海拔地區(qū)建立的數(shù)字三維鐵塔模型在復(fù)原原鐵塔空間數(shù)據(jù)上是安全、準(zhǔn)確、可靠的?；邳c(diǎn)云技術(shù)建立的數(shù)字三維鐵塔模型能夠精確計(jì)算安全距離，可為具體作業(yè)方案的模擬和確定提供技術(shù)、安全上的支撐。

(2)基于點(diǎn)云技術(shù)建立的數(shù)字三維鐵塔可完全輔助帶電作業(yè)安全距離校核，可以很好地指導(dǎo)高海拔地區(qū)帶電作業(yè)安全開(kāi)展。