國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司檢修分公司 李政澤 蘇高參 楊海龍 嚴(yán) 宵 盛 健 中海石油寧波大榭石化有限公司 鄭 飛

由于城市結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，日益增多的高壓電纜面臨著惡劣的電力設(shè)施外部運(yùn)行環(huán)境。據(jù)統(tǒng)計(jì)，外力破壞隱患已成為引起電纜線(xiàn)路故障停運(yùn)的主要誘因之一。外力破壞隱患對(duì)電纜造成的影響分成兩種。一是直接影響，大型機(jī)械開(kāi)挖、鉆孔等作業(yè)，導(dǎo)致電纜隧道被破壞，電纜受損甚至主絕緣擊穿跳閘。二是間接影響，當(dāng)外力破壞短時(shí)間內(nèi)不直接接觸電纜隧道及電纜，但長(zhǎng)期、周期性的對(duì)其造成潛在威脅。重物堆砌、傾倒?；?，大型機(jī)械施工引起電纜長(zhǎng)時(shí)間振動(dòng)而導(dǎo)致主絕緣結(jié)構(gòu)疲勞損傷等，都可能引發(fā)電力事故[1]。

重慶地處山城，由于其特殊的地理環(huán)境，部分電纜隧道存在埋設(shè)深、高落差、長(zhǎng)下坡、大轉(zhuǎn)彎等特點(diǎn)。電纜運(yùn)行人員無(wú)法對(duì)轄區(qū)內(nèi)每一條電纜隧道的具體位置都清楚地掌握。當(dāng)遇有外力破壞隱患時(shí)，常常因?yàn)槌Ｒ?guī)手段測(cè)量盲區(qū)的存在，導(dǎo)致在處理外力破壞隱患時(shí)不能快速有效的與施工單位進(jìn)行交涉。本文針對(duì)目前存在的這一問(wèn)題，提出對(duì)應(yīng)的解決措施，方便外力破壞隱患工作的處理，提高電纜運(yùn)行可靠性。

1 三維測(cè)繪與RTK 定位技術(shù)原理

1.1 三維測(cè)繪技術(shù)

三維測(cè)繪作為一種興起的測(cè)量技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。三維測(cè)繪[2]是通過(guò)掃描儀發(fā)射高頻激光脈沖，然后測(cè)量每一個(gè)高頻激光脈沖從發(fā)出到經(jīng)被測(cè)量體表面反射回到設(shè)備所需要的時(shí)間差來(lái)計(jì)算出各個(gè)點(diǎn)的距離，可以大面積、高分辨率地快速獲取測(cè)量體表面各個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)系（x，y，z），進(jìn)而形成點(diǎn)云圖，再經(jīng)過(guò)相關(guān)數(shù)據(jù)處理得到需要的測(cè)繪數(shù)據(jù)和圖形。

相較于一般的測(cè)繪技術(shù)，三維測(cè)繪有以下優(yōu)點(diǎn)：直接獲取觀測(cè)點(diǎn)三維絕對(duì)位置，不需要通視，有利于施工現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量控制[3]；可以實(shí)時(shí)計(jì)算并且顯示三維位移；受外界影響小，可全天候、長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)進(jìn)行高采樣率觀測(cè)；對(duì)原有測(cè)量控制系統(tǒng)可以進(jìn)行獨(dú)立檢核。

對(duì)于電纜隧道而言，普通的測(cè)量方法很難滿(mǎn)足隧道內(nèi)設(shè)備眾多，復(fù)雜環(huán)境條件下精確測(cè)量的要求。而三維測(cè)繪技術(shù)可以很好地解決這一問(wèn)題，通過(guò)激光掃描，不受電纜隧道內(nèi)環(huán)境的影響，便可以得到隧道及內(nèi)部設(shè)備的各項(xiàng)位置數(shù)據(jù)。

1.2 RTK 定位技術(shù)

電纜隧道由于深埋地下，絕大部分地區(qū)無(wú)法直接進(jìn)行精確測(cè)量。傳統(tǒng)的定位方法大多采用在隧道外選定基準(zhǔn)點(diǎn)，之后在隧道內(nèi)使用經(jīng)緯儀等儀器，測(cè)量隧道的走向及長(zhǎng)度等。這種方法不僅費(fèi)工費(fèi)時(shí)，要求點(diǎn)間通視，而且精度分布不均勻，常規(guī)的GPS靜態(tài)測(cè)量、快速靜態(tài)、偽動(dòng)態(tài)方法，在外業(yè)測(cè)設(shè)過(guò)程中不能實(shí)時(shí)知道定位精度。如果測(cè)設(shè)完成后，發(fā)現(xiàn)精度不合要求，還必須返測(cè)。

RTK 定位[4]是基于載波相位觀測(cè)值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并達(dá)到厘米級(jí)精度。RTK 定位通過(guò)將一臺(tái)接收機(jī)放置于基準(zhǔn)站上，另一臺(tái)或多臺(tái)接收機(jī)放置于移動(dòng)站上，基準(zhǔn)站和移動(dòng)站接收同一時(shí)間、同一GNSS 衛(wèi)星發(fā)射過(guò)來(lái)的信號(hào)，基準(zhǔn)站所獲得的觀測(cè)值與已知位置信息進(jìn)行比較，得到GNSS 差分改正值，然后將這個(gè)改正值通過(guò)數(shù)據(jù)鏈及時(shí)傳遞給移動(dòng)站，移動(dòng)站精化其GNSS 觀測(cè)值，從而得到經(jīng)差分改正后移動(dòng)站較準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)位置。

這項(xiàng)技術(shù)對(duì)于已有相關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)的地下隧道定位而言，不僅使用方便而且精度高，對(duì)于提升電纜運(yùn)行管理水平可以起到良好的效果。

2 三維測(cè)繪及RTK 定位技術(shù)在防外力破壞隱患中的應(yīng)用

2.1 技術(shù)應(yīng)用

國(guó)網(wǎng)重慶公司檢修分公司針對(duì)重慶地區(qū)電纜隧道以隧道形式為主、隧道走向多變、高低落差大的特點(diǎn)，對(duì)電纜隧道開(kāi)展三維測(cè)繪工作，以得到詳細(xì)的電纜隧道位置等信息。

2.1.1 三維測(cè)繪

首先采集掃描儀的基準(zhǔn)點(diǎn)，由于電纜隧道位于地下，定位設(shè)備無(wú)法精確獲得隧道內(nèi)地理坐標(biāo)，需通過(guò)定位地面的出入口、通風(fēng)井，再通過(guò)激光垂直射入電纜隧道，獲取掃描儀基準(zhǔn)點(diǎn)的準(zhǔn)確坐標(biāo)[5]。進(jìn)一步采用高精度三維激光掃描設(shè)備對(duì)電纜隧道進(jìn)行掃描，從而獲取隧道內(nèi)部的全面細(xì)部信息。后期處理得到電纜隧道三維模型和基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)系。

2.1.2 RTK 定位技術(shù)

三維測(cè)繪獲取的基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)和RTK 定位接收機(jī)定位的坐標(biāo)有一定偏差，因此在隧道定位前需合理選擇不少于2處基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)校準(zhǔn)，將定位坐標(biāo)手動(dòng)修改成基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)，得到最精確的定位，誤差可控制在幾厘米內(nèi)。RTK 移動(dòng)手薄界面可實(shí)時(shí)顯示接收機(jī)與電纜隧道在地面相對(duì)位置的水平距離，和隧道頂部到接收機(jī)的垂直距離。如圖1所示。

圖1 接收機(jī)與電纜隧道距離示意圖

2.2 實(shí)際案例

2.2.1 案例一

目前三維測(cè)繪與RTK 定位技術(shù)已用于重慶某220kV 電纜隧道。該隧道有6回220kV、4回110kV高壓電纜，擔(dān)負(fù)著江北片區(qū)部分大型商圈、政府、學(xué)校等重要場(chǎng)所的供電任務(wù)。同時(shí)，該隧道沿線(xiàn)存在諸多外力破壞隱患，市政建設(shè)、輕軌站施工等，一旦線(xiàn)路發(fā)生外破故障跳閘，會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的社會(huì)負(fù)面影響。在沒(méi)有三維測(cè)繪數(shù)據(jù)和未使用RTK 定位技術(shù)時(shí)，電纜運(yùn)行人員對(duì)電纜隧道的具體位置無(wú)法精確定位，在處理外力破壞隱患過(guò)程中常常處于被動(dòng)。因此電纜運(yùn)行人員對(duì)該隧道開(kāi)展三維測(cè)繪和RTK 定位，重新設(shè)置標(biāo)樁，準(zhǔn)確掌握電纜隧道全線(xiàn)具體位置。

為驗(yàn)證定位的準(zhǔn)確性，電纜運(yùn)行人員在電纜隧道兩側(cè)選取10個(gè)點(diǎn)，用卷尺測(cè)量各個(gè)點(diǎn)接收機(jī)到隧道外壁的水平距離和到隧道頂部的垂直距離（接收機(jī)離地面高度固定為1.6m），對(duì)比RTK 定位測(cè)量結(jié)果，判斷其誤差范圍是否合理。測(cè)試結(jié)果如表1、表2所示。

表1 水平距離測(cè)試結(jié)果

表2 垂直距離測(cè)試結(jié)果

兩組測(cè)試結(jié)果表明，RTK 定位下數(shù)據(jù)偏差均在厘米級(jí)，該誤差不影響電纜運(yùn)行人員對(duì)外力破壞隱患的處理，符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際要求。

2.2.2 案例二

2021年5月某一天，電纜運(yùn)行人員對(duì)轄區(qū)內(nèi)某電纜隧道進(jìn)行地面巡視時(shí)，發(fā)現(xiàn)一起因行車(chē)道下方排污水管破裂，需在人行道修建臨時(shí)行車(chē)道路的外力破壞隱患，通過(guò)地面標(biāo)樁判斷預(yù)修臨時(shí)道路在隧道保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)。由于施工單位要使用機(jī)械設(shè)備對(duì)路面進(jìn)行開(kāi)挖，深度3.5米，電纜運(yùn)行人員經(jīng)前期三維模型資料和現(xiàn)場(chǎng)RTK 定位得到該處電纜隧道埋設(shè)深度為10米，不排除上方機(jī)械施工對(duì)電纜隧道及電纜造成破壞的可能性。電纜運(yùn)行人員結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工圖紙和定位結(jié)果與施工單位進(jìn)行交涉，要求其必須委托專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)出具檢測(cè)報(bào)告，并在施工區(qū)域采取相應(yīng)保護(hù)措施后方可開(kāi)工，整個(gè)外力破壞隱患處理時(shí)間不超過(guò)10分鐘。

相比在無(wú)隧道定位的條件下，三維測(cè)繪和RTK定位技術(shù)能大大提高外力破壞隱患的處理效率。電纜運(yùn)行人員能快速掌握每一段電纜隧道的具體位置，現(xiàn)場(chǎng)外力破壞隱患處理能用準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)作為支撐，有效防止外力破壞隱患事故，提升電纜專(zhuān)業(yè)化管理水平。

3 結(jié)語(yǔ)

如何防外力破壞隱患一直是高壓電纜專(zhuān)業(yè)亟待解決的一項(xiàng)難題。三維測(cè)繪和RTK 定位技術(shù)是十分有效的一種方式，目前該技術(shù)已在重慶主城區(qū)域部分電纜隧道中開(kāi)始應(yīng)用，對(duì)于保護(hù)電纜隧道結(jié)構(gòu)完整性，提升電纜運(yùn)行可靠性有很大的幫助。該技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中有以下兩點(diǎn)需注意：

三維測(cè)繪是該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)。三維測(cè)繪數(shù)據(jù)成果應(yīng)在電纜隧道土建部分竣工驗(yàn)收時(shí)作為驗(yàn)收資料的一部分移交電纜運(yùn)行管理部門(mén)，但該部分資料缺失時(shí)，會(huì)導(dǎo)致該項(xiàng)工作被忽略或推遲。建議電纜運(yùn)行管理部門(mén)應(yīng)在可行性研究審查會(huì)上確定電纜隧道三維測(cè)繪項(xiàng)目是否列入計(jì)劃，費(fèi)用是否列支；中間驗(yàn)收環(huán)節(jié)應(yīng)督促建管單位提前委托有資質(zhì)的單位在土建部分竣工時(shí)開(kāi)展三維測(cè)繪；竣工驗(yàn)收資料應(yīng)要求建管單位提供三維測(cè)繪數(shù)據(jù)成果。

目前三維測(cè)繪只適用于電纜隧道中，當(dāng)遇到人員無(wú)法進(jìn)入的電纜溝或排管段，該項(xiàng)工作將不能進(jìn)行，導(dǎo)致出現(xiàn)定位盲區(qū)。如何解決這一問(wèn)題，下一步將繼續(xù)研究。