基于变电站三维实景平台的GIS设备内部结构解析的应用

石玮佳 张超

摘 要：基于变电站三维实景平台的GIS设备内部结构解析的应用是在变电站三维实景平台上，将GIS设备内部结构根据其原理图，真实直观地展示出来。它利用三维技术，将GIS设备的组件机构进行透视拆解，或由外至内逐层分解，以动画或视频方式介绍设备的结构原理及动作行程，展示相关部件的功能说明、电气参数、对应操作规程等，使调控人员能迅速熟悉现场各类设备构造、原理与特性，起到很好的辅助培训作用。

关键词：变电站 三维平台 GIS设备 内部结构

中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2018）01（a）-0053-02

变电站GIS设备是由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线、连接件和出线终端等组成的组合电器的简称，这些设备或部件全部封闭在金属接地的外壳中，在其内部充有一定压力的SF6绝缘气体，故也称SF6全封闭组合电器。实践证明，GIS运行安全可靠、配置灵活、安装方便，它结构紧凑，一般是以整体或若干单元组成，220kV GIS占地面积仅为常规变电站（AIS）的10%，500kV GIS占地面积仅为AIS的5%；它环境适应能力强，不受污染及雨、盐雾等大气环境因素的影响，因此，GIS持别适合于工业污染和气候恶劣以及高海拔地区。GIS是运行可靠性高、维护工作量少、检修周期长的高压电气设备，其故障率只有常规设备的20%～40%，但GIS也有其固有的缺点，由于SF6气体的泄漏、外部水分的渗入、导电杂质的存在、绝缘子老化等因素影响，都可能导致GIS内部闪络故障。GIS的全密封结构使故障的定位及检修比较困難，检修工作繁杂，事故后平均停电检修时间比常规设备长，其停电范围大，常涉及非故障元件。

基于变电站三维实景平台的GIS设备内部结构解析的应用是在变电站三维实景平台上，将GIS设备内部结构根据其原理图，真实直观地展示出来。它利用三维技术，将不同厂家电气设备的组件机构进行透视拆解，或由外至内逐层分解，呈现设备基于真实比例下的从外观到内部的结构解析，使调控人员能迅速熟悉现场各类设备构造、原理与特性，起到很好的辅助培训作用。

1 变电站三维实景平台

变电站三维实景平台为电力系统定制的三维引擎与实景建模技术进行无缝融合，通过系统下发的指令，反向定位三维场景中的电气设备，直观地展现设备所处场景位置和外观，以及直观地了解设备周边环境。利用三维实景重构变电站的真实场景，变电站真实场景还原以下内容。

（1）直观再现变电站的建筑、主控室等和环境场景。

（2）电气一次设备模型按照A/B/C三相拆分，GIS拆分到气室。

（3）直观显示电气一次部分以及电气部分的实际连接。

（4）直观显示各类设备、设备附件、设备标签，地面防火墙表示，介绍标语等细节。

（5）直观显示二次部分，包括开关柜的位置、外观、双击各屏柜模型，可弹出屏柜正面图片；屏柜是根据现场照片精细建模，可弹出三维模型的正面视野、可拉近、缩放。

（6）直观显示摄像机在三维场景中位置。

（7）双击所需查看的电气模型、场景视图会自动拉近到该电气设备模型。

三维实景平台使操作人员能够全面、快速、准确、直观地掌握变电站的运行状况，实现运行监视全景化。

2 基于变电站三维实景平台的GIS设备内部结构解析的实际应用

GIS设备目前生产的厂家中，国外生产厂家主要有ABB、东芝、三菱、日立、西门子、阿尔斯通等，国内生产厂家有西开、沈高、平高等。基于变电站三维实景平台的GIS设备内部结构解析平台利用三维技术，将不同厂家电气设备的组件机构进行透视拆解，或由外至内逐层分解，呈现设备基于真实比例下的从外观到内部的结构解析，以动画或视频方式介绍设备的结构原理及动作行程，展示相关部件的功能说明、电气参数、对应操作规程等，使调控人员能迅速熟悉现场各类设备构造、原理与特性，这对GIS设备的安全运行起到很好的辅助作用。

一个GIS间隔内包含众多设备，这种紧凑的设计使得其优点非常突出，但也带来一些不利影响。与常规变电站（AIS）相比，GIS可靠性高。由于带电部分全部密封于SF6气室内，受外部环境的影响较小，内部隔离开关、接地开关及断路器间相互连锁，维护方便，检修周期长。因其结构布局合理，SF6气体灭弧能力强，提高了其使用寿命，便于日常维护。但它的不利影响也很突出。发生事故后相邻气室或间隔需被迫停电，严重时停电面积更广，事故处理难度大耗费时间长；内部设备受损后恢复困难，维修时间间隔长。如果发生绝缘击穿事故，设备内部有电弧产生，SF6气体在电弧的高温、高压作用下，会分解出氟化氢、硫化氢、四氟化硫等剧毒物质附着在拆开后的母线等设备表面，若不注意处理会危及检修人员的健康。所以，GIS设备内部维修、补气、换气或进入气室工作时对工作人员技术、卫生成都及环境要求严格，特别是要求检修人员对GIS设备性能掌握全面，对GIS各气室间隔位置清楚，对各气室GIS压力范围、GIS气体纯度标准等掌握全面。

基于变电站三维实景平台的GIS设备内部结构解析的应用可以辅助实现以下功能。

（1）进行事故预想及防范措施。进行GIS设备事故预想及防范措施日常取气维护要做好事故预想及防范措施。GIS设备解体检修前必须进行培训，使检修人员掌握GIS设备气室图和主接线图，布置完善的安全措施。在基于变电站三维实景平台的GIS设备结构剖析的平台中，可上进行事故预想的推演，防范措施的演练。

（2）GIS设备的巡检记录管理。在开展变电站GIS设备装置的运行管理以及维护工作时，巡视工作是必不可少的一个环节，在此环节需要基于变电站GIS设备装置的运行要求、工作原理以及特殊结构来确定巡视管理要点，也就是需要对设备装置的运行环境、密封性、外观完好性以及表计指示进行检查。在GIS设备装置运行阶段，需要在开展巡视检查之后，及时将检查结果记录在案，在填写记录的过程中，可将本次的记录结果和上次记录进行比较，进而及时地发现问题隐患。比如：处于同一环境温度时，GIS设备装置的某一气室所显现的气体压力大小要略低于过去的记录值，则可基于此确定设备已存在漏气问题，之后需要及时对压力指示指针进行检查，判断其是否处于安全指示范围之中，同时需要对照现场运行要求或者是设备铭牌之中所标注的气室压力参考值来确定漏气问题的严重程度，以及是否开展进一步的处理。在基于变电站三维实景平台的GIS设备结构剖析的平台中，可将GIS设备的历次巡检记录归档在相应的设备中，这极大地便利运行人员对设备的安全性能进行全面综合监管。

（3）GIS设备的寿命管理。在安装使用变电站GIS设备装置中，会涉及到大量的资料，比如：试验交接报告、土建数据资料、设备装置的出厂报告以及电气设计图纸等，上述资料均是由不同的企业、单位所提供。除了要收集好上述资料外，运维人员也应当以厂家报告以及设备铭牌等来确定变电站现场的设备运行规程，并对设备台账进行整理。在基于变电站三维实景平台的GIS设备中可进行相关资料的录入归档。结合设备的历次巡检记录，设备结构及相关文档资料的一体化整合可以大大便利运行人员对设备的寿命管理，提高设备运行的安全性。

参考文献

[1] 左亚芳.GIS设备运行维护及故障处理[M].北京：中国电力出版社，2013.