WEB GIS技術在輸變電工程施工中的應用研究

朱秀錦

(福建潤秀電力發展有限公司，福建 莆田 351100)

0 引 言

在當前經濟技術與用電工程施工技術快速發展的趨勢下，我國各個行業領域的用電量急劇增加，對配電網與電力系統的需求不斷上漲[1]。輸變電工程施工作為配電網及電力系統建設中的關鍵部分，對電力工程的發展起到了至關重要的作用[2]。然而，現階段，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量?；诖?，本文以某地區一輸變電工程為例，引入WEB GIS技術，提出了一種全新的輸變電工程施工方法研究，為電力工程的穩定發展提供保障。

1 WEB GIS技術及輸變電工程施工管理主要內容

WEB GIS技術作為輸變電工程施工中的重要技術，對提高輸變電工程施工的質量與效率具有一定的影響。WEB GIS技術從廣義角度來說，指的是地理信息采集與管理的一種技術，應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技術能夠快速地對施工信息與數據進行全方位的采集，獲取到施工進度、問題、工作量等相關內容的詳細數據，為工程施工結果的準確性提供保障[4]。通常情況下，輸變電工程施工數據具有一定的層次性與復雜性，WEB GIS技術能夠降低施工數據的復雜度，將施工中的各項信息通過網絡地理信息系統的形式展示出來，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與電力系統建設中的主要內容，對施工方法與技術的要求較高。輸變電工程包括輸電線路與變電站工程兩個部分，涉及的專業內容較多，涉及的部門也較多，例如施工單位、建設單位、監管部門等，需要各個部門協同合作，共同對輸變電工程施工方法進行設計[6]。輸變電工程施工建設與其他工程建設之間具有一定的相似性，都是由一系列的任務共同組成的統一工程[7]。

2 基于WEB GIS技術的輸變電工程施工方法設計

為了改善當前我國輸變電工程施工方法中的不足，本文結合WEB GIS技術，設計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，輸變電工程設計人員對施工圖、工地服務以及竣工圖等進行相應的設計；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；架空輸變電架空線路，對輸電線路進行設計；確定施工導線截面積，安裝線路敷設工程與輸變電變壓器；基于WEB GIS技術，調試輸變電變壓器，對輸變電工程施工質量進行驗收，驗收通過后完成輸變電工程的施工，驗收不通過則返回重復上述步驟，直至驗收通過為止。

2.1 輸變電工程施工中的桿塔選擇與設計

桿塔作為用電工程施工中的重要組成部分，對配電工作具有較大影響[8]。本文針對輸變電工程施工中的線路安裝結構，對施工桿塔進行了相應的設計。首先，在進行桿塔選擇時，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。兩種桿塔的結構分別如圖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，耐張桿塔主要負責輔助直線桿塔。為了提高桿塔的使用性能，對于桿塔的型號與數量選擇至關重要。直線桿塔型號盡量選擇SE41-YZ2Z11-10、SE41-YZ2Z11-15、SE41-Z3Z2-15，每種型號的桿塔數量不超過10個；耐張桿塔型號盡量選擇HE41-J224-10(11)、SE41-J2X14-15、HE41-J224-12(13)，每種型號不超過5個，保證整個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，需要對桿塔的接地電阻進行全方位的控制設計。沿著輸變電工程施工中架空地線的流向，設置相鄰桿塔之間的距離，提高地線與導線的阻抗值，將雷擊電流引入到大地中。根據輸變電工程施工的接地網結構，設定每一基桿塔的線路檔距，控制桿塔的傳輸時間，避免桿塔檔距變化差異性過大而對輸變電工程造成影響。

2.2 確定輸變電工程施工導線截面積

基于上述輸變電工程施工桿塔選擇完畢后，接下來，根據輸變電工程中經濟電流的密度變化情況，確定施工導線的截面積。首先，對輸變電工程的輸送容量最大值進行分析，基于輸送容量的最大值，選取對應的施工導線材質，結合輸變電工程的控制成本，綜合施工導線的使用性能、安全性能以及控制成本，最終確定對應的導線材質。在導線材質確定的基礎上，對導線在具體輸變電工程施工中承受的負荷進行研究分析，基于施工導線線路的走向以及施工環境，對導線截面積進行計算。

通常情況下，輸變電工程的韌性較強，與配電網施工方式相似，在導線截面積確定前，需要選定工程施工的主干線，并對主干線進行合理規劃。由于輸變電工程中施工的主干線導線數量具有一定的限制性，本文在主干線導線的選取上，設定主干線導線的數量不超過3種，其中架空線路選用鋁芯，電纜線路選用銅芯，在各種不同線路導體中具有良好的使用性能，且線路導體不同時能夠進行穩定的轉換計算，匹配度較高，避免輸變電工程施工中產生浪費現象。在確定輸變電工程中的導線的截面積時，需要對工程施工的架空絕緣線厚度進行不斷調節，調節為適合工程施工的標準絕緣厚度，除了絕緣線厚度以外，還需要對施工導線的載流量溫度進行控制，溫度應當在30 ℃范圍內。當施工導線載流量溫度超過30 ℃時，應當及時對該溫度下，導線截面積允許載流量的校正系數進行計算，公式為：

(1)

式中：K為輸變電工程施工導線截面積允許載流量的校正系數；t1為施工導線的實際載流量溫度；t0為施工導線載流量允許工作的溫度。通過計算，獲取輸變電工程施工導線截面積允許載流量校正系數，在此基礎上，采用三角形的導線排列方式，調整施工導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，主要負責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計中，變壓器的安裝位置至關重要，對用電工程后續的供電質量具有較大影響，因此，相關的設計人員與施工人員在設計與安裝變壓器時，應當綜合考慮各個方面的影響因素。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、變壓器的各個線路與建筑物之間的安全距離是否達到相關標準以及變壓器的安裝位置是否能夠實現高壓與低壓的進線工作。在上述影響因素考慮完畢后，將影響變壓器運行的因素在地形圖中標記出來，并進行實際測量，最終選取合適的變壓器線路安裝路徑。根據上述本文選擇的桿塔型號，對桿塔的安裝位置與路徑進行合理分析，為變壓器的安裝提供一定的參考依據。在變壓器線路施工時，進行定位復測，避免桿塔與變壓器安裝過程中出現安裝荷重起吊的情況。設定變壓器的自動調節功能，根據實際的施工情況，對提供的電壓進行穩定調節，控制變壓器額定電壓的波動范圍，保證整個輸變電工程施工的電壓穩定。

2.4 基于WEB GIS技術調試輸變電變壓器

在上述輸變電變壓器安裝結束后，采用WEB GIS技術，對輸變電變壓器進行調試操作。將輸變電變壓器接地，采用搖表設備，對變壓器的鐵芯絕緣電阻進行測量，設定測量時間為1 min，測量結束后，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，并實時記錄。利用數字兆歐表，對變壓器各個繞組的匝數進行測量，與變壓器實際的電壓比進行對比，根據對比情況，判斷變壓器各個分接開關的連接是否正確。當電壓比的結果存在一定偏差時，根據變壓器調試規定的偏差標準，判斷偏差結果是否符合相關的要求。在掌握電壓比偏差結果的基礎上，測量變壓器各個對閥側的分接變比，并通過WEB GIS技術檢查變壓器聯結組的標號是否為Ii0，獲取變壓器相間繞組的直流電阻的平衡狀態，為變壓器載流回路故障調試提供參考數據。在輸變電工程交流電場的作用下，變壓器會受到電導的影響，進而引起變壓器功率損耗，此時，需要采用WEB GIS技術，采集變壓器有功功率與無功功率的損耗因數，判斷變壓器的絕緣狀態以及繞組間的電容值變化，計算繞組的損耗，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生的渦流損耗；PSE1為變壓器結構件受到影響產生的雜散損耗。通過計算，獲取變壓器在基波頻率下的繞組損耗，根據具體的損耗值，對變壓器進行全方位的調試處理，獲取符合輸變電工程的變壓器。最后，基于WEB GIS技術中的信息管理功能，對輸變電工程施工中桿塔的空間位置進行快速檢索操作，實現輸變電工程施工中數據的共享目標。

3 對比分析

為了對本文提出的基于WEB GIS技術的輸變電工程施工方法的可行性做出進一步客觀分析，進行了如下文所示的實驗。本次實驗選取某地區一輸變電工程為研究對象，該輸變電工程站址的海拔較高，約為2 652 m，所處區域內晝夜溫差大，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30臺斷路器，其中，換流站范圍內包括14臺750 kV斷路器與濾波器，變電站范圍內包括750 kV GIS母線及16臺其余斷路器，除了上述30臺斷路器以外，另外安裝20臺GIS封閉式高壓斷路器，每臺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參數見表1。

表1 輸變電工程施工換流器參數

施工中，嚴格按照上述參數設置選取換流器，在此基礎上，將上述本文設計的輸變電工程施工方法應用到該輸變電工程當中。設置輸變電工程中的電氣主接線方式，根據工程施工中的具體情況及特征，本次實驗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個半斷路器、6大組交流濾波器，在交流開關場中接入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行狀態。根據輸變電工程施工的相關技術要求，對輸變電工程的站區平面進行布置，根據站區平面布置調節對流變運行的運輸軌道。為了更好地驗證本文提出的輸變電工程施工方法的可行性，本次實驗采用對比實驗的分析方式，利用MATLAB分析軟件，對輸變電工程施工質量驗收合格率進行全方位分析，與傳統的輸變電工程施工方法進行對比，對比結果見表2。

表2 兩種輸變電工程施工方法驗收合格率對比

根據表2的實驗結果可知，本文提出的基于WEB GIS技術的輸變電工程施工方法，各個分項施工的合格率與單位優良率均在96%以上。與傳統施工方法相比，本文提出的方法的施工質量更加具有優勢。

4 結束語

綜上所述，為了改善傳統輸變電工程施工方法的不足，本文在傳統輸變電工程施工方法的基礎上，引入WEB GIS技術，提出了全新的施工方法設計。通過本文的研究，使輸變電工程施工的質量與效率得到了顯著提升，保證工程施工的工期節點能夠順利完成，對配電網與電力系統的穩定運行具有重要意義。