電纜網(wǎng)精益化管理系統(tǒng)研究

劉 皓 閆春江 趙永強(qiáng) 李 光 張 成

（1. 國網(wǎng)北京市電力檢修公司，北京 100069；2. 國網(wǎng)北京市電力公司，北京 100031）

在電力傳輸系統(tǒng)中，電纜作為重要的電力輸送載體，其質(zhì)量和狀態(tài)對供電可靠性具有非常重要的意義及影響。隨著城市化建設(shè)進(jìn)程的不斷推進(jìn)，電力電纜已經(jīng)成為城市供電的主動脈，而電纜隧道作為電纜的鋪設(shè)通道，其安全穩(wěn)定運(yùn)行是維系整個社會經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定、政治文化秩序、正常工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵因素之一[1-4]。

隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的推進(jìn)，電纜運(yùn)行情況在線監(jiān)測可提前評估電纜的運(yùn)行狀態(tài)，并防止電纜故障造成較大的損失[5-7]。同時隧道作為電纜的通道，一旦發(fā)生隧道火災(zāi)，就會造成嚴(yán)重?fù)p失，而且修復(fù)時間長，危害嚴(yán)重。因此必須從源頭上控制，狠抓管理，重視技術(shù)管理，從而避免火災(zāi)的發(fā)生[8-11]。電纜網(wǎng)精益化管理系統(tǒng)的建立可以實(shí)現(xiàn)提前預(yù)警，故障后快速恢復(fù)，大大提高供電可靠性。本文首先闡述了電纜網(wǎng)精益化管理系統(tǒng)目標(biāo)，接著給出了總體構(gòu)架，關(guān)鍵技術(shù)，最后結(jié)合實(shí)例給出了電纜網(wǎng)精益化管理系統(tǒng)取得的成效，為電纜精益化、智能化管控提供了理論依據(jù)。

1 電纜網(wǎng)精益化管理系統(tǒng)目標(biāo)

1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建設(shè)目標(biāo)

電纜網(wǎng)精益化管理系統(tǒng)覆蓋的數(shù)據(jù)包括管道和電纜相關(guān)設(shè)備的設(shè)施數(shù)據(jù)、動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)、地圖數(shù)據(jù)、規(guī)劃數(shù)據(jù)等。建設(shè)目標(biāo)包括：

（1）通過建立規(guī)范化的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系，以圖形資源為核心，實(shí)現(xiàn)設(shè)備設(shè)施的“圖數(shù)一體化”，達(dá)到“源端維一、共維共享”的數(shù)據(jù)管理目標(biāo)。

（2）以圖形資源為基礎(chǔ)，通過對實(shí)時監(jiān)控信息、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測信息的有機(jī)整合，建立靜態(tài)、動態(tài)數(shù)據(jù)交互的管網(wǎng)資源數(shù)據(jù)模型。

2）業(yè)務(wù)應(yīng)用建設(shè)目標(biāo)

以北京公司管道及電纜網(wǎng)生產(chǎn)、經(jīng)營管理和業(yè)務(wù)流程優(yōu)化為驅(qū)動，以貫穿規(guī)劃設(shè)計、輔助工程建設(shè)、運(yùn)行監(jiān)測、運(yùn)維檢修等環(huán)節(jié)的全過程閉環(huán)管理為主線，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化、業(yè)務(wù)流程互動化，全方位支撐管道及電纜網(wǎng)業(yè)務(wù)融合發(fā)展。

3）決策分析建設(shè)目標(biāo)

通過管道及電纜網(wǎng)相關(guān)業(yè)務(wù)集成及數(shù)據(jù)融合，建立覆蓋戰(zhàn)略層、經(jīng)營層、作業(yè)層的智能決策分析體系，為管理層、業(yè)務(wù)操作和控制人員提供決策支持，全面支撐管道及電纜網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)和穩(wěn)定運(yùn)行[12]。

2 電纜網(wǎng)精益化管理系統(tǒng)總體架構(gòu)

根據(jù)國家電網(wǎng)公司“SG186”工程總體設(shè)計要求和目前系統(tǒng)應(yīng)用情況，電纜精益化管理系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)交換、企業(yè)服務(wù)總線實(shí)現(xiàn)與其他業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的橫向集成。通過企業(yè)服務(wù)總線為生產(chǎn)等業(yè)務(wù)應(yīng)用提供服務(wù)支撐，實(shí)現(xiàn)電纜精益化管理系統(tǒng)與業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的緊密集成。通過與北京電網(wǎng)GIS平臺進(jìn)行服務(wù)調(diào)用數(shù)據(jù)交換完成管道及電纜空間數(shù)據(jù)的共享與交換。

電纜精益化管理系統(tǒng)的總體架構(gòu)由業(yè)務(wù)架構(gòu)、應(yīng)用架據(jù)、技術(shù)架構(gòu)、物理架構(gòu)、安全架構(gòu)和應(yīng)用集成等部分組成。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

1）業(yè)務(wù)架構(gòu)

業(yè)務(wù)架構(gòu)由圖形資源管理、生產(chǎn)業(yè)務(wù)管理、狀態(tài)監(jiān)控管理三大部分組成，通過對業(yè)務(wù)模型的分解，利用系統(tǒng)分析的方法，對電纜精益化管理系統(tǒng)的業(yè)務(wù)應(yīng)用過程和目標(biāo)進(jìn)行分析抽象和歸納，形成電纜精益化管理系統(tǒng)的功能模塊及對應(yīng)的功能域。

圖1 電纜精益化管理系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

2）數(shù)據(jù)架構(gòu)

電纜精益化管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)構(gòu)成包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、圖形空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、拓?fù)鋽?shù)據(jù)、配置數(shù)據(jù)、接口數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)及文件數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)按照應(yīng)用特點(diǎn)分為：基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)、圖形空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、拓?fù)鋽?shù)據(jù)、配置數(shù)據(jù)、接口數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、文檔數(shù)據(jù)及監(jiān)控數(shù)據(jù) 9種類型。

3）技術(shù)架構(gòu)

電纜精益化管理系統(tǒng)是在 PMS2.0圖數(shù)一體化管理基礎(chǔ)上進(jìn)行業(yè)務(wù)擴(kuò)展，增加對管道、電纜的一體化管理，實(shí)現(xiàn)對輔助工程建設(shè)、運(yùn)維檢修、運(yùn)行監(jiān)測等業(yè)務(wù)應(yīng)用的支撐。

隨著管道及電纜精細(xì)化、規(guī)范化管理要求的提出，需要在可視化基礎(chǔ)上進(jìn)行臺賬維護(hù)，實(shí)現(xiàn)管道設(shè)施、電纜設(shè)備的圖形、拓?fù)?、設(shè)備臺帳的一體化維護(hù)，實(shí)現(xiàn)對 PMS2.0電纜設(shè)備維護(hù)的有力支撐、管道設(shè)施維護(hù)的有力補(bǔ)充。通過構(gòu)建管道設(shè)施及電纜設(shè)備參數(shù)與圖形拓?fù)涞囊惑w化管理，定義規(guī)范的錄入及審核流程，建立靈活的設(shè)備以及圖形版本管理機(jī)制，保證了管網(wǎng)資源圖數(shù)一致性與完整性，實(shí)現(xiàn)管道及電纜網(wǎng)管理系統(tǒng)與 PMS2.0的無縫兼容。系統(tǒng)在調(diào)研、設(shè)計、開發(fā)階段以 PMS2.0架構(gòu)、數(shù)據(jù)模型、技術(shù)路線為主要參考，設(shè)計出該系統(tǒng)特有的業(yè)務(wù)應(yīng)用模型，為后續(xù)PMS應(yīng)用集成及數(shù)據(jù)融合提供支持。

電纜精益化管理系統(tǒng)的總體技術(shù)架構(gòu)分為數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)訪問層、應(yīng)用邏輯層、應(yīng)用服務(wù)層、表現(xiàn)層。其中數(shù)據(jù)層是各類數(shù)據(jù)的物理存儲。

4）物理架構(gòu)

電纜精益化管理系統(tǒng)部署方式采用集中部署方式，將服務(wù)器部署在市公司，下屬公司客戶端通過廣域網(wǎng)訪問部署在集中部署的服務(wù)器。生產(chǎn)業(yè)務(wù)模塊與監(jiān)控模塊采取分開部署方式。具體軟硬件部署方案如圖2所示。

圖2 電纜精益化管理系統(tǒng)物理架構(gòu)圖

5）與PMS2.0集成

系統(tǒng)與PMS2.0關(guān)系設(shè)計如下：

（1）PMS2.0管理庫是由生產(chǎn)業(yè)務(wù)庫和圖形資源庫兩部分組成，管道及電纜網(wǎng)管理庫是基于PMS2.0的架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，其設(shè)備圖形數(shù)據(jù)、生產(chǎn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)均統(tǒng)一在系統(tǒng)資源庫中進(jìn)行存儲。

（2）PMS2.0生產(chǎn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和電網(wǎng)資源圖形數(shù)據(jù)均是由生產(chǎn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。管道及電纜網(wǎng)設(shè)備圖形數(shù)據(jù)、生產(chǎn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)也是根據(jù) PMS2.0的數(shù)據(jù)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計，并且系統(tǒng)中涉及到的管道網(wǎng)、電纜網(wǎng)生產(chǎn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)既包含了 PMS2.0的數(shù)據(jù)模型又包含了北京電力公司的數(shù)據(jù)要求。

（3）電纜精益化管理系統(tǒng)包含 PMS2.0數(shù)據(jù)，所以與 PMS2.0是一對一的關(guān)系，通過建立同步服務(wù)將生產(chǎn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)同步到 PMS2.0管理庫中，為PMS2.0管理庫提供管道網(wǎng)及電纜網(wǎng)數(shù)據(jù)。PMS2.0不包含的業(yè)務(wù)和圖形數(shù)據(jù)不通過同步服務(wù)進(jìn)行推送，依然保留在系統(tǒng)資源庫中，例如有限空間作業(yè)、反外力、管道設(shè)備（通風(fēng)亭、監(jiān)控井蓋、測溫光纖等）。

6）與監(jiān)控設(shè)備集成

電纜精益化管理系統(tǒng)中運(yùn)行監(jiān)測功能需要與運(yùn)行監(jiān)控主站系統(tǒng)集成，其集成思路如下。電纜精益化管理系統(tǒng)由B/S系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，負(fù)責(zé)與監(jiān)控各主站數(shù)據(jù)連接，匯集主站監(jiān)測數(shù)據(jù)；集中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)傳和數(shù)據(jù)的安全接入；轉(zhuǎn)發(fā)主站系統(tǒng)對管道及電纜網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測，提供統(tǒng)一的遠(yuǎn)程交互控制節(jié)點(diǎn)，并進(jìn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)分析。

3 電纜網(wǎng)精益化管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及業(yè)務(wù)提升點(diǎn)

1）電網(wǎng)圖形一體化

電網(wǎng)圖形一體化針對不同電壓等級電力系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)造相互統(tǒng)一的圖像存儲、連接和展示關(guān)系。電纜精益化管理系統(tǒng)將建立并且統(tǒng)一設(shè)備分類和標(biāo)識、數(shù)據(jù)存儲、設(shè)備模型和圖元標(biāo)準(zhǔn)等方面，從而達(dá)到電網(wǎng)圖形一體化的目標(biāo)[13]。

2）管道及電纜網(wǎng)最小單元精益化管理

建立電纜及管道網(wǎng)最小單元精益化管理思路，規(guī)范電纜段、電纜通道最小管理單元，同時終端、中間接頭、接地箱、交叉互聯(lián)箱以及井蓋監(jiān)控、水位監(jiān)測、氣體監(jiān)測、視頻監(jiān)控、接地電流監(jiān)測、測溫等監(jiān)控裝置統(tǒng)一納入到設(shè)備管理體系中。

3）地下管網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理

地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)管理的思路包括了以下7個環(huán)節(jié)：數(shù)據(jù)采錄、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)應(yīng)用以及深化應(yīng)用。同時，為了保證系統(tǒng)的順利使用，配套了完整的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)規(guī)范、命名標(biāo)準(zhǔn)、流程規(guī)范和接口規(guī)范。

4）管道及電纜網(wǎng)空間數(shù)據(jù)時態(tài)化管理

由于電纜精益化管理系統(tǒng)在互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域可為多名用戶及工作人員提供網(wǎng)絡(luò)分析處理、電網(wǎng)整理規(guī)劃和地圖瀏覽等多項(xiàng)在線服務(wù)，因此針對不同用戶的不同需求，可提供不同的視圖以及數(shù)據(jù)信息，即不同時態(tài)的電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)。

電纜精益化管理系統(tǒng)對時態(tài)的支持包括[14]：

（1）管道及電纜網(wǎng)資源變更管理，包括運(yùn)行狀態(tài)變更和運(yùn)行位置變更。

（2）支持管道及電纜網(wǎng)數(shù)據(jù)時間維度的版本管理、歷史版本回溯。

5）業(yè)務(wù)提升點(diǎn)

（1）電氣拓?fù)渑c溝道拓?fù)渎?lián)動。系統(tǒng)建立了電纜網(wǎng)電氣連接拓?fù)潢P(guān)系，并通過斷面與隧道信息關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)兩者間的快速關(guān)聯(lián)檢索。

（2）設(shè)備狀態(tài)與業(yè)務(wù)流程聯(lián)動。業(yè)務(wù)流程與設(shè)備信息關(guān)聯(lián)，在斷面管理、有限空間作業(yè)管理等流程中可快速調(diào)閱相關(guān)設(shè)備的狀態(tài)及位置信息。

（3）靜態(tài)信息與動態(tài)信息聯(lián)動。系統(tǒng)將設(shè)備臺帳與實(shí)時監(jiān)測的狀態(tài)信息進(jìn)行了關(guān)聯(lián)，并實(shí)現(xiàn)了可視化預(yù)警功能。

（4）采用空間數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，研究空間數(shù)據(jù)可視化算法與最短路徑算法，實(shí)現(xiàn)了GIS空間數(shù)據(jù)可視化與最短路徑分析功能。

（5）通過對已建管道資源實(shí)施的有效管理，準(zhǔn)確統(tǒng)計埋設(shè)中已經(jīng)占用的孔位和未占用孔位比例。在掌握具體管道占用信息的情況下，可在電纜鋪設(shè)路徑規(guī)劃中對依據(jù)已孔位占用情況對所在斷面進(jìn)行加權(quán)處理，優(yōu)化電纜鋪設(shè)路徑規(guī)劃算法結(jié)。

4 電纜網(wǎng)精益化管理系統(tǒng)取得的成效

4.1 電纜網(wǎng)精益化管理系統(tǒng)取得的成效

電纜精益化管理系統(tǒng)包括電纜圖形資源管理、生產(chǎn)業(yè)務(wù)管理、狀態(tài)監(jiān)控管理三大功能模塊。

1）工程組織單位在斷面模塊中編制斷面審批單。

2）管道運(yùn)維單位在斷面模塊中對審批單進(jìn)行審核。

3）運(yùn)檢部在斷面模塊中對審批單進(jìn)行批復(fù)。

4）工程組織單位依據(jù)斷面審批單敷設(shè)電纜，并完成驗(yàn)收工作。

5）斷面批復(fù)3個月后工程未驗(yàn)收，則系統(tǒng)預(yù)警。

流程中增加逾期預(yù)警功能，為通道資源釋放提供了保障，確保通道資源合理利用。

風(fēng)險及隱患管理。傳統(tǒng)管理模式只是采用手工記錄方式，管理較為粗狂。利用電纜精益化管理系統(tǒng)，可以將風(fēng)險及隱患臺賬信息化處理，并與地理信息系統(tǒng)結(jié)合，在地圖上選取、展示隱患設(shè)備，提高隱患管理的精益化水平。圖3為隱患信息與地理信息系統(tǒng)展示。

圖3 隱患信息與地理信息系統(tǒng)展示圖

狀態(tài)監(jiān)控包括接地電流監(jiān)測、視頻監(jiān)控、實(shí)時負(fù)荷、井蓋監(jiān)控、溫度監(jiān)控、水位監(jiān)測、氣體監(jiān)測等，分別如圖4和圖5所示。

圖4 電纜精益化管理系統(tǒng)監(jiān)控頁面展示圖

圖5 電纜精益化管理系統(tǒng)視頻監(jiān)控頁面展示圖

通過電纜精益化管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對報警設(shè)備的全局可視化管理，即在地理信息圖上直觀查詢當(dāng)前各類型監(jiān)控裝置（溫度、水位、氣體、井蓋、視頻）報警情況，提高監(jiān)控工作效率，如圖6所示。

圖6 電纜精益化管理系統(tǒng)監(jiān)控可視化頁面圖

通過電纜精益化管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對前端監(jiān)控設(shè)備實(shí)時狀態(tài)和歷史狀態(tài)的查詢、統(tǒng)計和分析，為設(shè)備缺陷處理及數(shù)據(jù)分析提供了數(shù)據(jù)支撐，解決了以往只能分別讀取不同監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的問題，提高了工作效率，如圖7所示。

圖7 電纜精益化管理系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)分析圖

4.2 管理提升點(diǎn)

1）對于運(yùn)行管理，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對井蓋、溫度、負(fù)荷、水位、氣體、視頻、接地電流等狀態(tài)信息的實(shí)時監(jiān)控，為兩級調(diào)度和運(yùn)行監(jiān)控人員提供信息服務(wù)和實(shí)時預(yù)警。

2）對于資源管理，系統(tǒng)可快速查閱任意溝道斷面的占用情況，可為電纜網(wǎng)規(guī)劃提供自動路徑優(yōu)化功能，同時為營銷客戶報裝提供透明的斷面信息和最優(yōu)路徑，批復(fù)資源逾期預(yù)警。

3）對于安全管理，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)流程與井蓋監(jiān)控的關(guān)聯(lián)閉鎖，未履行審批手續(xù)的入溝作業(yè)均無法打開井蓋，確保有限空間作業(yè)安全，同時也提供了各類隱患的錄入、定位及預(yù)警功能，保障設(shè)備運(yùn)行安全。

4）對于故障研判，系統(tǒng)基于GIS的地理信息可實(shí)現(xiàn)任意位置的模糊查詢和快速定位，為應(yīng)對路面塌陷等突發(fā)事件提供信息支持，提高故障研判及應(yīng)急處置能力，為客服和運(yùn)檢專業(yè)提供信息服務(wù)。

5）對于重要客戶管理，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了電源追溯功能，便于為政治保電及應(yīng)急處置提供信息服務(wù)，提升重要客戶的服務(wù)保障能力。

5 結(jié)論

隨著電纜精益化管理系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，可對電纜網(wǎng)運(yùn)行管理、資源管理、安全管理、故障研判、重要客戶服務(wù)等業(yè)務(wù)提供數(shù)據(jù)和信息支撐，同時也為調(diào)度、監(jiān)控、安監(jiān)、規(guī)劃、運(yùn)檢、營銷、客服等專業(yè)提供服務(wù)，實(shí)現(xiàn)專業(yè)間的緊密融合。

管道及電纜網(wǎng)精益化管理系統(tǒng)的建設(shè)在我國電力系統(tǒng)發(fā)展中具有重大意義。其建設(shè)將有效解決當(dāng)前生成發(fā)展模式存在的缺漏和弊端，對提高運(yùn)行安全、運(yùn)維管理、檢修維護(hù)、設(shè)備在線監(jiān)測等多個方面精益化水平具有促進(jìn)作用，改善各項(xiàng)電網(wǎng)工作業(yè)務(wù)流程的優(yōu)化，為管理效率和效益雙豐收提供有力保障。同時其建設(shè)對地下電纜及管道管理發(fā)展具有巨大助益，從而為北京市地下電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行奠定了夯實(shí)的基礎(chǔ)。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確是實(shí)現(xiàn)電纜精益化管理的基礎(chǔ)，在后續(xù)工作中，北京公司一方面將針對存量數(shù)據(jù)開展普查，重點(diǎn)普查電纜拓?fù)浜屯ǖ蕾Y源占用情況；另一方面，按照精益化管理要求嚴(yán)格控制增量數(shù)據(jù)規(guī)范性和準(zhǔn)確性，從而為實(shí)現(xiàn)電纜精益化管理目標(biāo)奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)。

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