基于變電站三維實景平臺的GIS設備內部結構解析的應用

石瑋佳 張超

摘 要：基于變電站三維實景平臺的GIS設備內部結構解析的應用是在變電站三維實景平臺上，將GIS設備內部結構根據其原理圖，真實直觀地展示出來。它利用三維技術，將GIS設備的組件機構進行透視拆解，或由外至內逐層分解，以動畫或視頻方式介紹設備的結構原理及動作行程，展示相關部件的功能說明、電氣參數、對應操作規程等，使調控人員能迅速熟悉現場各類設備構造、原理與特性，起到很好的輔助培訓作用。

關鍵詞：變電站 三維平臺 GIS設備 內部結構

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）01（a）-0053-02

變電站GIS設備是由斷路器、隔離開關、接地開關、互感器、避雷器、母線、連接件和出線終端等組成的組合電器的簡稱，這些設備或部件全部封閉在金屬接地的外殼中，在其內部充有一定壓力的SF6絕緣氣體，故也稱SF6全封閉組合電器。實踐證明，GIS運行安全可靠、配置靈活、安裝方便，它結構緊湊，一般是以整體或若干單元組成，220kV GIS占地面積僅為常規變電站（AIS）的10%，500kV GIS占地面積僅為AIS的5%；它環境適應能力強，不受污染及雨、鹽霧等大氣環境因素的影響，因此，GIS持別適合于工業污染和氣候惡劣以及高海拔地區。GIS是運行可靠性高、維護工作量少、檢修周期長的高壓電氣設備，其故障率只有常規設備的20%～40%，但GIS也有其固有的缺點，由于SF6氣體的泄漏、外部水分的滲入、導電雜質的存在、絕緣子老化等因素影響，都可能導致GIS內部閃絡故障。GIS的全密封結構使故障的定位及檢修比較困難，檢修工作繁雜，事故后平均停電檢修時間比常規設備長，其停電范圍大，常涉及非故障元件。

基于變電站三維實景平臺的GIS設備內部結構解析的應用是在變電站三維實景平臺上，將GIS設備內部結構根據其原理圖，真實直觀地展示出來。它利用三維技術，將不同廠家電氣設備的組件機構進行透視拆解，或由外至內逐層分解，呈現設備基于真實比例下的從外觀到內部的結構解析，使調控人員能迅速熟悉現場各類設備構造、原理與特性，起到很好的輔助培訓作用。

1 變電站三維實景平臺

變電站三維實景平臺為電力系統定制的三維引擎與實景建模技術進行無縫融合，通過系統下發的指令，反向定位三維場景中的電氣設備，直觀地展現設備所處場景位置和外觀，以及直觀地了解設備周邊環境。利用三維實景重構變電站的真實場景，變電站真實場景還原以下內容。

（1）直觀再現變電站的建筑、主控室等和環境場景。

（2）電氣一次設備模型按照A/B/C三相拆分，GIS拆分到氣室。

（3）直觀顯示電氣一次部分以及電氣部分的實際連接。

（4）直觀顯示各類設備、設備附件、設備標簽，地面防火墻表示，介紹標語等細節。

（5）直觀顯示二次部分，包括開關柜的位置、外觀、雙擊各屏柜模型，可彈出屏柜正面圖片；屏柜是根據現場照片精細建模，可彈出三維模型的正面視野、可拉近、縮放。

（6）直觀顯示攝像機在三維場景中位置。

（7）雙擊所需查看的電氣模型、場景視圖會自動拉近到該電氣設備模型。

三維實景平臺使操作人員能夠全面、快速、準確、直觀地掌握變電站的運行狀況，實現運行監視全景化。

2 基于變電站三維實景平臺的GIS設備內部結構解析的實際應用

GIS設備目前生產的廠家中，國外生產廠家主要有ABB、東芝、三菱、日立、西門子、阿爾斯通等，國內生產廠家有西開、沈高、平高等。基于變電站三維實景平臺的GIS設備內部結構解析平臺利用三維技術，將不同廠家電氣設備的組件機構進行透視拆解，或由外至內逐層分解，呈現設備基于真實比例下的從外觀到內部的結構解析，以動畫或視頻方式介紹設備的結構原理及動作行程，展示相關部件的功能說明、電氣參數、對應操作規程等，使調控人員能迅速熟悉現場各類設備構造、原理與特性，這對GIS設備的安全運行起到很好的輔助作用。

一個GIS間隔內包含眾多設備，這種緊湊的設計使得其優點非常突出，但也帶來一些不利影響。與常規變電站（AIS）相比，GIS可靠性高。由于帶電部分全部密封于SF6氣室內，受外部環境的影響較小，內部隔離開關、接地開關及斷路器間相互連鎖，維護方便，檢修周期長。因其結構布局合理，SF6氣體滅弧能力強，提高了其使用壽命，便于日常維護。但它的不利影響也很突出。發生事故后相鄰氣室或間隔需被迫停電，嚴重時停電面積更廣，事故處理難度大耗費時間長；內部設備受損后恢復困難，維修時間間隔長。如果發生絕緣擊穿事故，設備內部有電弧產生，SF6氣體在電弧的高溫、高壓作用下，會分解出氟化氫、硫化氫、四氟化硫等劇毒物質附著在拆開后的母線等設備表面，若不注意處理會危及檢修人員的健康。所以，GIS設備內部維修、補氣、換氣或進入氣室工作時對工作人員技術、衛生成都及環境要求嚴格，特別是要求檢修人員對GIS設備性能掌握全面，對GIS各氣室間隔位置清楚，對各氣室GIS壓力范圍、GIS氣體純度標準等掌握全面。

基于變電站三維實景平臺的GIS設備內部結構解析的應用可以輔助實現以下功能。

（1）進行事故預想及防范措施。進行GIS設備事故預想及防范措施日常取氣維護要做好事故預想及防范措施。GIS設備解體檢修前必須進行培訓，使檢修人員掌握GIS設備氣室圖和主接線圖，布置完善的安全措施。在基于變電站三維實景平臺的GIS設備結構剖析的平臺中，可上進行事故預想的推演，防范措施的演練。

（2）GIS設備的巡檢記錄管理。在開展變電站GIS設備裝置的運行管理以及維護工作時，巡視工作是必不可少的一個環節，在此環節需要基于變電站GIS設備裝置的運行要求、工作原理以及特殊結構來確定巡視管理要點，也就是需要對設備裝置的運行環境、密封性、外觀完好性以及表計指示進行檢查。在GIS設備裝置運行階段，需要在開展巡視檢查之后，及時將檢查結果記錄在案，在填寫記錄的過程中，可將本次的記錄結果和上次記錄進行比較，進而及時地發現問題隱患。比如：處于同一環境溫度時，GIS設備裝置的某一氣室所顯現的氣體壓力大小要略低于過去的記錄值，則可基于此確定設備已存在漏氣問題，之后需要及時對壓力指示指針進行檢查，判斷其是否處于安全指示范圍之中，同時需要對照現場運行要求或者是設備銘牌之中所標注的氣室壓力參考值來確定漏氣問題的嚴重程度，以及是否開展進一步的處理。在基于變電站三維實景平臺的GIS設備結構剖析的平臺中，可將GIS設備的歷次巡檢記錄歸檔在相應的設備中，這極大地便利運行人員對設備的安全性能進行全面綜合監管。

（3）GIS設備的壽命管理。在安裝使用變電站GIS設備裝置中，會涉及到大量的資料，比如：試驗交接報告、土建數據資料、設備裝置的出廠報告以及電氣設計圖紙等，上述資料均是由不同的企業、單位所提供。除了要收集好上述資料外，運維人員也應當以廠家報告以及設備銘牌等來確定變電站現場的設備運行規程，并對設備臺賬進行整理。在基于變電站三維實景平臺的GIS設備中可進行相關資料的錄入歸檔。結合設備的歷次巡檢記錄，設備結構及相關文檔資料的一體化整合可以大大便利運行人員對設備的壽命管理，提高設備運行的安全性。

參考文獻

[1] 左亞芳.GIS設備運行維護及故障處理[M].北京：中國電力出版社，2013.