地下電纜信息標(biāo)準(zhǔn)化管理模式設(shè)計和應(yīng)用前景

高 明，周仁才，賀賢華

（鎮(zhèn)海供電局，浙江 寧波 315200）

1 地下電纜信息管理的現(xiàn)狀

隨著城市的發(fā)展，輸配電線路的電纜化率進(jìn)一步提高，截止2010年底鎮(zhèn)海配網(wǎng)電纜化程度已達(dá)60%以上。電力電纜在城市運行中起著舉足輕重的作用，被譽(yù)為是城市的生命線。對地下電纜管理水平的高低，不僅影響供電可靠性，而且還影響城市公共安全。當(dāng)前城市電力電纜及通道管理主要存在以下問題：

（1）輸配電網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備資料、管溝資料部分缺失，缺乏系統(tǒng)化管理手段，資料應(yīng)用手段落后；電力電纜軌跡圖紙、電纜管溝及排管資料缺失不完整；地下電纜在溝道內(nèi)敷設(shè)混亂；電纜沒有統(tǒng)一的掛牌標(biāo)識；地面上缺少電纜警示標(biāo)志牌。

（2）電纜敷設(shè)竣工報告、電纜管溝竣工報告沒有統(tǒng)一的規(guī)范，報告提交形式五花八門，提交內(nèi)容信息缺失、不完整，也缺乏對管線信息同步更新的管理流程和有效技術(shù)手段。

（3）電力電纜及排管周邊地形不清，運行巡視、維護(hù)更新困難，盲目性大；巡視定位困難，巡視發(fā)現(xiàn)問題時上報不及時，維護(hù)實時性差。由于電纜及管井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的缺失，在故障搶修中工作人員經(jīng)常需要消耗大量的人力和時間用在電纜軌跡的尋找過程中，即使使用了電纜故障檢測儀等先進(jìn)設(shè)備，在知道故障點距離但不知電纜路徑的情況下，還是無法做到故障點的快速、準(zhǔn)確定位。

（4）電纜敷設(shè)后維護(hù)少，運行狀態(tài)無法監(jiān)控，運行環(huán)境復(fù)雜，對一些安全隱患缺乏預(yù)警和管理手段，安全可靠性無法從根本上得到有效保證，處于一種哪里出問題再全力以赴解決的被動管理模式。

鑒于以上問題，提出以計算機(jī)技術(shù)、地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)和電纜運行檢測技術(shù)為基礎(chǔ)，建立電纜管線的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，提高現(xiàn)有GIS、管理信息系統(tǒng)（MIS）的管理能力，進(jìn)一步融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、遠(yuǎn)程通信技術(shù)、無損測溫技術(shù)、故障預(yù)判斷定位技術(shù)運用于電力電纜及管溝的日常管理和運行工作，為電網(wǎng)智能化管理提供技術(shù)保障，切實解決當(dāng)前電力電纜及管溝管理的落后狀態(tài)。自2010年以來，鎮(zhèn)海供電局已經(jīng)對部分應(yīng)用技術(shù)和管理辦法進(jìn)行嘗試性的探索，并取得了一定的經(jīng)驗和成果。

2 管理模式的設(shè)計

2.1 開發(fā)電纜數(shù)字化管理專業(yè)平臺

作為電纜信息數(shù)字化工作的重點，在現(xiàn)有Web GIS中開發(fā)了電纜管理模塊。該模塊的特點是采用Web頁面模式，無需安裝軟件，增加了大量的電纜及管線信息，包括井單線圖、井剖面圖、井內(nèi)圖像資料、電纜穿管情況、電纜中間接頭位置、井內(nèi)電纜盤余量、井位全球定位系統(tǒng)（GPS）信息、電纜（含直埋電纜）軌跡的GPS信息。

用戶可通過該模塊開展日常工作，包括電纜信息維護(hù)，井單線圖、井剖面圖、井內(nèi)圖像資料、電纜接頭位置及排管占用情況的查看，其中電纜屬性識別的界面如圖1所示。該模塊的開發(fā)，為設(shè)計、施工、運維、搶修等工作提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。

2.2 建立電力電纜及設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)庫

電力管線信息數(shù)據(jù)庫的建立應(yīng)當(dāng)具備信息的真實性、開放性、規(guī)范性和唯一性，而且應(yīng)該不依賴于任何外方單位，完全由鎮(zhèn)海供電局實施獨立管理和維護(hù)。不僅有效提高鎮(zhèn)海供電局在該領(lǐng)域的管理水平，對電網(wǎng)運行的安全性、可靠性具有重要意義；同時也避免對外方單位的依賴性。

圖1 電纜井內(nèi)電纜的屬性識別

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)首先要解決的問題是以實際電網(wǎng)結(jié)構(gòu)建立關(guān)聯(lián)模型，比如：單線圖反映電網(wǎng)邏輯結(jié)構(gòu)，能夠反映出設(shè)備之間的連接關(guān)系，便于實現(xiàn)各種電網(wǎng)分析和今后各種功能的擴(kuò)展。實際應(yīng)用中，既關(guān)心實際的線路走向，更關(guān)心電網(wǎng)的邏輯關(guān)系，這種連接關(guān)系反映在系統(tǒng)圖或一次單線圖中。工作人員的需求就是把線路走向圖與一次接線圖結(jié)合起來，并維護(hù)二者之間的對應(yīng)關(guān)系。為此在這2套模式之間建立對應(yīng)的影射關(guān)系，既可以在單線圖上調(diào)用實際地理位置地圖，也可以在地圖上直接調(diào)用查看設(shè)備及線路的邏輯關(guān)系單線圖。三者關(guān)系如圖2所示。

圖2 不同圖元間的調(diào)用

不同的單位對所管設(shè)備會有不同的要求，并且隨著電力數(shù)據(jù)的完善，固定不變的設(shè)備庫顯然不能滿足用戶要求。系統(tǒng)提供的設(shè)備屬性庫模塊，允許用戶對設(shè)備進(jìn)行增加、刪除、編輯等操作。設(shè)備庫集中管理設(shè)備，內(nèi)容包括設(shè)備的專業(yè)名稱，如出線間隔、開閉所、開關(guān)站、環(huán)網(wǎng)柜、分支箱、用戶變、中間接頭、電纜終端頭、桿塔、架空線、電纜等，設(shè)備的圖形符號以及設(shè)備的臺帳屬性結(jié)構(gòu)，而此設(shè)備屬性庫可以在GIS中開發(fā)并應(yīng)用，或者單一開發(fā)與GIS作接口，與GIS設(shè)備屬性庫共享。

臺帳數(shù)據(jù)庫以及運行維護(hù)數(shù)據(jù)和管理設(shè)備屬性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)庫中的表。文件的屬性結(jié)構(gòu)是可以修改的，這樣用戶就可以在實際的使用過程中進(jìn)行調(diào)整。實際使用中，屬性數(shù)據(jù)又分為臺帳數(shù)據(jù)和運行維護(hù)數(shù)據(jù)。臺帳數(shù)據(jù)與設(shè)備是一對一的關(guān)系，每一種設(shè)備對應(yīng)一個屬性表。運行維護(hù)數(shù)據(jù)包括檢修、故障、缺陷、掛牌等，設(shè)備與這些數(shù)據(jù)是一對多的關(guān)系，即一種設(shè)備可以掛接多個運行維護(hù)記錄，也可以一個都不掛接。系統(tǒng)設(shè)計出附表庫來集中管理運行維護(hù)數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)檢修、故障、缺陷、掛牌等數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建、屬性結(jié)構(gòu)編輯以及與設(shè)備的掛接。

對不同電壓等級的電纜及不同工區(qū)管轄的區(qū)域電纜進(jìn)行分層、分片顯示。對于選中的電纜，將以突顯的方式進(jìn)行顯示，如同車載導(dǎo)航選擇的路徑，并可以測量其長度。

編制數(shù)據(jù)接口，可以將所有地下電纜的參數(shù)輸入到GIS管理系統(tǒng)，實現(xiàn)統(tǒng)一平臺的系統(tǒng)管理。

2.3 制定電纜基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理規(guī)范

確定運行電纜的各項參數(shù)，包括電壓等級、回路編號、敷設(shè)方式、埋深、實際經(jīng)緯度、敷設(shè)剖面圖、電纜型號、規(guī)格、長度等一系列參數(shù)。制定標(biāo)準(zhǔn)化圖例符號、圖層規(guī)范、提交格式等。

對于采用排管敷設(shè)的電纜群，在所有轉(zhuǎn)彎、井道等中繼或分支處繪制電纜的局部詳圖和井道立面圖，包括電纜回路編號、電纜型號規(guī)格、所處位置、送電方向、規(guī)格型號等詳細(xì)參數(shù)，同時拍攝現(xiàn)場照片。

對于有電纜接頭的位置在地圖上精確標(biāo)注其經(jīng)緯度，并測量、繪制局部詳圖作為檔案資料。

2.4 制定驗收規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)

（1）制定電力電纜管溝竣工圖編制規(guī)范。

（2）制定地下電纜統(tǒng)一竣工驗收規(guī)范。電纜管溝建設(shè)竣工驗收資料執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化，按照規(guī)定的格式和樣本提交內(nèi)容和參數(shù)信息。

（3）統(tǒng)一現(xiàn)場標(biāo)識管理。每一個工井和電纜都確定唯一的名字，不僅能提高現(xiàn)場的管理能力和作業(yè)速度，為信息化管理奠定了一定基礎(chǔ)，并能有效預(yù)防外力開挖引起電纜事故的發(fā)生。

2.5 建立一套基于GIS和PDA的狀態(tài)檢修及運行維護(hù)系統(tǒng)

（1）以手持掌上電腦（PDA）為載體，將地下電纜及管溝道數(shù)據(jù)采集信息下載至PDA上，如圖3所示。

圖3 PDA狀態(tài)檢修及運行維護(hù)系統(tǒng)

（2）移動GIS與GPS結(jié)合，實現(xiàn)對各現(xiàn)場設(shè)備的檢索、定位、導(dǎo)引、測距，使目標(biāo)地點明確，提高作業(yè)效率。

（3）進(jìn)一步開發(fā)通信通道，實現(xiàn)PDA數(shù)據(jù)與中心服務(wù)器數(shù)據(jù)的交互，達(dá)到PDA數(shù)據(jù)與服務(wù)器數(shù)據(jù)動態(tài)實時同步的目的。

（4）通過表格、圖形、圖像等多種方式對設(shè)備各項數(shù)據(jù)進(jìn)行描述和交換。

2.6 建立電力電纜防盜報警系統(tǒng)

建立電力電纜防盜報警系統(tǒng)，準(zhǔn)確定位偷盜電纜的位置。在變電站每根出線電纜上，安裝1個報警信號收發(fā)器，在電纜上定時收發(fā)信號。在變電站內(nèi)設(shè)置1個電纜防盜報警器，定時發(fā)出信號，并及時收回信號，判斷電纜的正常運行情況。

通過通信接口，將變電站內(nèi)的每根電纜運行情況傳輸?shù)诫娎|防盜管理系統(tǒng)。電纜防盜系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先定位的每根電纜軌跡及位置，將報警電纜的位置在GIS地圖上高亮顯示，及時發(fā)出報警信號并和110聯(lián)動，通知搶修人員及時趕到現(xiàn)場。

2.7 建立電力電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)

在線監(jiān)測運行電纜的各項運行參數(shù)，如電流、回路電阻等。在電纜的起始段每相上設(shè)置1個電流互感器，測量電纜負(fù)載電流的大小，在電流大于額定值時，發(fā)出報警，并記錄下負(fù)載時間曲線，為進(jìn)一步分析決策提供數(shù)據(jù)支撐。

在電纜起始點的A，B，C三相分叉電纜設(shè)置三相平衡電流互感器，平時測量三相平衡電纜，在短路時測量短路電流的大小，并提供短路報警信號。

在電纜外鎧裝層上設(shè)置接地電阻測量裝置，測量鎧裝接地電阻的大小，確保電纜保護(hù)鎧裝層接地良好，保證電纜的安全運行。

2.8 建立電力電纜安全運行評估系統(tǒng)

在每個電纜接頭內(nèi)部設(shè)置一個特殊的內(nèi)置測溫芯片，實時測量各相接頭位置的發(fā)熱情況，并將溫度參數(shù)以無線的方式傳輸?shù)蕉墱囟冉邮掌?，然后傳輸至控制中心。?dāng)電纜出現(xiàn)異常溫度時發(fā)出報警，同時顯示接頭的實際地理位置、線路名稱、相位情況。同時通過對歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，可以評估高危點，提前采取有效措施預(yù)防事故發(fā)生，達(dá)到主動管理的效果。

在有接頭的電纜井內(nèi)設(shè)置環(huán)境溫度傳感器，檢測管溝內(nèi)的環(huán)境溫度；設(shè)置水位高度傳感器，檢測管溝內(nèi)的地下水位的實際情況，同時對容易腐蝕電纜的地下水酸堿度進(jìn)行檢測，一旦測量值超過設(shè)定值，及時向管理中心發(fā)出報警信號，并在電子地圖上顯示報警點位置。

在有接頭的電纜深井內(nèi)設(shè)置有毒氣體報警器，確保工作人員的安全性，有毒氣體報警器可以測量氧氣量、一氧化碳、硫化氫和可燃?xì)怏w等多種氣體的濃度，當(dāng)某項參數(shù)達(dá)到報警值時發(fā)出報警信號，并在電子地圖上顯示報警點位置。

3 電纜信息標(biāo)準(zhǔn)化管理的意義

3.1 提高電纜運行、維護(hù)、檢修工作效率

（1）對電纜走廊、中間接頭、盤余量等進(jìn)行基礎(chǔ)資料采集繪制后，能為以后巡視維護(hù)、檢修工作提供最直接真實的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

（2）對每根電纜現(xiàn)場標(biāo)識，為維護(hù)、檢修、搶修工作提供一目了然的現(xiàn)場實際工況。

（3）對電纜溝道蓋板進(jìn)行統(tǒng)一編號，為以后尋找電纜井提供直接書面依據(jù)。

（4）對電纜路徑進(jìn)行路面標(biāo)注，綠化帶采用標(biāo)志樁識別、路面采用標(biāo)志塊識別，給外單位施工提供直接依據(jù)，避免發(fā)生挖斷、損壞等事故。

（5）對隱蔽電纜井或蓋板采用全站儀精確測量，繪制局部詳圖，為以后電纜井或蓋板的復(fù)原和尋找提供最為直接實用的圖紙資料。

（6）規(guī)范電力電纜線路竣工資料的形式、內(nèi)容，制定統(tǒng)一的電力電纜竣工報告和竣工圖管理體系，按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范完成電力電纜線路竣工資料的提交。

（7）針對新敷設(shè)的地下電纜，編制地下電纜統(tǒng)一竣工驗收流程和相應(yīng)軟件管理系統(tǒng)，從源頭上保證基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。

（8）對運行電纜進(jìn)行PDA狀態(tài)檢修及運行維護(hù)，實現(xiàn)城市電力電纜精細(xì)化智能化的巡檢、維護(hù)和搶修，確保城市供電可靠性和公共安全。

3.2 確保電纜安全穩(wěn)定運行

（1）建立電力電纜防盜報警系統(tǒng)，準(zhǔn)確定位正在被偷盜的電纜，在電纜遭受破壞的開始階段就發(fā)出報警信號，確保電纜的可靠運行。

（2）建立電力電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)，在線監(jiān)測運行電纜的各項運行參數(shù)，包括：電流、電壓、接地電阻等，為電纜的經(jīng)濟(jì)、可靠運行提供直接依據(jù)。

（3）建立電力電纜安全運行評估系統(tǒng)，包括運行電纜接頭的溫度、管溝環(huán)境溫度、管溝中水位高度、有毒氣體含量等，不僅可以有效預(yù)防事故發(fā)生，為電纜的安全運行提供技術(shù)支持，而且大大提高電纜運行維護(hù)人員現(xiàn)場工作的安全性，保證電纜維護(hù)、搶修人員的生命及財產(chǎn)安全。

4 結(jié)語

在電纜及管井越來越多的情況下，通過開發(fā)研制電纜智能化綜合管理系統(tǒng)，對所有地下電纜的走向、對應(yīng)線路等數(shù)據(jù)全面核查后，為電纜運行檢修管理提供詳實的技術(shù)數(shù)據(jù)，避免因不知線路名稱而造成盲目開斷的重大錯誤，避免因道路變化而造成電纜無處可找、外單位野蠻施工對電纜的損壞；對所有運行電纜的在線監(jiān)測和安全運行可靠性進(jìn)行評估，為整個電網(wǎng)的智能化建設(shè)提供了直接的數(shù)據(jù)支持和技術(shù)支持，保障了電纜的安全穩(wěn)定運行。

[1]城市管線設(shè)計施工與地下管線安全施工技術(shù)指導(dǎo)手冊[M].北京：中國知識出版社，2009.