WEB GIS技術(shù)在輸變電工程施工中的應(yīng)用研究

朱秀錦

(福建潤秀電力發(fā)展有限公司，福建 莆田 351100)

0 引 言

在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)技術(shù)與用電工程施工技術(shù)快速發(fā)展的趨勢下，我國各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域的用電量急劇增加，對(duì)配電網(wǎng)與電力系統(tǒng)的需求不斷上漲[1]。輸變電工程施工作為配電網(wǎng)及電力系統(tǒng)建設(shè)中的關(guān)鍵部分，對(duì)電力工程的發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用[2]。然而，現(xiàn)階段，我國輸變電工程施工方法中，仍然存在一定的缺陷與問題，降低了輸變電工程的整體質(zhì)量?；诖?，本文以某地區(qū)一輸變電工程為例，引入WEB GIS技術(shù)，提出了一種全新的輸變電工程施工方法研究，為電力工程的穩(wěn)定發(fā)展提供保障。

1 WEB GIS技術(shù)及輸變電工程施工管理主要內(nèi)容

WEB GIS技術(shù)作為輸變電工程施工中的重要技術(shù)，對(duì)提高輸變電工程施工的質(zhì)量與效率具有一定的影響。WEB GIS技術(shù)從廣義角度來說，指的是地理信息采集與管理的一種技術(shù)，應(yīng)用與訪問范圍較為廣泛[3]。在輸變電工程施工過程中，通過WEB GIS技術(shù)能夠快速地對(duì)施工信息與數(shù)據(jù)進(jìn)行全方位的采集，獲取到施工進(jìn)度、問題、工作量等相關(guān)內(nèi)容的詳細(xì)數(shù)據(jù)，為工程施工結(jié)果的準(zhǔn)確性提供保障[4]。通常情況下，輸變電工程施工數(shù)據(jù)具有一定的層次性與復(fù)雜性，WEB GIS技術(shù)能夠降低施工數(shù)據(jù)的復(fù)雜度，將施工中的各項(xiàng)信息通過網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)的形式展示出來，為輸變電工程施工提供一定的便利性[5]。

輸變電工程施工作為配電網(wǎng)與電力系統(tǒng)建設(shè)中的主要內(nèi)容，對(duì)施工方法與技術(shù)的要求較高。輸變電工程包括輸電線路與變電站工程兩個(gè)部分，涉及的專業(yè)內(nèi)容較多，涉及的部門也較多，例如施工單位、建設(shè)單位、監(jiān)管部門等，需要各個(gè)部門協(xié)同合作，共同對(duì)輸變電工程施工方法進(jìn)行設(shè)計(jì)[6]。輸變電工程施工建設(shè)與其他工程建設(shè)之間具有一定的相似性，都是由一系列的任務(wù)共同組成的統(tǒng)一工程[7]。

2 基于WEB GIS技術(shù)的輸變電工程施工方法設(shè)計(jì)

為了改善當(dāng)前我國輸變電工程施工方法中的不足，本文結(jié)合WEB GIS技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種新的輸變電工程施工方法，施工流程，如圖1所示。

圖1 基于WEB GIS的輸變電工程施工流程

如圖1所示，首先，輸變電工程設(shè)計(jì)人員對(duì)施工圖、工地服務(wù)以及竣工圖等進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)；選取適用于該輸變電工程的施工桿塔，為土建工程提供基礎(chǔ)；架空輸變電架空線路，對(duì)輸電線路進(jìn)行設(shè)計(jì)；確定施工導(dǎo)線截面積，安裝線路敷設(shè)工程與輸變電變壓器；基于WEB GIS技術(shù)，調(diào)試輸變電變壓器，對(duì)輸變電工程施工質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收通過后完成輸變電工程的施工，驗(yàn)收不通過則返回重復(fù)上述步驟，直至驗(yàn)收通過為止。

2.1 輸變電工程施工中的桿塔選擇與設(shè)計(jì)

桿塔作為用電工程施工中的重要組成部分，對(duì)配電工作具有較大影響[8]。本文針對(duì)輸變電工程施工中的線路安裝結(jié)構(gòu)，對(duì)施工桿塔進(jìn)行了相應(yīng)的設(shè)計(jì)。首先，在進(jìn)行桿塔選擇時(shí)，需要綜合考慮其承重力以及配電線路的弧垂力因素，保證塔桿滿足輸變電工程施工的實(shí)際需求。輸變電工程施工中涉及的桿塔主要為兩種類型的，直線桿塔與耐張桿塔。兩種桿塔的結(jié)構(gòu)分別如圖2、圖3所示。

圖2 輸變電直線桿塔示意圖

圖3 輸變電耐張桿塔示意圖

直線桿塔在整個(gè)施工中起著承受配電線路最大重力與配電線路水平壓力的作用，耐張桿塔主要負(fù)責(zé)輔助直線桿塔。為了提高桿塔的使用性能，對(duì)于桿塔的型號(hào)與數(shù)量選擇至關(guān)重要。直線桿塔型號(hào)盡量選擇SE41-YZ2Z11-10、SE41-YZ2Z11-15、SE41-Z3Z2-15，每種型號(hào)的桿塔數(shù)量不超過10個(gè)；耐張桿塔型號(hào)盡量選擇HE41-J224-10(11)、SE41-J2X14-15、HE41-J224-12(13)，每種型號(hào)不超過5個(gè)，保證整個(gè)輸變電工程施工中全線桿塔在28～32基。在輸變電工程施工中，桿塔接地電阻的阻值與桿塔的沖擊電位變化具有直接聯(lián)系，為了使輸變電工程施工線路的耐雷水平得到顯著提高，需要對(duì)桿塔的接地電阻進(jìn)行全方位的控制設(shè)計(jì)。沿著輸變電工程施工中架空地線的流向，設(shè)置相鄰桿塔之間的距離，提高地線與導(dǎo)線的阻抗值，將雷擊電流引入到大地中。根據(jù)輸變電工程施工的接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)，設(shè)定每一基桿塔的線路檔距，控制桿塔的傳輸時(shí)間，避免桿塔檔距變化差異性過大而對(duì)輸變電工程造成影響。

2.2 確定輸變電工程施工導(dǎo)線截面積

基于上述輸變電工程施工桿塔選擇完畢后，接下來，根據(jù)輸變電工程中經(jīng)濟(jì)電流的密度變化情況，確定施工導(dǎo)線的截面積。首先，對(duì)輸變電工程的輸送容量最大值進(jìn)行分析，基于輸送容量的最大值，選取對(duì)應(yīng)的施工導(dǎo)線材質(zhì)，結(jié)合輸變電工程的控制成本，綜合施工導(dǎo)線的使用性能、安全性能以及控制成本，最終確定對(duì)應(yīng)的導(dǎo)線材質(zhì)。在導(dǎo)線材質(zhì)確定的基礎(chǔ)上，對(duì)導(dǎo)線在具體輸變電工程施工中承受的負(fù)荷進(jìn)行研究分析，基于施工導(dǎo)線線路的走向以及施工環(huán)境，對(duì)導(dǎo)線截面積進(jìn)行計(jì)算。

通常情況下，輸變電工程的韌性較強(qiáng)，與配電網(wǎng)施工方式相似，在導(dǎo)線截面積確定前，需要選定工程施工的主干線，并對(duì)主干線進(jìn)行合理規(guī)劃。由于輸變電工程中施工的主干線導(dǎo)線數(shù)量具有一定的限制性，本文在主干線導(dǎo)線的選取上，設(shè)定主干線導(dǎo)線的數(shù)量不超過3種，其中架空線路選用鋁芯，電纜線路選用銅芯，在各種不同線路導(dǎo)體中具有良好的使用性能，且線路導(dǎo)體不同時(shí)能夠進(jìn)行穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換計(jì)算，匹配度較高，避免輸變電工程施工中產(chǎn)生浪費(fèi)現(xiàn)象。在確定輸變電工程中的導(dǎo)線的截面積時(shí)，需要對(duì)工程施工的架空絕緣線厚度進(jìn)行不斷調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)為適合工程施工的標(biāo)準(zhǔn)絕緣厚度，除了絕緣線厚度以外，還需要對(duì)施工導(dǎo)線的載流量溫度進(jìn)行控制，溫度應(yīng)當(dāng)在30 ℃范圍內(nèi)。當(dāng)施工導(dǎo)線載流量溫度超過30 ℃時(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)對(duì)該溫度下，導(dǎo)線截面積允許載流量的校正系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，公式為：

(1)

式中：K為輸變電工程施工導(dǎo)線截面積允許載流量的校正系數(shù)；t1為施工導(dǎo)線的實(shí)際載流量溫度；t0為施工導(dǎo)線載流量允許工作的溫度。通過計(jì)算，獲取輸變電工程施工導(dǎo)線截面積允許載流量校正系數(shù)，在此基礎(chǔ)上，采用三角形的導(dǎo)線排列方式，調(diào)整施工導(dǎo)線的排列順序及位置。

2.3 安裝輸變電變壓器

輸變電變壓器在用電工程施工中，主要負(fù)責(zé)控制用電工程的高壓與低壓的變化情況，為輸變電工程施工電壓提供安全保障。在輸變電工程施工方法設(shè)計(jì)中，變壓器的安裝位置至關(guān)重要，對(duì)用電工程后續(xù)的供電質(zhì)量具有較大影響，因此，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員與施工人員在設(shè)計(jì)與安裝變壓器時(shí)，應(yīng)當(dāng)綜合考慮各個(gè)方面的影響因素。變壓器安裝過程中，需要注意安裝位置的容量與半徑是否符合變壓器的需求、變壓器的各個(gè)線路與建筑物之間的安全距離是否達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及變壓器的安裝位置是否能夠?qū)崿F(xiàn)高壓與低壓的進(jìn)線工作。在上述影響因素考慮完畢后，將影響變壓器運(yùn)行的因素在地形圖中標(biāo)記出來，并進(jìn)行實(shí)際測量，最終選取合適的變壓器線路安裝路徑。根據(jù)上述本文選擇的桿塔型號(hào)，對(duì)桿塔的安裝位置與路徑進(jìn)行合理分析，為變壓器的安裝提供一定的參考依據(jù)。在變壓器線路施工時(shí)，進(jìn)行定位復(fù)測，避免桿塔與變壓器安裝過程中出現(xiàn)安裝荷重起吊的情況。設(shè)定變壓器的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，根據(jù)實(shí)際的施工情況，對(duì)提供的電壓進(jìn)行穩(wěn)定調(diào)節(jié)，控制變壓器額定電壓的波動(dòng)范圍，保證整個(gè)輸變電工程施工的電壓穩(wěn)定。

2.4 基于WEB GIS技術(shù)調(diào)試輸變電變壓器

在上述輸變電變壓器安裝結(jié)束后，采用WEB GIS技術(shù)，對(duì)輸變電變壓器進(jìn)行調(diào)試操作。將輸變電變壓器接地，采用搖表設(shè)備，對(duì)變壓器的鐵芯絕緣電阻進(jìn)行測量，設(shè)定測量時(shí)間為1 min，測量結(jié)束后，將鐵芯牢固接地處理，采用工頻耐壓測試的方式，測試鐵芯牢固接地后的電阻變化情況，并實(shí)時(shí)記錄。利用數(shù)字兆歐表，對(duì)變壓器各個(gè)繞組的匝數(shù)進(jìn)行測量，與變壓器實(shí)際的電壓比進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)對(duì)比情況，判斷變壓器各個(gè)分接開關(guān)的連接是否正確。當(dāng)電壓比的結(jié)果存在一定偏差時(shí)，根據(jù)變壓器調(diào)試規(guī)定的偏差標(biāo)準(zhǔn)，判斷偏差結(jié)果是否符合相關(guān)的要求。在掌握電壓比偏差結(jié)果的基礎(chǔ)上，測量變壓器各個(gè)對(duì)閥側(cè)的分接變比，并通過WEB GIS技術(shù)檢查變壓器聯(lián)結(jié)組的標(biāo)號(hào)是否為Ii0，獲取變壓器相間繞組的直流電阻的平衡狀態(tài)，為變壓器載流回路故障調(diào)試提供參考數(shù)據(jù)。在輸變電工程交流電場的作用下，變壓器會(huì)受到電導(dǎo)的影響，進(jìn)而引起變壓器功率損耗，此時(shí)，需要采用WEB GIS技術(shù)，采集變壓器有功功率與無功功率的損耗因數(shù)，判斷變壓器的絕緣狀態(tài)以及繞組間的電容值變化，計(jì)算繞組的損耗，公式為：

P=I2×R+PWE1+PSE1

(2)

式中：P為變壓器繞組損耗；I為變壓器基波頻率電流；R為變壓器的電阻值；PWE1為變壓器繞組在基波頻率下產(chǎn)生的渦流損耗；PSE1為變壓器結(jié)構(gòu)件受到影響產(chǎn)生的雜散損耗。通過計(jì)算，獲取變壓器在基波頻率下的繞組損耗，根據(jù)具體的損耗值，對(duì)變壓器進(jìn)行全方位的調(diào)試處理，獲取符合輸變電工程的變壓器。最后，基于WEB GIS技術(shù)中的信息管理功能，對(duì)輸變電工程施工中桿塔的空間位置進(jìn)行快速檢索操作，實(shí)現(xiàn)輸變電工程施工中數(shù)據(jù)的共享目標(biāo)。

3 對(duì)比分析

為了對(duì)本文提出的基于WEB GIS技術(shù)的輸變電工程施工方法的可行性做出進(jìn)一步客觀分析，進(jìn)行了如下文所示的實(shí)驗(yàn)。本次實(shí)驗(yàn)選取某地區(qū)一輸變電工程為研究對(duì)象，該輸變電工程站址的海拔較高，約為2 652 m，所處區(qū)域內(nèi)晝夜溫差大，最大日溫差為28.6 ℃，平均最高氣溫為13.5 ℃，最低氣溫為-2.6 ℃，平均相對(duì)濕度約為50%，年平均降水量約為326.8 mm。該輸變電工程含有高壓換流站與750 kV變電站，共用750 kV的配電裝置，整體配電裝置共建設(shè)30臺(tái)斷路器，其中，換流站范圍內(nèi)包括14臺(tái)750 kV斷路器與濾波器，變電站范圍內(nèi)包括750 kV GIS母線及16臺(tái)其余斷路器，除了上述30臺(tái)斷路器以外，另外安裝20臺(tái)GIS封閉式高壓斷路器，每臺(tái)高壓斷路器分別與濾波器及電容器的母線建立連接，輸變電工程施工中的換流器建設(shè)參數(shù)見表1。

表1 輸變電工程施工換流器參數(shù)

施工中，嚴(yán)格按照上述參數(shù)設(shè)置選取換流器，在此基礎(chǔ)上，將上述本文設(shè)計(jì)的輸變電工程施工方法應(yīng)用到該輸變電工程當(dāng)中。設(shè)置輸變電工程中的電氣主接線方式，根據(jù)工程施工中的具體情況及特征，本次實(shí)驗(yàn)采用雙極直流接線方式，在換流器兩極閥中形成固定接線。選取1個(gè)半斷路器、6大組交流濾波器，在交流開關(guān)場中接入750 kV配電裝置串，利用單母線接線與濾波器小組之間建立連接，控制輸變電主變壓器的運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)輸變電工程施工的相關(guān)技術(shù)要求，對(duì)輸變電工程的站區(qū)平面進(jìn)行布置，根據(jù)站區(qū)平面布置調(diào)節(jié)對(duì)流變運(yùn)行的運(yùn)輸軌道。為了更好地驗(yàn)證本文提出的輸變電工程施工方法的可行性，本次實(shí)驗(yàn)采用對(duì)比實(shí)驗(yàn)的分析方式，利用MATLAB分析軟件，對(duì)輸變電工程施工質(zhì)量驗(yàn)收合格率進(jìn)行全方位分析，與傳統(tǒng)的輸變電工程施工方法進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果見表2。

表2 兩種輸變電工程施工方法驗(yàn)收合格率對(duì)比

根據(jù)表2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，本文提出的基于WEB GIS技術(shù)的輸變電工程施工方法，各個(gè)分項(xiàng)施工的合格率與單位優(yōu)良率均在96%以上。與傳統(tǒng)施工方法相比，本文提出的方法的施工質(zhì)量更加具有優(yōu)勢。

4 結(jié)束語

綜上所述，為了改善傳統(tǒng)輸變電工程施工方法的不足，本文在傳統(tǒng)輸變電工程施工方法的基礎(chǔ)上，引入WEB GIS技術(shù)，提出了全新的施工方法設(shè)計(jì)。通過本文的研究，使輸變電工程施工的質(zhì)量與效率得到了顯著提升，保證工程施工的工期節(jié)點(diǎn)能夠順利完成，對(duì)配電網(wǎng)與電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。