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风电塔筒垂直度检测方法研究

吕建伟  
【摘要】:近年来,我国的风电行业发展迅猛,装机数量和单机容量逐年增加。在2009年,国家新增风能发电项目数量与风电发电量均已上升到全球第1位,且近10年来的发展越来越快,每年平均有超过20座以上的风电场建成。伴随着风电行业的蓬勃发展,机组的安全问题也日益增多。风电塔筒的垂直度检测是风力发电厂日常运营维护的一项非常重要的工作,风电塔在运行过程中,由于长期往复的循环荷载以及外力的影响可能造成塔筒底部地基变松、塔身发生自上而下的倾斜和弯曲,最终可能导致风机运行异常或倾倒,为了预防此类安全事故的发生,减少国家财产的损失,需要对风电塔筒的垂直度进行定期的安全检测,而风电塔筒的垂直度安全检测大多是依靠全站仪完成的,效率低,并且缺少风电塔筒上下截面圆点云切片数据预处理、垂直度检测平差计算、图形绘制一体化软件,导致工作效率较低,不利于风电塔筒的垂直度检测。因此,本文将研究风电塔筒垂直度检测相关算法,并研发一款配套的垂直度检测计算实验系统,从而提高检测效率,降低成本输出。首先,在风电塔筒垂直度检测中引入了三维激光扫描技术,利用其快速、高精度、高分辨率的特点,完成了风电塔的几何建模、外形描绘以及垂直度检测中上下截面圆点云切片等数据的获取,并利用原始垂直度处理计算方法进行了数据处理。其次,在风电塔筒垂直度检测中通过对比分析几种空间圆拟合算法,提出了改进的三维空间圆拟合算法,与平面圆拟合算法相比,使得模型更加精确,而且在该算法的基础上增加了点云切片原始数据预处理,即实现了点云切片中粗差点的自动剔除,大大提高了数据质量,从而为更加精确地测定风电塔的垂直度提供了强有力的保障。最后,基于改进的三维空间圆拟合算法和MATLAB的GUI设计工具,研发了风电塔筒垂直度检测实验系统,实现了三维成果图自动可视化,偏移矢量图自动绘制,截面俯视图自动绘制以及最终垂直度计算结果的模板化自动输出。成果图的自动绘制将彻底解除对CAD等绘图软件的依赖,大大减少了人工干预;计算结果的模板化输出将减轻人工进行数据整理的压力。还将该实验系统最终打包封装成一款可以移植的小软件,方便使用者跨平台进行垂直度检测计算数据处理。文章最后采用实地采集的风电塔筒点云数据,对实验系统进行应用测试,验证了本文提出的方法,提高了风电塔筒的检测效率,使得风电塔筒的检测更加自动化。


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