一种预制舱式调相机的模块化安装系统及方法与流程

本发明涉及调相机安装，特别涉及一种预制舱式调相机的模块化安装系统及方法。

背景技术：

1、目前，随着特高压直流输电工程和新能源并网规模的持续扩大，电网对动态无功补偿的需求日益迫切，调相机作为维持系统电压稳定性的关键设备，其建设需求快速增长。传统调相机站采用现场土建施工与设备分体安装相结合的模式，存在施工周期长、现场作业量大、质量控制难度高等问题。为缩短建设周期并提升安装质量，预制舱式调相机已成为行业重要发展方向，其核心思路是将设备与舱体在工厂内集成预制，现场仅完成舱体吊装拼接和电气连接，从而实现快速建站。在这种建设模式下，多个预制舱体需沿基础预埋件依次吊装就位，各舱体之间的电气连接接口和汇流母线孔位需精确对正，对安装定位精度提出了较高要求。近年来，激光跟踪仪等大尺寸空间测量仪器已逐步应用于大型设备安装现场的位姿测量，为实现高精度定位提供了必要的硬件基础。

2、然而，对于沿基础依次排布的预制舱式调相机多舱拼接安装而言，由于各舱体独立吊装就位，吊装过程中不可避免地引入随机定位偏差，若各舱体仅以理论设计坐标作为就位依据而不考虑已安装舱体的实际位置，则上一舱体的定位偏差会直接叠加至下一舱体，导致误差沿拼接方向逐舱累积，最终使得末端舱体的电气接口相对首舱的累积偏差远超允许范围。更为棘手的是，西北戈壁地区昼夜温差极大，阳光辐照不均匀，基础预埋件与舱体钢结构之间的热膨胀特性存在显著差异，使得测量基准在不同时段发生非均匀漂移。现有安装方法仅依赖单一时刻的温度条件进行定位，既无法在偏差提取过程中剔除温度效应的影响，也无法预测并补偿误差累积趋势，导致逐舱拼接的累积误差不断放大，最终出现末端舱体电气连接孔位对中偏差超差严重、被迫反复吊装调整甚至现场扩孔的问题，严重影响安装效率和工程进度。针对上述问题，本技术提出一种预制舱式调相机的模块化安装系统及方法。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种预制舱式调相机的模块化安装系统及方法，进而解决了背景技术中提及的技术问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、一种预制舱式调相机的模块化安装系统，包括：

4、基准舱定位模块，用于以首舱为基准建立全局空间坐标系并获取首舱的实际空间位姿参数；

5、温度场监测模块，用于实时获取基础预埋件和已安装舱体关键区域的温度分布，并将温度数据转换为各光学靶标位置的热漂移修正量；

6、逐舱位姿测量模块，用于在每一个后续舱体吊装落位后且地脚螺栓未紧固的条件下，获取该舱体排除温度效应后的纯几何位姿偏差；

7、累积误差预测模块，用于接收所述逐舱位姿测量模块提供的已安装各舱体的几何偏差序列，预测当前舱体若不予补偿将产生的累积误差趋势值；

8、动态补偿量计算模块，用于根据当前舱体的实测几何偏差以及所述累积误差预测模块提供的预测偏差，计算舱体底部各垂向可调支撑装置和水平顶推装置所需的三维目标调节量；

9、补偿执行与复测模块，用于将所述目标调节量转化为驱动指令并控制各垂向可调支撑装置和水平顶推装置动作，调节完成后复测舱体位姿以验证补偿效果。

10、在一种可能的实现方式中，所述基准舱定位模块包括空间位姿测量单元和基准坐标系建立单元；

11、所述空间位姿测量单元用于通过激光跟踪仪和设置于舱体底部预设位置的光学靶标，测定首舱多个特征点的空间坐标；

12、所述基准坐标系建立单元用于将首舱的实测位姿参数作为全局坐标系的初始条件写入工控机，以此作为后续各舱体位姿比对的参照。

13、在一种可能的实现方式中，所述温度场监测模块包括温度传感阵列和热变形修正单元；

14、所述温度传感阵列由贴附于基础预埋件表面的电阻式温度传感器和嵌入舱体底梁的铠装热电偶组成，各传感器沿拼接方向按设定间距布置；

15、所述热变形修正单元用于接收各温度测点的实时温度值，根据预存的基础混凝土线膨胀系数和舱体钢结构线膨胀系数，计算热变形引起的各光学靶标位置漂移量，形成修正向量。

16、在一种可能的实现方式中，所述逐舱位姿测量模块包括特征点识别单元和偏差计算单元；

17、所述特征点识别单元用于通过激光跟踪仪同步测定当前舱体底部光学靶标的空间坐标；

18、所述偏差计算单元用于接收所述温度场监测模块提供的靶标热漂移修正量，将实测坐标修正至参考温度场下的等效坐标，再与理论设计坐标比较，解算出该舱体在x轴方向平移、y轴方向平移以及绕z轴转角三个自由度上的几何偏差分量。

19、在一种可能的实现方式中，所述累积误差预测模块包括误差序列存储单元和趋势外推单元；

20、所述误差序列存储单元用于按安装次序保存已安装舱体的x方向偏差、y方向偏差和偏转角偏差；

21、所述趋势外推单元用于采用最小二乘线性拟合方法，分别计算三个自由度方向上偏差序列随舱体序号变化的趋势斜率，并依据最近邻偏差外推当前舱体的预测偏差值。

22、在一种可能的实现方式中，所述动态补偿量计算模块包括补偿策略生成单元和约束校验单元；

23、所述补偿策略生成单元用于以当前舱体补偿后的位姿趋于理论设计位置并且抵消累积趋势为目标，建立各垂向可调支撑装置与水平顶推装置的调节量和舱体位姿补偿量之间的刚体运动学关系，求解各组件的三维调节量；

24、所述约束校验单元用于逐一核验各调节量是否落入对应装置的机械行程界限内，对超限情形触发满足运动学约束的二次规划再分配计算。

25、在一种可能的实现方式中，所述补偿执行与复测模块包括执行指令生成单元和复测验证单元；

26、所述执行指令生成单元用于将各装置的目标调节量转换为对应调节机构的旋转圈数或伺服电机脉冲数，生成驱动序列；

27、所述复测验证单元用于通过激光跟踪仪重新测量当前舱体上光学靶标的坐标，计算残余偏差并与预设精度阈值对比，超出阈值时生成再补偿请求并返回所述动态补偿量计算模块。

28、在一种可能的实现方式中，一种预制舱式调相机的模块化安装方法，包括如下步骤：

29、s1，将首舱吊装至基础预埋件上方并初步就位，以首舱为基准建立全局空间坐标系并获取首舱的实际空间位姿参数，记录此刻的温度场作为参考温度场；

30、s2，当安装第个舱体时，其中，将该舱体落放至基础预埋件上方并使其地脚螺栓保持松动状态，同步采集当前温度场数据，根据基础混凝土线膨胀系数和舱体钢构造线膨胀系数计算各光学靶标的热漂移修正量，将实测坐标修正至参考温度场下的等效坐标后与理论设计坐标比对，得到该舱体在x轴方向平移偏差、y轴方向平移偏差以及绕z轴偏转角偏差；

31、s3，获取前个已安装舱体的几何偏差序列，采用最小二乘线性拟合法分别计算三个自由度方向上偏差随舱体序号变化的趋势斜率，依据最近邻偏差外推当前第个舱体若不补偿将产生的预测偏差、、；

32、s4，根据当前舱体的实测几何偏差、、和预测偏差、、确定位姿补偿向量，将所述位姿补偿向量代入舱体运动学关系，求解各垂向可调支撑装置和水平顶推装置的三维调节量，并对各调节量进行行程约束校验；

33、s5，将各垂向可调支撑装置和水平顶推装置的目标调节量转换为驱动指令，按预设顺序控制各调节机构动作，调节完成后复测当前舱体的位姿并计算残余偏差，若残余偏差超出预设阈值则重复执行s4和s5进行二次补偿循环；

34、s6，当前舱体的位姿偏差经补偿与复测确认达标后，紧固地脚螺栓将舱体固定于基础预埋件上，更新已安装舱体的偏差序列后返回s2对下一体进行安装，直至全部舱体安装完毕。

35、在一种可能的实现方式中，步骤s2中，所述根据基础混凝土线膨胀系数和舱体钢结构线膨胀系数计算各光学靶标的热漂移修正量包括：

36、对于第个舱体第个光学靶标，由基础温度变化引起的x方向位移修正量按照以下方式计算：

37、

38、其中，为基础混凝土线膨胀系数，为该靶标对应的基础温度测点到基础固定参考点在x方向的距离，所述基础固定参考点位于基础预埋件上沿拼接方向的首端位置，为该靶标所在位置对应的基础温度测点温度值，为参考温度场温度值；

39、由舱体自身温度变化引起的x方向靶标漂移修正量按照以下方式计算：

40、

41、其中，为舱体钢材线膨胀系数，为该靶标相对于舱体中心在x方向的特征尺寸，为该靶标所在底梁温度测点温度值；

42、将基础变形修正分量和舱体自身变形修正分量叠加得到该靶标总的温度修正向量，将各实测坐标减去对应靶标的温度修正向量后得到修正后的靶标等效坐标。

43、在一种可能的实现方式中，步骤s4中，所述根据当前舱体的实测几何偏差和预测偏差确定位姿补偿向量包括：

44、取x方向平移补偿量，方向平移补偿量，绕轴转角补偿量，其中为趋势补偿系数，根据当前舱体底面基准点修正后的等效高度与理论高度之差得到垂向平移补偿量，由此构成位姿补偿向量；

45、各垂向可调支撑装置的垂向目标调节量，其中，为垂向可调支撑装置的总数；

46、各水平顶推装置的水平目标调节量满足：

47、

48、

49、其中，为水平顶推装置的总数，和分别为第个水平顶推装置施力点在舱体局部坐标系中的横坐标和纵坐标，为第个水平顶推装置沿舱体长度方向的顶推调节量，为第个水平顶推装置沿舱体宽度方向的顶推调节量；

50、当任意一个调节量超出对应装置的机械行程范围时，将超限调节量在对应的行程边界处截断并固定为边界值后作为等式约束，以剩余自由度调节量的平方和最小为目标构造二次规划问题：

51、

52、约束条件包含刚体运动学等式以及各装置调节量的上下界不等式，求解该二次规划模型得到一组满足所有行程限制的调节量。

53、与现有技术相比的有益效果：

54、1.本方案中，通过设置逐舱位姿测量模块并引入温度场监测模块的热变形修正，在每个舱体吊装落位后即获取剔除了温度影响的纯几何位姿偏差，解决了测量基准因昼夜温差发生非均匀漂移导致偏差提取失真的问题，使各舱体的实际位置偏差能够被准确获取以用于后续补偿计算；

55、2.本方案中，通过累积误差预测模块对已安装各舱体的偏差序列进行趋势拟合，将拟合得到的前馈量引入补偿策略生成环节，使当前舱体的补偿动作同时兼顾已存在的累积偏差和尚未发生的趋势走向，从机制上避免了传统逐舱独立就位方式下偏差沿拼接方向不断叠加放大的固有缺陷；

56、3.本方案中，通过将舱体位姿补偿向量分解为各垂向可调支撑装置和水平顶推装置的独立调节量，并设置行程校核与二次规划再分配流程，使超出机械行程的调节指令被自动修正为满足边界约束的可行指令，保证补偿动作在实际物理条件下具备可执行性，复测验证环节对补偿结果进行确认并可触发二次循环直至达标。