基于CIM模型的地下電纜運(yùn)行監(jiān)控技術(shù)的研究思考

胡凡君

摘 要：隨著云南經(jīng)濟(jì)與古城化建設(shè)的快速發(fā)展，古城供電方式由架空線路改為地下電纜埋設(shè)已經(jīng)是大勢(shì)所趨。準(zhǔn)確、快速定位現(xiàn)場(chǎng)目標(biāo)電纜的空間位置，并實(shí)時(shí)獲取電纜沿線上的分支箱、環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)相關(guān)設(shè)備的綜合監(jiān)測(cè)信息，是地下電纜運(yùn)行維護(hù)需要解決的重要問(wèn)題。古城地下電纜運(yùn)行監(jiān)控是古城地下電纜安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要手段，該文分析了現(xiàn)階段古城地下電纜面臨的問(wèn)題與挑戰(zhàn)，詳細(xì)講述了建設(shè)古城地下電纜運(yùn)行監(jiān)控的必要性與建設(shè)構(gòu)想。并基于CIM模型中的IEC-61968、IEC-61970系列標(biāo)準(zhǔn)提出了信息模型和接口規(guī)范，結(jié)合古城地下電纜運(yùn)行監(jiān)控的實(shí)際情況，制定并建立古城地下電纜運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)的模型結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：古城地下電纜 監(jiān)控管理系統(tǒng) CIM IEC-61968 IEC-61970 數(shù)據(jù)模型

中圖分類號(hào)：TM75 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）12（a）-0040-04

該論文以麗江古城電纜運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)構(gòu)想為出發(fā)點(diǎn)，以調(diào)查分析目前海口電纜線路分布及鋪設(shè)現(xiàn)狀為依據(jù)，研究適應(yīng)復(fù)雜情況的狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)安全傳輸、電纜運(yùn)行狀態(tài)智能監(jiān)測(cè)預(yù)警等技術(shù)，研究電纜狀態(tài)監(jiān)測(cè)的基本功能，性能指標(biāo)，高濕、高腐蝕環(huán)境下可靠低功耗的電纜運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)終端設(shè)備技術(shù)規(guī)范；并結(jié)合CIM模型中的IEC-61968、IEC-61970系列標(biāo)準(zhǔn)提出的信息模型和接口規(guī)范，結(jié)合古城地下電纜運(yùn)行監(jiān)控的實(shí)際情況，制定并建立古城地下電纜運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)的模型結(jié)構(gòu)。下文從建設(shè)構(gòu)想、總體方案、研究?jī)?nèi)容等方面進(jìn)行論述。

1 建設(shè)構(gòu)想

1.1 主要內(nèi)容

（1）調(diào)查分析目前?？陔娎|線路分布及鋪設(shè)現(xiàn)狀，結(jié)合運(yùn)行數(shù)據(jù)，說(shuō)明電纜運(yùn)行中存在的主要問(wèn)題，研究并提出電纜狀態(tài)監(jiān)測(cè)的基本功能和性能指標(biāo)。

（2）研究并提出高濕度、高腐蝕環(huán)境下高精度、高可靠性、低功耗的電纜運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)終端設(shè)備技術(shù)規(guī)范。

（3）針對(duì)不同安裝地點(diǎn)，提出適應(yīng)不同環(huán)境的狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)安全傳輸技術(shù)。

（4）研究并設(shè)計(jì)二維平面組態(tài)、三維全景地圖與衛(wèi)星地圖的綜合展示方法。

（5）研究全景化古城地下電纜運(yùn)行狀態(tài)智能監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)及其應(yīng)用，分析電纜環(huán)境與載流量對(duì)電纜壽命的影響，提出基于在線監(jiān)測(cè)狀態(tài)評(píng)估方法和全壽命周期管理體系。

（6）研究并制定電纜狀態(tài)監(jiān)測(cè)終端設(shè)備的安裝及運(yùn)維技術(shù)，出臺(tái)運(yùn)行維護(hù)的規(guī)范書(shū)。

（7）研究古城地下電纜離線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的信息采集整合技術(shù)的可行性；基于IEC-61968、IEC-61970的XML樹(shù)狀數(shù)據(jù)模型，借鑒海口市地下管線平臺(tái)和燃?xì)夤艿谰W(wǎng)絡(luò)平臺(tái)模式，研究并設(shè)計(jì)系統(tǒng)體系架構(gòu)。

（8）選擇有代表性的電纜線路進(jìn)行示范建設(shè)，并對(duì)實(shí)際運(yùn)行狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.2 系統(tǒng)建設(shè)效果及遠(yuǎn)期規(guī)劃

系統(tǒng)建設(shè)完成后，可有效地將?？诂F(xiàn)有的電纜路徑通過(guò)GIS方式展現(xiàn)，通過(guò)針對(duì)性的選點(diǎn)、工程實(shí)施，集中展現(xiàn)目前國(guó)內(nèi)電纜在線監(jiān)測(cè)的技術(shù)設(shè)備和解決方式，使海口古城地下電纜運(yùn)行監(jiān)控管理技術(shù)達(dá)到國(guó)內(nèi)一流水平。

此次系統(tǒng)建成后，可通過(guò)接地環(huán)流監(jiān)測(cè)、電纜接頭溫度監(jiān)測(cè)等方式，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電纜的運(yùn)行狀況，依據(jù)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及運(yùn)行維護(hù)人員的經(jīng)驗(yàn)，判斷電纜的運(yùn)行狀態(tài)，出現(xiàn)參數(shù)異常時(shí)，可及時(shí)進(jìn)行處理，避免電纜線路帶病運(yùn)行，降低事故發(fā)生的概率，延長(zhǎng)電纜的使用壽命。

通過(guò)對(duì)電纜管溝有害氣體的監(jiān)測(cè)，避免發(fā)生危及運(yùn)行人員人身安全的狀況，可燃?xì)怏w超標(biāo)時(shí)，及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，避免發(fā)生危及社會(huì)安全的爆炸事故。

系統(tǒng)建成后，可極大地提高運(yùn)行人員的工作效率，通過(guò)先進(jìn)的技術(shù)手段，有效減少工作人員在路途和現(xiàn)場(chǎng)的工作時(shí)間，在當(dāng)前電網(wǎng)規(guī)模日益擴(kuò)大、人員編制有限的現(xiàn)狀下，尤為重要。

此次系統(tǒng)建設(shè)，針對(duì)?？谒師釒?、海島性氣候特點(diǎn)，加強(qiáng)了設(shè)備防護(hù)等級(jí)的要求，對(duì)遠(yuǎn)端電纜狀態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)主體設(shè)備，要求達(dá)到IP68防護(hù)等級(jí)，確保設(shè)備可長(zhǎng)期在高溫、高濕、高腐蝕條件下工作。對(duì)遠(yuǎn)端電纜狀態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)備在電纜管溝取電及通信方式進(jìn)行了綜合考慮，要求采用不同的供電、通信解決方案，重點(diǎn)考察各種方案在海口環(huán)境下的使用效果，為下一步工作的開(kāi)展提供決策參考。

遠(yuǎn)期規(guī)劃：此次系統(tǒng)建設(shè)完成后，根據(jù)各設(shè)備運(yùn)行狀況和生產(chǎn)管理部門的評(píng)估，可對(duì)古城地下電纜運(yùn)行狀態(tài)及環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，由重點(diǎn)線路開(kāi)始進(jìn)行大范圍的推廣。在監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)對(duì)海口電纜線路電纜本體及電纜管溝狀態(tài)的全面、有效監(jiān)控。

結(jié)合電纜技術(shù)的發(fā)展和大量歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)分析等技術(shù)手段，分析電纜故障的產(chǎn)生、發(fā)展機(jī)理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電纜潛在故障，進(jìn)行電纜故障預(yù)警，避免事故的發(fā)生。

2 總體方案

2.1 系統(tǒng)構(gòu)架

古城地下電纜運(yùn)行監(jiān)控管理系統(tǒng)主要由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)平臺(tái)、面向?qū)ο笠惑w化應(yīng)用支持平臺(tái)、專業(yè)應(yīng)用、通信接口（使用SOA服務(wù)提供監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)服務(wù)，僅為生產(chǎn)管理等系統(tǒng)單向提供數(shù)據(jù)）共5部分構(gòu)成。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

麗江電網(wǎng)古城地下電纜運(yùn)行監(jiān)控管理系統(tǒng)按照“一盤棋”的建設(shè)思路，選擇適合各個(gè)監(jiān)測(cè)廠家接入的體系結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)一集中到設(shè)在變電站內(nèi)的數(shù)據(jù)采集器系統(tǒng)，由數(shù)據(jù)管理服務(wù)器處理，并統(tǒng)一存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心；WEB服務(wù)器可以訪問(wèn)和使用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)古城地下電纜實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管理與預(yù)警服務(wù)。同時(shí)運(yùn)行維護(hù)的用戶通過(guò)WEB服務(wù)器的域名登陸進(jìn)入平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)所在區(qū)古城地下電纜的運(yùn)行、維護(hù)、監(jiān)控和管理。綜合考慮建設(shè)、運(yùn)維費(fèi)用和本期實(shí)施規(guī)模，本期前端采集設(shè)備采取多種類、少數(shù)量的接入方式。通信方式采用光纖有線通信方式、無(wú)線通信方式。軟件平臺(tái)基礎(chǔ)功能建設(shè)齊全，并具備靈活的擴(kuò)展性。

古城地下電纜運(yùn)行監(jiān)控管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要包括以下內(nèi)容。

（1）數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器：為監(jiān)控系統(tǒng)配置的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，存儲(chǔ)有古城地下電纜狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)為其他系統(tǒng)提供支持，完成古城地下電纜運(yùn)行監(jiān)控功能要求。

（2）WEB服務(wù)器：系統(tǒng)配置有與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器訪問(wèn)的接口，實(shí)現(xiàn)電纜日常維護(hù)應(yīng)用功能，并完成WEB發(fā)布功能，支持用戶WEB訪問(wèn)。

（3）運(yùn)行維護(hù)工作站：系統(tǒng)配置在線運(yùn)行維護(hù)工作站，運(yùn)行維護(hù)人員在線訪問(wèn)系統(tǒng)信息服務(wù)進(jìn)行分析應(yīng)用，完成古城地下電纜運(yùn)行狀態(tài)的查詢、預(yù)警確認(rèn)、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等應(yīng)用功能。

（4）數(shù)據(jù)采集器：提供統(tǒng)一的有線監(jiān)測(cè)設(shè)備信息接入，并將現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)子網(wǎng)與電力內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行物理隔離。

（5）監(jiān)測(cè)終端：各個(gè)廠家需要遵循統(tǒng)一的通信規(guī)約，監(jiān)測(cè)終端需將各個(gè)監(jiān)測(cè)設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范性的統(tǒng)一接入。

2.2 技術(shù)難點(diǎn)

（1）系統(tǒng)功能的界定。

根據(jù)實(shí)際需要，系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下主要功能：人機(jī)界面功能；GIS地圖展示功能；電纜狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集顯示功能；在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)告警設(shè)置、告警管理功能；電纜運(yùn)行狀態(tài)智能監(jiān)測(cè)預(yù)警功能；報(bào)表功能；打印功能；數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能。

（2）數(shù)據(jù)庫(kù)的選擇。

古城地下電纜運(yùn)行監(jiān)控管理系統(tǒng)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)古城地下電纜的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)提供高效的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存取，實(shí)現(xiàn)電纜運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和分析。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理應(yīng)具有下列特性。

可維護(hù)性：應(yīng)提供數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)工具和圖形界面，以便用戶在線監(jiān)視、增減和修改數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的各種數(shù)據(jù)。

并發(fā)操作：應(yīng)允許不同任務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的同一數(shù)據(jù)進(jìn)行并發(fā)訪問(wèn)，要保證在并發(fā)方式下數(shù)據(jù)庫(kù)的完整性和一致性。

可擴(kuò)展性：用戶可對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行增改，生成新實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)或數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)子集。

系統(tǒng)應(yīng)保證不同數(shù)據(jù)庫(kù)之間數(shù)據(jù)的一致性，當(dāng)任一數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)被合法修改后，所有的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)同時(shí)自動(dòng)更新。

應(yīng)能夠建立多種數(shù)據(jù)集，用于如應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)、培訓(xùn)、測(cè)試、研究和計(jì)算等。

應(yīng)提供數(shù)據(jù)庫(kù)存取和操作的安全服務(wù)，具有檢查數(shù)據(jù)有效性的能力。

應(yīng)支持SQL標(biāo)準(zhǔn)，用戶能夠使用標(biāo)準(zhǔn)SQL語(yǔ)言訪問(wèn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。

應(yīng)支持存取商用數(shù)據(jù)庫(kù)的能力。

將數(shù)據(jù)從商用庫(kù)加載到實(shí)時(shí)庫(kù)的操作不應(yīng)對(duì)實(shí)時(shí)庫(kù)的性能造成影響。

提供實(shí)時(shí)庫(kù)物理文件的錯(cuò)誤檢測(cè)告警功能。

（3）生產(chǎn)管理系統(tǒng)的通信連接接口。

麗江電網(wǎng)公司古城地下電纜運(yùn)行監(jiān)控管理系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)一樣，是麗江電網(wǎng)的重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，生產(chǎn)管理系統(tǒng)可以直接調(diào)用該系統(tǒng)提供的SOA接口，其服務(wù)數(shù)據(jù)基于IEC-61968、IEC-61970等的XML樹(shù)狀數(shù)據(jù)模型實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

（4）與GIS系統(tǒng)的連接。

目前，麗江電網(wǎng)公司正在統(tǒng)一建設(shè)GIS系統(tǒng)，制定與GIS系統(tǒng)連接接口方案，重點(diǎn)研究麗江古城地下電纜路徑、狀態(tài)等信息在GIS系統(tǒng)的展示方式。在麗江統(tǒng)一GIS建設(shè)之前，該系統(tǒng)可以使用Google Map作為地圖服務(wù)信息的來(lái)源。

（5）與遠(yuǎn)端電纜狀態(tài)數(shù)據(jù)采集終端、WEB訪問(wèn)的信息安全策略。

WEB遠(yuǎn)程訪問(wèn)、遠(yuǎn)端電纜狀態(tài)采集終端依據(jù)安裝位置的條件，采用有線或無(wú)線方式接入古城地下電纜運(yùn)行監(jiān)控管理系統(tǒng)，為保證古城地下電纜及相連系統(tǒng)的信息安全，需在所有公網(wǎng)接入部位布置防火墻。

根據(jù)麗江高溫、多雨、近海的氣候特點(diǎn)，遠(yuǎn)端電纜狀態(tài)采集裝置還需重點(diǎn)考慮電源、通信、防護(hù)等解決方案。

2.3 接口要求

電力其他信息化系統(tǒng)和該系統(tǒng)之間存在一種信息共享、預(yù)警聯(lián)動(dòng)的機(jī)制。SOA服務(wù)中提供的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)完全來(lái)自于該系統(tǒng)的分析結(jié)果，在授予權(quán)限的條件下，通過(guò)數(shù)據(jù)接口能夠直接讀取該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

生產(chǎn)管理系統(tǒng)和該系統(tǒng)之間存在信息共享的機(jī)制。對(duì)于古城地下電纜及電纜接頭的靜態(tài)屬性數(shù)據(jù)、空間位置等，省網(wǎng)公司修改后，映射到映像庫(kù)，同時(shí)按照事件觸發(fā)方式發(fā)送修改通知給生產(chǎn)管理系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)更新或修改操作。

在系統(tǒng)建設(shè)初期，生產(chǎn)管理系統(tǒng)能夠根據(jù)省網(wǎng)主站系統(tǒng)上傳的相關(guān)古城地下電纜及其他設(shè)備的靜態(tài)屬性數(shù)據(jù)（包括空間位置坐標(biāo)）建立基于CIM（IEC61970、IEC61968）模型，并且保證與生產(chǎn)管理系統(tǒng)保持一致。生產(chǎn)管理系統(tǒng)收到的數(shù)據(jù)修改或新設(shè)備增加通知時(shí)，能夠立即通知系統(tǒng)維護(hù)人員進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的更新或修改操作。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)地下電纜運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)的建設(shè)，為建設(shè)適合麗江的古城地下電纜運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)，為提升整個(gè)麗江電網(wǎng)輸電運(yùn)行管理的智能化水平，為實(shí)現(xiàn)“服務(wù)好、管理好、形象好”國(guó)際先進(jìn)電網(wǎng)企業(yè)的戰(zhàn)略目標(biāo)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

古城地下電纜運(yùn)行監(jiān)控管理系統(tǒng)目前還是一個(gè)構(gòu)想，在未來(lái)的建設(shè)工作中還需要大家集思廣益。系統(tǒng)的建設(shè)將面臨眾多難題，這里僅提出了思路，真正實(shí)施還需要進(jìn)行不斷的探索與思考。軟件上以最簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能。為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可讀性，可維護(hù)性，盡量采用簡(jiǎn)潔易懂的方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，不追求復(fù)雜、深?yuàn)W的算法，以最實(shí)用的方式給予工作人員幫助，這才是系統(tǒng)建設(shè)的真正目的。

參考文獻(xiàn)

[1] 電纜溝失火引變電站爆炸[N].法制晚報(bào)（北京），2016-06-18.

[2] IEC 61968，電力企業(yè)應(yīng)用集成-配電管理的系統(tǒng)接口[S].2013.

[3] IEC 61970，能量管理系統(tǒng)應(yīng)用程序接口[S].2012.

[4] 南網(wǎng)基建部.3C綠色電網(wǎng)輸變電示范工程建設(shè)指導(dǎo)意見(jiàn)[Z]. 2011.

[5] GB 50052-1995，供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].1995.

[6] GB/T 13729-1992，遠(yuǎn)動(dòng)終端通用技術(shù)條件[S].1992.

[7] GB 13730，地區(qū)電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)通用計(jì)算條件[S]. 1992.

[8] Q/CSG 114002-2011，電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程[S].2011.

[9] （美）約翰R.詹森（John R.Jensen）.地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論[M].電子工業(yè)出版社，2016.