電力電纜管理系統設計研究

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摘要：由于電力電纜埋于地下無法直觀看到，對電纜的管理難度相比較架空線路管理要大，而現有的管理模式存在著諸多的缺陷，因此需要設計新的電纜管理系統來加強對電纜的管理。基于三維仿真技術的電力電纜管理系統以三維仿真技術為依托，借助GIS技術和PMS系統，采集和管理電纜數據，并為提高電纜管理的效率和精度提供了技術支撐和保障。

關鍵詞：電纜管理；三維仿真；GIS

電力電纜是城市規劃和管理的重要基礎設施，隨著城市的發展，電纜規模不斷擴大，結構也日益復雜，尤其是在地下形成了大規模、錯綜復雜的電纜網。為了加強對電纜的管理，提高電纜管理的效率和精度，必須對現有的管理系統進行不斷創新和改造，以適應新的發展要求。

1傳統電力電纜管理模式分析

現階段，對電力電纜的管理模式主要有兩種。一種是傳統的人力管理模式，即人為將電纜編號標示在電纜井口，然后根據這些標識繪制電纜走向圖。盡管這種方法在過去很長一段時間內對管理電纜起了重要作用，但是僅靠人為經驗來維護電纜，存在著較大的風險。一旦出現判斷失誤導致電纜被誤開挖，就容易導致不同程度的事故，嚴重的還會出現人員傷亡。因此，隨著電纜結構的日益復雜以及電力用戶對電力可靠性的要求越來越高，人力管理模式已經不能適應現代化的電纜管理方式。第二種是基于二維GIS技術的管理系統，通過GIS二維定位采集數據，并將采集到的數據在GIS系統上進行標注。盡管相比較人力管理模式，GIS電纜管理系統能夠大大提高電纜管理的精度和準度，但是還是存在著諸多缺陷。而電力電纜通過城市的地區地理條件比較復雜，與眾多電力線路和通訊線路交叉跨越，電纜位置與地理空間位置密切相關，特別是在垂直方向上的層次信息尤為重要。二維技術僅能觀測到X軸和Y軸的平面數據，難以處理三維立體的復雜數據，這就導致在對故障點的定位時，準確度會產生一定影響，從而影響電纜搶修的及時性。同時，由于無法有效描述電纜的空間位置、通道形狀等，容易影響到其他施工單位，甚至導致其他施工單位在施工時破壞到電纜。

2基于三維仿真技術的電力電纜管理系統設計

基于以上分析，當前迫切需要對電纜管理系統進行創新升級，借助現代化的科技和管理手段搭建自動化、定量化、現代化的電纜管理系統，對電力電纜進行有效精準管理。目前，國內已開展了電網三維顯示方面的研究。因此，本文提出基于三維仿真技術的電力電纜管理系統，該系統以移動定位技術、虛擬現實增強技術、三維激光掃描技術、實景地理信息系統為基礎，能夠有效解決當前電力電纜管理的不足，提升電纜線路安全運行水平，接軌智能化運檢管控模式，推動電網智能運檢不斷創新。構建一個良好管理系統首先要對數據進行規范化。電纜運行管理過程中涉及大量的數據，且數據關系復雜、類別繁多，既有大量的屬性數據，如施工圖、施工錄像等各種圖件，又有運行管理的各種申請、審批報表等。如何對其進行有效的貯存、管理和利用是管理系統考慮的首要問題。2．1數據分類。根據調研和相關文獻，本文中將電纜數據分為空間數據、屬性數據和業務數據。空間數據包括地理空間數據、圖形空間數據以及拓撲數據。屬性數據包括設備屬性數據、系統配置數據，接口數據。業務數據為系統業務數據以及文檔數據。其中，空間數據和屬性數據是電纜系統數據管理的重點。針對這些不同類型的數據，系統在組織和處理上也會有所不同。其中，空間數據采用的是三維定位，即空間位置（地物在地圖中的位置）、相對位置（地物實體間的拓撲關系）及空間屬性數據（描述地物的特征）。通常而言，空間數據主要包括：各個輸電設備在三維空間中的矢量點、線、組合模型的相關位置信息；地形等高線數據；相關電力及線路走向和交叉情況以及變電站接線圖、平面布置圖、輸電線路斷面圖、桿形設計圖以及各種工程圖紙數據。屬性數據既可以是對某一個輸電設備具體化的數據，也可以是某一個對象表格化的描述從而能夠為決策者提供有用的輔助決策信息。屬性數據主要包括電纜的電壓等級、容量、線路起止點描述、接頭資料、運行方式、歷史維護檢修記錄和實時運行信息等。業務數據既包括系統在處理各種業務中所儲存的數據，也包括管道與電纜線業務流程管理審批中所提交相關文檔、圖片等文件格式類數據。2．2數據的連接。連接不同的數據就需要建立完善的數據庫結構，通過合理劃分數據庫，并結合電纜管理的實際需要，將空間數據與屬性數據進行連接。在打開地圖數據源時，要求能夠獲得數據標識碼，并在數據庫系統中查詢設備屬性數據庫，如果查詢通過就可以將空間數據與屬性數據相連結了，從而獲得電纜管理所需要的數據。反之，如果在查詢屬性數據庫時沒有查詢到相關設備屬性數據，就需要對設備數據進行添加和更新。2．3系統整體架構。三維仿真電力電纜管理系統在應用時涉及的功能比較繁多，因此其設計相對二維系統要復雜很多。系統的主要架構分為四層，包括數據獲取層、數據層、服務層和應用層，具體如圖1所示。在數據層，通過三維激光掃描技術對電纜工井、附屬設施、電纜通道、電纜軌跡等進行精準定位形成三維數據，同時建設設備電子編碼標識系統，建立電纜通道三維模型及設備基礎數據標準化數據庫，實現與GIS和PMS系統數據交互，為智能化運檢平臺提供高效、精準的后臺數據。通過數據層和服務層，最終實現電纜、通道及管孔資源可視化，電纜通道與道路河流等多維度關聯信息分析，電纜通道資源查詢及通道資源審批，實現電纜運維單位、規劃設計單位對電纜及通道資源“一清二楚”，提升電纜及通道精益化管理水平。2．4系統功能設計基于三維仿真技術的電力電纜管理系統主要能夠實現的功能除了二維系統的圖形編輯、圖層控制、圖像操作等常規功能外，更重要的是能夠提供三維展示，基礎臺賬、缺陷統計等查詢統計功能，數據錄入、更新等數據管理功能，電纜規劃、資源審批等輔助設計功能以及故障檢測、設備管理等運行管理功能。相對于傳統的三維管理系統，三維管理系統能夠完善以下功能的實現。2．4．1完善基礎臺賬。建立電纜信息資源采集標準，完成存量電纜通道、管溝資源測繪，進行基礎數據的全面普查，建立增量電纜及通道“同建設、同采集、同運維”機制，開展電纜資源數據常態化核查，最終形成以圖形化方式展示35kV及以上電壓等級電纜線路回路數、長度及運維責任區段，并能夠以電纜電壓等級、設備類型、運行時間、運維單位等多維度進行統計和展示，為電纜精益化管理奠定基礎。同時，基于歷年來電纜故障和缺陷典型案例分析，以及通道的綜合治理典型案例數據，建立電纜及通道情報數據庫，并動態更新，為設備狀態綜合評價、差異化檢修計劃、搶修預案等提供數據支撐。2．4．2提升基礎數據多維度應用深度深化應用PMS2．0系統電纜及通道資源信息，多維度展示各地區電纜及通道資源規模、通道及工井變化趨勢、隱患缺陷，以及電纜及通道異常數據告警，實現電纜及通道資源精益管理。通過電纜名稱、電纜通道、道路等任一維度可進行信息資源互查，實現電纜本體、接頭、通道、環境等多維度信息關聯分析，為電纜規劃、現場交底等提供支撐。同時，以圖形化展示管道截面、工井剖面、管孔占用等通道資源，為通道運維、資源審批等提供支撐。2．4．3通道資源全過程管理實現電纜路徑最優規劃功能：通過設置起始井、終止井信息，根據通道類型、通道可用率、通道材質、通道大小等相關信息，圖形化展示現有通道及待建通道，為新增電纜路徑設計方案提供參考依據。同時，可以規范電纜資源審批流程。支持電纜可用通道資源查詢，建立規范的電纜通道資源申請、審批、預留及占用機制，實現電纜通道資源使用全流程精益管控，避免通道資源不規范占用，實現通道資源利用最大化。2．4．4三維展示采用三維模擬技術對地下電纜及通道查閱、全景模擬瀏覽，實現電纜及通道基礎數據的數字化、可視化、實景化管理。2．4．5快速定位運檢人員利用手持式移動作業終端實現對電纜線路精準定位和三維電纜數據的實時訪問，可以隨時調用電纜線路最新的狀態數據，實現電纜通道及線路的巡視和消缺管理，提高電纜日常運行維護效率，提升電纜通道健康管理水平。2．4．6防外破、防火等防災、減災功能針對電纜通道沿線施工點多面廣、相對孤立分散、夜間臨時性施工多、運維力量相對薄弱等現狀。基于三維成果，可提供精確的電纜埋深資料以及與其它市政管線的相對位置關系、管孔防火封堵情況，為通道隱患分析、通道隱患應對策略等防外破措施制定提供基礎信息。利用在防外力破壞定位預警定位裝置以及外破視頻監控設備，整合大數據資源，建立電纜防外力破壞管控平臺。同時，通過安裝在電力電纜及通道上在線監測裝置，實時展示線路運行狀態。如利用在線環流監測、溫度監測和局部放電監測，對中間接頭、電纜終端等電纜重要部位進行數據遠程監控，實時掌握電纜環流、電纜溫度、電纜線芯及表層局部放電頻譜等實時數據，設置數據異常報警功能并按照嚴重等級發送報警信息。

3實例應用

以實現基礎臺賬的完善和三維展示為例，實現對系統的應用。（1）完善基礎臺賬。對全省35kV及以上電壓等級電纜線路回路數、長度及運維責任區段，并能夠以電纜電壓等級、設備類型、運行時間、運維單位等多維度進行統計和展示，如圖2所示。（2）三維展示。采用三維模擬技術對南部某城市東南某一景區10．8平方公里示范區域內地下電纜及通道查閱、全景模擬瀏覽，實現電纜及通道基礎數據的數字化、可視化、實景化管理，如圖3所示。

4結語

傳統的電力電纜管理模式存在著諸多的缺陷，為了提高電纜管理的精度和效率，設計出基于三維仿真技術的電力電纜管理系統。在三維仿真技術下，電力電纜管理系統可以有效收集和管理電纜數據，并通過三維模擬來對相關參數進行綜合分析，為決策人員提供有效信息。在未來的發展中，三維精準數據技術在電纜的智能化管理應用中仍可繼續挖掘，不斷提高管理系統的運行效率。

作者:劉燕平 丁祥 陳天宜 單位:浙江華云電力工程設計咨詢有限公司