同塔多回輸電線路帶電作業(yè)的可視化實(shí)現(xiàn)

張苗亞，許建宣，黃曉明

(1.寧波市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院，浙江 寧波 315042； 2.國(guó)網(wǎng)寧波供電公司，浙江 寧波 315016)

同塔多回輸電線路帶電作業(yè)的可視化實(shí)現(xiàn)

張苗亞1*，許建宣1，黃曉明2

(1.寧波市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院，浙江 寧波 315042； 2.國(guó)網(wǎng)寧波供電公司，浙江 寧波 315016)

以寧波市500 kV輸電線路為例，利用三維仿真、激光測(cè)量等技術(shù)完成了全市輸電線路及地形地貌的管理平臺(tái)建設(shè)，并通過(guò)軟件開(kāi)發(fā)定制帶電作業(yè)模擬功能模塊，在三維場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬人帶電作業(yè)時(shí)最小組合間隙的實(shí)時(shí)計(jì)算與三維動(dòng)態(tài)展示，為 500 kV同塔多回輸電線路帶電作業(yè)具體方案的確定和模擬提供技術(shù)、安全上的保證。

同塔多回輸電線路；帶電作業(yè)；最小空間組合間隙計(jì)算；三維模擬展示

1 引 言

寧波是長(zhǎng)三角南翼經(jīng)濟(jì)中心和現(xiàn)代化國(guó)際港口城市，是浙江省重要的制造業(yè)基地、化工業(yè)基地、現(xiàn)代物流中心和能源基地，作為重要的電源點(diǎn)，需要 500 kV超高壓輸電線路來(lái)大范圍、遠(yuǎn)距離、重潮流的輸送，因此寧波的 500 kV輸電網(wǎng)從最初的 100 km快速增加到 1 000多千米，構(gòu)成了寧波地區(qū)輸電骨干網(wǎng)架，并隨著超高壓輸電技術(shù)的發(fā)展，目前寧波地區(qū)的 500 kV輸電網(wǎng)已有單回路、雙回路、三回路及四回路等多種架設(shè)模式。

開(kāi)展高壓輸電線路的帶電操作已成為提高電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益和用戶(hù)服務(wù)質(zhì)量的一個(gè)重要手段，是保證正常供電的有效措施。由于帶電作業(yè)專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)，技術(shù)含量高，作業(yè)工況復(fù)雜，而傳統(tǒng)的帶電作業(yè)安全距離校核方式較為簡(jiǎn)單，在操作過(guò)程中作業(yè)人員只憑經(jīng)驗(yàn)計(jì)算與起點(diǎn)、終點(diǎn)的距離，且未能做到十分精確，使現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)存在一定的安全隱患。因此本項(xiàng)目充分利用三維仿真技術(shù)、激光測(cè)量技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)等，通過(guò)有效集成，形成基于輸電線路三維模型分析應(yīng)用的方法和模式，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)計(jì)算和展示帶電作業(yè)的安全距離，為 500 kV同塔多回輸電線路的帶電作業(yè)技術(shù)、安全措施提供了更加直觀的參考依據(jù)。

2 可視化實(shí)施方案

基于AlatuEarth三維電力資產(chǎn)管理平臺(tái)，構(gòu)建寧波市 500 kV同塔多回輸電線路高精度三維模型，結(jié)合平臺(tái)程序模塊實(shí)現(xiàn)模擬人帶電作業(yè)時(shí)的最小空間組合間隙計(jì)算與三維展示。使得三維電力資產(chǎn)管理平臺(tái)能更好地與現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)相結(jié)合，為 500 kV同塔多回輸電線路的帶電作業(yè)方案校核提供一個(gè)可視的、快速模擬的平臺(tái)。具體實(shí)施方案如下：

2.1 數(shù)據(jù)的獲取

利用全市1∶5 000 DEM和DOM，該數(shù)據(jù)通過(guò)全數(shù)字航空攝影測(cè)量方法制作完成，高程模型的格網(wǎng)間距為 5 m，影像地面分辨率為 0.25 m。整個(gè)數(shù)據(jù)范圍覆蓋了全市 11 000 km2。DOM與DEM數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理構(gòu)建寧波全市域范圍三維地形地貌模型，用以反映寧波輸電網(wǎng)線路所在區(qū)域的整體地形地貌分布情況。

利用激光測(cè)量技術(shù)獲取輸電線路的影像及點(diǎn)云數(shù)據(jù)。在桿塔地區(qū)，首先通過(guò)控制測(cè)量獲得周?chē)鷪D根控制點(diǎn)三維坐標(biāo)，為后期點(diǎn)云配準(zhǔn)和定向提供參數(shù)。然后采用靜態(tài)掃描的方法，從不同的角度位置設(shè)立站點(diǎn)，對(duì)輸電線路各個(gè)側(cè)面進(jìn)行掃描測(cè)量，以獲取高精度的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，為建立電力資產(chǎn)管理平臺(tái)的輸電線路三維模型提供原始數(shù)據(jù)。

2.2 三維模型制作與集成

為減少點(diǎn)云數(shù)據(jù)量，首先利用RiSCAN PRO軟件對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)膭h選和抽稀處理，同時(shí)提取桿塔的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后利用Geomagic Studio 12軟件進(jìn)行點(diǎn)云封裝，生成簡(jiǎn)易的桿塔及線路三角面模型，再對(duì)模型進(jìn)行分區(qū)導(dǎo)出，在3ds Max軟件中進(jìn)行精細(xì)化建模處理，賦予模型紋理貼圖，形成最終的輸電線路三維模型。

利用激光掃描儀上的D700數(shù)碼相機(jī)或全景相機(jī)采集數(shù)碼影像，并利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行正射糾正，經(jīng)Photoshop軟件調(diào)整處理后作為桿塔線路的紋理材質(zhì)。拍攝過(guò)程中被地物遮擋的部位，直接采用數(shù)碼相機(jī)對(duì)桿塔線路表面特征結(jié)構(gòu)進(jìn)行人工采集。

制作完成的高壓輸電線路三維模型利用后臺(tái)處理工具轉(zhuǎn)換為平臺(tái)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式，并利用平臺(tái)海量數(shù)據(jù)無(wú)縫集成等技術(shù)整合為場(chǎng)景三維模型，在平臺(tái)中最終實(shí)現(xiàn)帶電作業(yè)的模擬分析。從而實(shí)現(xiàn)基于AlatuEarth三維地理信息系統(tǒng)的電力資產(chǎn)管理平臺(tái)。

2.3 三維仿真模擬及安全距離的實(shí)時(shí)計(jì)算

在電力資產(chǎn)管理平臺(tái)中定制帶電作業(yè)模擬功能模塊，包括自由式進(jìn)入法、士字梯進(jìn)入法和橫梯進(jìn)入法三種方式的帶電作業(yè)三維仿真模擬及安全距離的實(shí)時(shí)計(jì)算展示。

圖1 模塊編制框架圖

程序模塊編制包括模擬人帶電作業(yè)時(shí)最小組合間隙計(jì)算與三維模擬展示。程序模塊設(shè)計(jì)以lib_ax庫(kù)為基礎(chǔ)，c#、HTML、JavaScrip為應(yīng)用語(yǔ)言，所做框架結(jié)構(gòu)如圖1所示：

基于平臺(tái)中的輸電線路三維場(chǎng)景，利用逼真的三維模擬人模仿實(shí)地作業(yè)人員，從進(jìn)入電場(chǎng)到確定安全作業(yè)位置的全過(guò)程。在模擬過(guò)程中通過(guò)幾何拓?fù)浼夹g(shù)實(shí)時(shí)計(jì)算模擬人與導(dǎo)線、塔身的距離，動(dòng)態(tài)顯示組合間隙值，并結(jié)合 500 kV輸電線路帶電作業(yè)安全規(guī)范要求進(jìn)行危險(xiǎn)警報(bào)提示。

3 可視化實(shí)現(xiàn)效果展示

研究實(shí)現(xiàn)的500 kV同塔多回輸電線路的帶電作業(yè)三維仿真模擬及安全距離的實(shí)時(shí)計(jì)算展示有三種方式，其原理及效果具體如下：

3.1 沿雙聯(lián)耐張絕緣子串自由式進(jìn)入法

選用北句北章143#桿塔線路模型作為模擬對(duì)象，模擬人以跨二短三方式沿耐張玻璃絕緣子串進(jìn)入強(qiáng)電場(chǎng)，動(dòng)態(tài)進(jìn)入過(guò)程中實(shí)時(shí)顯示模擬人與帶電體及接地體(橫擔(dān))的組合間隙距離，并同步顯示人體短接后良好絕緣子片數(shù)。撤離強(qiáng)電場(chǎng)與進(jìn)入強(qiáng)電場(chǎng)顯示方向相同。

3.2 雙回路直線型桿塔士字梯進(jìn)入法

選用北句北章142#桿塔線路模型作為模擬對(duì)象，模擬人以士字梯法進(jìn)入強(qiáng)電場(chǎng)，動(dòng)態(tài)進(jìn)入過(guò)程中實(shí)時(shí)顯示模擬人與帶電體及接地體(塔身、上下橫擔(dān))的組合間隙距離，同時(shí)顯示模擬人與帶電體及上下橫擔(dān)、塔身三個(gè)方向的最小距離值，在等電位過(guò)程中，扣除人體部分組合間隙不滿(mǎn)足 4.0 m的以動(dòng)畫(huà)顯示警告，當(dāng)模擬人進(jìn)入到距離導(dǎo)線點(diǎn) 4.0 m時(shí)停止滑行，后模擬電位轉(zhuǎn)移過(guò)程并取得同電位。撤離強(qiáng)電場(chǎng)與進(jìn)入強(qiáng)電場(chǎng)順序相反。

圖3 帶電作業(yè)三維模擬(士字梯式)

3.3 雙回路直線型桿塔橫梯進(jìn)入法

選用北句北章142#桿塔線路模型作為模擬對(duì)象，模擬人以絕緣橫梯(硬梯)法進(jìn)入電場(chǎng)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示模擬人與帶電體、桿塔(接地體)各部分之間的組合距離，在等電位過(guò)程中，扣除人體部分組合間隙不滿(mǎn)足 4.0 m的以動(dòng)畫(huà)顯示警告，當(dāng)模擬人進(jìn)入到距離導(dǎo)線點(diǎn) 4.0 m時(shí)停止移位，后模擬電位轉(zhuǎn)移過(guò)程并取得同電位。撤離強(qiáng)電場(chǎng)與進(jìn)入強(qiáng)電場(chǎng)顯示方式相同。

圖4 帶電作業(yè)三維模擬(橫梯式)

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)同塔多回輸電線路帶電作業(yè)的可視化研究，不僅實(shí)現(xiàn)了電力、地理、環(huán)境等信息在三維立體空間下的無(wú)縫集成管理，而且通過(guò)各種數(shù)學(xué)計(jì)算模型，與電力資產(chǎn)管理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)配合，對(duì)帶電作業(yè)中最關(guān)鍵的作業(yè)方式進(jìn)行可視化模擬，并能夠精確計(jì)算安全距離，為具體作業(yè)方案的確定和模擬提供技術(shù)、安全上的保證。提高電力決策管理的科學(xué)化和規(guī)范化水平，為全市電業(yè)系統(tǒng)的決策管理工作帶來(lái)新的活力。

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Realizing Visualization for Live Working of Multi-loop Transmission Line on Same Tower

Zhang Miaoya1，Xu Jianxuan1，Huang Xiaoming2

(1.Ningbo Design Research Institute of Surveying and Mapping，Ningbo 315042，China； 2.Ningbo Electric Power Supply Company，Ningbo 315016，China)

In this paper，taking the 500kV transmission line of Ningbo as an example，completing city management platform construction of transmission lines and topography in the use ofthree-dimensional simulation and laser measurement and so on，And design the simulation function module withsoftware development，achieving real-time calculation of live working minimum combined gap of simulation and dynamic display of 3d-scene，the specific solution of 500kV charged with multi-transmission line live working were determined，which supplied technical and safety guarantee.

multi-loop transmission line；live working；minimum combined gap of simulation；three dimensional simulation show

1672-8262(2017)03-43-03

P208.2

B

2016—08—12

張苗亞(1980—)，女，高級(jí)工程師，主要從事三維仿真技術(shù)的研究與應(yīng)用工作。