電力電纜管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(xiàn)有的管理模式存在著諸多的缺陷，因此需要設(shè)計(jì)新的電纜管理系統(tǒng)來加強(qiáng)對電纜的管理。基于三維仿真技術(shù)的電力電纜管理系統(tǒng)以三維仿真技術(shù)為依托，借助GIS技術(shù)和PMS系統(tǒng)，采集和管理電纜數(shù)據(jù)，并為提高電纜管理的效率和精度提供了技術(shù)支撐和保障。

關(guān)鍵詞：電纜管理；三維仿真；GIS

電力電纜是城市規(guī)劃和管理的重要基礎(chǔ)設(shè)施，隨著城市的發(fā)展，電纜規(guī)模不斷擴(kuò)大，結(jié)構(gòu)也日益復(fù)雜，尤其是在地下形成了大規(guī)模、錯(cuò)綜復(fù)雜的電纜網(wǎng)。為了加強(qiáng)對電纜的管理，提高電纜管理的效率和精度，必須對現(xiàn)有的管理系統(tǒng)進(jìn)行不斷創(chuàng)新和改造，以適應(yīng)新的發(fā)展要求。

1傳統(tǒng)電力電纜管理模式分析

現(xiàn)階段，對電力電纜的管理模式主要有兩種。一種是傳統(tǒng)的人力管理模式，即人為將電纜編號標(biāo)示在電纜井口，然后根據(jù)這些標(biāo)識(shí)繪制電纜走向圖。盡管這種方法在過去很長一段時(shí)間內(nèi)對管理電纜起了重要作用，但是僅靠人為經(jīng)驗(yàn)來維護(hù)電纜，存在著較大的風(fēng)險(xiǎn)。一旦出現(xiàn)判斷失誤導(dǎo)致電纜被誤開挖，就容易導(dǎo)致不同程度的事故，嚴(yán)重的還會(huì)出現(xiàn)人員傷亡。因此，隨著電纜結(jié)構(gòu)的日益復(fù)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(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代化的電纜管理方式。第二種是基于二維GIS技術(shù)的管理系統(tǒng)，通過GIS二維定位采集數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)在GIS系統(tǒng)上進(jìn)行標(biāo)注。盡管相比較人力管理模式，GIS電纜管理系統(tǒng)能夠大大提高電纜管理的精度和準(zhǔn)度，但是還是存在著諸多缺陷。而電力電纜通過城市的地區(qū)地理?xiàng)l件比較復(fù)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(guān)，特別是在垂直方向上的層次信息尤為重要。二維技術(shù)僅能觀測到X軸和Y軸的平面數(shù)據(jù)，難以處理三維立體的復(fù)雜數(shù)據(jù)，這就導(dǎo)致在對故障點(diǎn)的定位時(shí)，準(zhǔn)確度會(huì)產(chǎn)生一定影響，從而影響電纜搶修的及時(shí)性。同時(shí)，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(dǎo)致其他施工單位在施工時(shí)破壞到電纜。

2基于三維仿真技術(shù)的電力電纜管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于以上分析，當(dāng)前迫切需要對電纜管理系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新升級，借助現(xiàn)代化的科技和管理手段搭建自動(dòng)化、定量化、現(xiàn)代化的電纜管理系統(tǒng)，對電力電纜進(jìn)行有效精準(zhǔn)管理。目前，國內(nèi)已開展了電網(wǎng)三維顯示方面的研究。因此，本文提出基于三維仿真技術(shù)的電力電纜管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)以移動(dòng)定位技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)技術(shù)、三維激光掃描技術(shù)、實(shí)景地理信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)，能夠有效解決當(dāng)前電力電纜管理的不足，提升電纜線路安全運(yùn)行水平，接軌智能化運(yùn)檢管控模式，推動(dòng)電網(wǎng)智能運(yùn)檢不斷創(chuàng)新。構(gòu)建一個(gè)良好管理系統(tǒng)首先要對數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化。電纜運(yùn)行管理過程中涉及大量的數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)關(guān)系復(fù)雜、類別繁多，既有大量的屬性數(shù)據(jù)，如施工圖、施工錄像等各種圖件，又有運(yùn)行管理的各種申請、審批報(bào)表等。如何對其進(jìn)行有效的貯存、管理和利用是管理系統(tǒng)考慮的首要問題。2．1數(shù)據(jù)分類。根據(jù)調(diào)研和相關(guān)文獻(xiàn)，本文中將電纜數(shù)據(jù)分為空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。空間數(shù)據(jù)包括地理空間數(shù)據(jù)、圖形空間數(shù)據(jù)以及拓?fù)鋽?shù)據(jù)。屬性數(shù)據(jù)包括設(shè)備屬性數(shù)據(jù)、系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)，接口數(shù)據(jù)。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)為系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以及文檔數(shù)據(jù)。其中，空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)是電纜系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理的重點(diǎn)。針對這些不同類型的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)在組織和處理上也會(huì)有所不同。其中，空間數(shù)據(jù)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(shí)體間的拓?fù)潢P(guān)系）及空間屬性數(shù)據(jù)（描述地物的特征）。通常而言，空間數(shù)據(jù)主要包括：各個(gè)輸電設(shè)備在三維空間中的矢量點(diǎn)、線、組合模型的相關(guān)位置信息；地形等高線數(shù)據(jù)；相關(guān)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(shè)計(jì)圖以及各種工程圖紙數(shù)據(jù)。屬性數(shù)據(jù)既可以是對某一個(gè)輸電設(shè)備具體化的數(shù)據(jù)，也可以是某一個(gè)對象表格化的描述從而能夠?yàn)闆Q策者提供有用的輔助決策信息。屬性數(shù)據(jù)主要包括電纜的電壓等級、容量、線路起止點(diǎn)描述、接頭資料、運(yùn)行方式、歷史維護(hù)檢修記錄和實(shí)時(shí)運(yùn)行信息等。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)既包括系統(tǒng)在處理各種業(yè)務(wù)中所儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)，也包括管道與電纜線業(yè)務(wù)流程管理審批中所提交相關(guān)文檔、圖片等文件格式類數(shù)據(jù)。2．2數(shù)據(jù)的連接。連接不同的數(shù)據(jù)就需要建立完善的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，通過合理劃分?jǐn)?shù)據(jù)庫，并結(jié)合電纜管理的實(shí)際需要，將空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行連接。在打開地圖數(shù)據(jù)源時(shí)，要求能夠獲得數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)碼，并在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中查詢設(shè)備屬性數(shù)據(jù)庫，如果查詢通過就可以將空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)相連結(jié)了，從而獲得電纜管理所需要的數(shù)據(jù)。反之，如果在查詢屬性數(shù)據(jù)庫時(shí)沒有查詢到相關(guān)設(shè)備屬性數(shù)據(jù)，就需要對設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行添加和更新。2．3系統(tǒng)整體架構(gòu)。三維仿真電力電纜管理系統(tǒng)在應(yīng)用時(shí)涉及的功能比較繁多，因此其設(shè)計(jì)相對二維系統(tǒng)要復(fù)雜很多。系統(tǒng)的主要架構(gòu)分為四層，包括數(shù)據(jù)獲取層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和應(yīng)用層，具體如圖1所示。在數(shù)據(jù)層，通過三維激光掃描技術(shù)對電纜工井、附屬設(shè)施、電纜通道、電纜軌跡等進(jìn)行精準(zhǔn)定位形成三維數(shù)據(jù)，同時(shí)建設(shè)設(shè)備電子編碼標(biāo)識(shí)系統(tǒng)，建立電纜通道三維模型及設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)與GIS和PMS系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互，為智能化運(yùn)檢平臺(tái)提供高效、精準(zhǔn)的后臺(tái)數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)層和服務(wù)層，最終實(shí)現(xiàn)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(guān)聯(lián)信息分析，電纜通道資源查詢及通道資源審批，實(shí)現(xiàn)電纜運(yùn)維單位、規(guī)劃設(shè)計(jì)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(tǒng)功能設(shè)計(jì)基于三維仿真技術(shù)的電力電纜管理系統(tǒng)主要能夠?qū)崿F(xiàn)的功能除了二維系統(tǒng)的圖形編輯、圖層控制、圖像操作等常規(guī)功能外，更重要的是能夠提供三維展示，基礎(chǔ)臺(tái)賬、缺陷統(tǒng)計(jì)等查詢統(tǒng)計(jì)功能，數(shù)據(jù)錄入、更新等數(shù)據(jù)管理功能，電纜規(guī)劃、資源審批等輔助設(shè)計(jì)功能以及故障檢測、設(shè)備管理等運(yùn)行管理功能。相對于傳統(tǒng)的三維管理系統(tǒng)，三維管理系統(tǒng)能夠完善以下功能的實(shí)現(xiàn)。2．4．1完善基礎(chǔ)臺(tái)賬。建立電纜信息資源采集標(biāo)準(zhǔn)，完成存量電纜通道、管溝資源測繪，進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的全面普查，建立增量電纜及通道“同建設(shè)、同采集、同運(yùn)維”機(jī)制，開展電纜資源數(shù)據(jù)常態(tài)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(shù)、長度及運(yùn)維責(zé)任區(qū)段，并能夠以電纜電壓等級、設(shè)備類型、運(yùn)行時(shí)間、運(yùn)維單位等多維度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和展示，為電纜精益化管理奠定基礎(chǔ)。同時(shí)，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(shù)據(jù)，建立電纜及通道情報(bào)數(shù)據(jù)庫，并動(dòng)態(tài)更新，為設(shè)備狀態(tài)綜合評價(jià)、差異化檢修計(jì)劃、搶修預(yù)案等提供數(shù)據(jù)支撐。2．4．2提升基礎(chǔ)數(shù)據(jù)多維度應(yīng)用深度深化應(yīng)用PMS2．0系統(tǒng)電纜及通道資源信息，多維度展示各地區(qū)電纜及通道資源規(guī)模、通道及工井變化趨勢、隱患缺陷，以及電纜及通道異常數(shù)據(jù)告警，實(shí)現(xiàn)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(jìn)行信息資源互查，實(shí)現(xiàn)電纜本體、接頭、通道、環(huán)境等多維度信息關(guān)聯(lián)分析，為電纜規(guī)劃、現(xiàn)場交底等提供支撐。同時(shí)，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(yùn)維、資源審批等提供支撐。2．4．3通道資源全過程管理實(shí)現(xiàn)電纜路徑最優(yōu)規(guī)劃功能：通過設(shè)置起始井、終止井信息，根據(jù)通道類型、通道可用率、通道材質(zhì)、通道大小等相關(guān)信息，圖形化展示現(xiàn)有通道及待建通道，為新增電纜路徑設(shè)計(jì)方案提供參考依據(jù)。同時(shí)，可以規(guī)范電纜資源審批流程。支持電纜可用通道資源查詢，建立規(guī)范的電纜通道資源申請、審批、預(yù)留及占用機(jī)制，實(shí)現(xiàn)電纜通道資源使用全流程精益管控，避免通道資源不規(guī)范占用，實(shí)現(xiàn)通道資源利用最大化。2．4．4三維展示采用三維模擬技術(shù)對地下電纜及通道查閱、全景模擬瀏覽，實(shí)現(xiàn)電纜及通道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)字化、可視化、實(shí)景化管理。2．4．5快速定位運(yùn)檢人員利用手持式移動(dòng)作業(yè)終端實(shí)現(xiàn)對電纜線路精準(zhǔn)定位和三維電纜數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)訪問，可以隨時(shí)調(diào)用電纜線路最新的狀態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)電纜通道及線路的巡視和消缺管理，提高電纜日常運(yùn)行維護(hù)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(zāi)、減災(zāi)功能針對電纜通道沿線施工點(diǎn)多面廣、相對孤立分散、夜間臨時(shí)性施工多、運(yùn)維力量相對薄弱等現(xiàn)狀?；谌S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(guān)系、管孔防火封堵情況，為通道隱患分析、通道隱患應(yīng)對策略等防外破措施制定提供基礎(chǔ)信息。利用在防外力破壞定位預(yù)警定位裝置以及外破視頻監(jiān)控設(shè)備，整合大數(shù)據(jù)資源，建立電纜防外力破壞管控平臺(tái)。同時(shí)，通過安裝在電力電纜及通道上在線監(jiān)測裝置，實(shí)時(shí)展示線路運(yùn)行狀態(tài)。如利用在線環(huán)流監(jiān)測、溫度監(jiān)測和局部放電監(jiān)測，對中間接頭、電纜終端等電纜重要部位進(jìn)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)時(shí)掌握電纜環(huán)流、電纜溫度、電纜線芯及表層局部放電頻譜等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，設(shè)置數(shù)據(jù)異常報(bào)警功能并按照嚴(yán)重等級發(fā)送報(bào)警信息。

3實(shí)例應(yīng)用

以實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)臺(tái)賬的完善和三維展示為例，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的應(yīng)用。（1）完善基礎(chǔ)臺(tái)賬。對全省35kV及以上電壓等級電纜線路回路數(shù)、長度及運(yùn)維責(zé)任區(qū)段，并能夠以電纜電壓等級、設(shè)備類型、運(yùn)行時(shí)間、運(yùn)維單位等多維度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和展示，如圖2所示。（2）三維展示。采用三維模擬技術(shù)對南部某城市東南某一景區(qū)10．8平方公里示范區(qū)域內(nèi)地下電纜及通道查閱、全景模擬瀏覽，實(shí)現(xiàn)電纜及通道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)字化、可視化、實(shí)景化管理，如圖3所示。

4結(jié)語

傳統(tǒng)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(shè)計(jì)出基于三維仿真技術(shù)的電力電纜管理系統(tǒng)。在三維仿真技術(shù)下，電力電纜管理系統(tǒng)可以有效收集和管理電纜數(shù)據(jù)，并通過三維模擬來對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行綜合分析，為決策人員提供有效信息。在未來的發(fā)展中，三維精準(zhǔn)數(shù)據(jù)技術(shù)在電纜的智能化管理應(yīng)用中仍可繼續(xù)挖掘，不斷提高管理系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

作者:劉燕平 丁祥 陳天宜 單位:浙江華云電力工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司