炭纖維復(fù)合芯導(dǎo)線的風(fēng)險(xiǎn)圖形化監(jiān)控管理系統(tǒng)

石 峰，趙 明，高 峰，程生安

(國網(wǎng)河南省電力公司鄭州供電公司，河南 鄭州 621000)

炭纖維復(fù)合芯導(dǎo)線的風(fēng)險(xiǎn)圖形化監(jiān)控管理系統(tǒng)

石 峰，趙 明，高 峰，程生安

(國網(wǎng)河南省電力公司鄭州供電公司，河南 鄭州 621000)

在采用炭纖維復(fù)合芯導(dǎo)線提高輸電線路容量的同時(shí)，也會(huì)因?yàn)楣收隙鴮?dǎo)致更加嚴(yán)重的影響。為了更好的更準(zhǔn)確地對(duì)輸電線路風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估和管理，運(yùn)用快速發(fā)展的大數(shù)據(jù)、智能化、信息化、圖形化等新技術(shù)、新事物，轉(zhuǎn)變工作方法，創(chuàng)新管理方式，故結(jié)合GIS系統(tǒng)建立了炭纖維復(fù)合芯導(dǎo)線的風(fēng)險(xiǎn)圖形化數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了重要輸電線路的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及評(píng)估報(bào)告的自動(dòng)生成；并結(jié)合GIS系統(tǒng)，通過多圖層動(dòng)態(tài)信息顯示輸電線路存在的風(fēng)險(xiǎn)、評(píng)價(jià)結(jié)果以及采取的防控措施，實(shí)現(xiàn)輸電220 kV線路和重要110 kV線路風(fēng)險(xiǎn)管理數(shù)據(jù)、圖形化、精益化，從而達(dá)到加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)管控的目的。

炭纖維復(fù)合芯導(dǎo)線；輸電線路；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；GIS系統(tǒng) ；監(jiān)控管理

0 引言

碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線是以碳纖維復(fù)合芯為承載線芯，外層由軟鋁型線絞制而成。具有強(qiáng)度高、線膨脹系數(shù)小、弧垂小、重量輕、導(dǎo)電率高、載流量大、運(yùn)行溫度高、耐腐蝕性能好以及減小占地面積等一系列優(yōu)點(diǎn)，在提高線路輸送容量的同時(shí)，也會(huì)在故障時(shí)產(chǎn)生更加嚴(yán)重的影響。對(duì)于采用新型導(dǎo)線的重要輸電通道，需要進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控和評(píng)估，根據(jù)《地市級(jí)重要輸電通道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作方案》的工作要求，需要對(duì)火災(zāi)[1]、冰害[2-3]、舞動(dòng)、風(fēng)害[4]、地質(zhì)災(zāi)害、污閃[5]、異物、雷擊、機(jī)械外破、樹線放電、鳥害等11個(gè)技術(shù)要素分別進(jìn)行地市級(jí)重要輸電通道的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，也明確了評(píng)估方法。因此，對(duì)于運(yùn)維班組而言，對(duì)輸電通道的管理要求更高，方向也更加明確。目前在該方案的實(shí)踐過程中，對(duì)運(yùn)維班組而言，輸電線路的數(shù)據(jù)關(guān)系復(fù)雜、類別繁多，既有大量輸電線路的屬性數(shù)據(jù)，施工圖、施工錄像等各種圖件,又有運(yùn)行管理的各種申請(qǐng)、審批報(bào)表等[6]，且評(píng)估數(shù)據(jù)的采集缺乏手段，參數(shù)的設(shè)置也較為困難，影響了“工作方案”的深入、廣泛開展。因此，借助現(xiàn)代信息技術(shù)，對(duì)地市級(jí)重要輸電通道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供技術(shù)手段支持，是今后發(fā)展的方向。近年來隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展,尤其是GIS技術(shù)[7-11]的成熟,建立基于GIS的輸電線路運(yùn)行數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)也成了現(xiàn)實(shí)。

1 風(fēng)險(xiǎn)圖形化數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

為了主動(dòng)運(yùn)用快速發(fā)展的大數(shù)據(jù)、智能化、信息化、圖形化等新技術(shù)、新事物，轉(zhuǎn)變工作方法，創(chuàng)新管理方式，以更準(zhǔn)確地對(duì)輸電線路風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估和管理，故結(jié)合GIS系統(tǒng)建立了輸電線路風(fēng)險(xiǎn)圖形化數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。其包括建立輸電線路風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)庫，運(yùn)用數(shù)據(jù)分析評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，進(jìn)行采取針對(duì)性防控措施；結(jié)合GIS系統(tǒng)，通過圖像動(dòng)態(tài)顯示輸電線路存在的風(fēng)險(xiǎn)、評(píng)價(jià)結(jié)果以及采取的防控措施，實(shí)現(xiàn)輸電220kV線路和重要110kV線路風(fēng)險(xiǎn)管理數(shù)據(jù)、圖形化、精益化，從而達(dá)到加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)管控的目的。該系統(tǒng)主要包括三個(gè)部分，分別為輸電線路風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算功能、數(shù)據(jù)（圖像）存儲(chǔ)與查詢功能、GIS圖形顯示功能，如圖1所示。

圖1 風(fēng)險(xiǎn)圖形數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 The structure of risk graph database management system

2 輸電線路風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算功能

2.1 隱患排查

依據(jù)國家、行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，按照確定的技術(shù)排除路線對(duì)火災(zāi)、冰害、舞動(dòng)、風(fēng)害、地質(zhì)災(zāi)害、污閃、異物、雷擊、機(jī)械外破、樹線放電、鳥害等11個(gè)技術(shù)要素中每個(gè)技術(shù)要素開展現(xiàn)場逐基、逐項(xiàng)排查，找出通道內(nèi)全部隱患點(diǎn)。

根據(jù)技術(shù)要素對(duì)地市級(jí)重要輸電通道造成故障的可能性，將技術(shù)要素由輕到重分為四個(gè)等級(jí)，權(quán)重對(duì)應(yīng)為權(quán)重1，權(quán)重2，權(quán)重3，權(quán)重4，分值分別為1，2，3，4。

表1 技術(shù)要素權(quán)重系數(shù)Tab.1 Factor weight coefficient

2.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

（1）對(duì)排查出來的每個(gè)技術(shù)要素的隱患，采用HIRA（危險(xiǎn)源辨識(shí)及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估）方法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)值計(jì)算，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)值的大小，將風(fēng)險(xiǎn)程度等級(jí)由輕到重分為四級(jí)，分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)，其對(duì)應(yīng)的基本扣分值為 2、4、8、10分。

（2）根據(jù)權(quán)重乘以基本扣分值的公式計(jì)算通道區(qū)段的技術(shù)要素扣分值。

（3）對(duì)通道區(qū)段內(nèi)各技術(shù)要素扣分值進(jìn)行疊加，依據(jù)各技術(shù)要素合計(jì)扣分值相同且連續(xù)的原則重新劃分通道區(qū)段，根據(jù)單項(xiàng)最大扣分值和合計(jì)扣分值，確定區(qū)段的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。將通道區(qū)段風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)設(shè)為四級(jí)：正常狀態(tài)、低風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)、中風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)、高風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)[8-9]。

根據(jù)HIRA的累計(jì)扣分法[10]對(duì)某條輸電線路進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。對(duì)于四種風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)如表2所示，本文以采用此標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)估樣本作為訓(xùn)練樣本和測試樣本。

表2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Dividing standard of risk assessment level

主要計(jì)算方法為危險(xiǎn)源辨識(shí)及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估（HIRA），其風(fēng)險(xiǎn)值計(jì)算公式為

其中，Risk表示整段輸電線路的風(fēng)險(xiǎn)值，wi、Ki、Li、Ei、Ci分別為單個(gè)技術(shù)因素的權(quán)重、風(fēng)險(xiǎn)調(diào)整系數(shù)、危害可能性、危害頻率、危害后果。風(fēng)險(xiǎn)調(diào)整系數(shù)需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐氖芪⒌匦?、突發(fā)情況等隨機(jī)因素影響進(jìn)行判定。

由于該地歷史上未曾發(fā)生過地質(zhì)災(zāi)害情況，故以剩下的10種技術(shù)因素進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。10種技術(shù)因素的特征量如表3所示。

故通過比對(duì)規(guī)范，可以看到該輸電線路存在機(jī)械外破、異物、鳥害的危害。根據(jù)公式和規(guī)范可以得到技術(shù)因素扣分風(fēng)險(xiǎn)匯總表4。

表3 技術(shù)因素特征量Tab.3 Characteristic value of factors

表4 技術(shù)因素扣分匯總表Tab.4 Summary of cumulative points of factors

由此可以得到該輸電線路的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果為中等風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，此時(shí)線路需要在監(jiān)視狀態(tài)下進(jìn)行運(yùn)行，并及時(shí)進(jìn)行停電檢修。系統(tǒng)評(píng)估過程展示如圖2所示。

2.3 風(fēng)險(xiǎn)治理計(jì)劃及措施

根據(jù)通道的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，從反措落實(shí)、運(yùn)維管控等方面制定治理計(jì)劃及措施，開展針對(duì)性治理。

（1）對(duì)于高風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)的通道，制定近期治理措施計(jì)劃或局部補(bǔ)強(qiáng)措施，立即開展綜合治理。

（2）對(duì)于中風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)的通道，制定中近期治理措施計(jì)劃，重點(diǎn)治理通道中某一條重要線路。

（3）對(duì)于低風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)的通道，予以關(guān)注，加強(qiáng)運(yùn)行管理，制定長期治理計(jì)劃，分期治理。

圖2 輸電線路風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)流程圖Fig.2 Flow chart of risk assessment system for transmission line

（4）在制定治理措施計(jì)劃時(shí)，同步編制事故預(yù)案，制定極端條件下負(fù)荷轉(zhuǎn)移方案和系統(tǒng)運(yùn)行方式。

3 數(shù)據(jù)(圖像)存儲(chǔ)與查詢功能

（1）將狀態(tài)評(píng)價(jià)過程中的數(shù)據(jù)全部存儲(chǔ)在系統(tǒng)中，可以按照電壓等級(jí)、線路名稱、技術(shù)要素、風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)等篩選條件進(jìn)行查詢和導(dǎo)出；重要輸電通道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告自動(dòng)查詢和導(dǎo)出

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告自動(dòng)查詢和導(dǎo)出說明：根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)通道定義自動(dòng)統(tǒng)計(jì)通道內(nèi)桿段信息及隱患信息生成相關(guān)報(bào)告，經(jīng)過管理人員增減信息后，該報(bào)告存入數(shù)據(jù)庫，下次查詢時(shí)自動(dòng)調(diào)取數(shù)據(jù)庫內(nèi)報(bào)告，減輕管理人員工作強(qiáng)度。

對(duì)于中風(fēng)險(xiǎn)、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)段，要附上區(qū)段小號(hào)側(cè)、區(qū)段內(nèi)、區(qū)段大號(hào)側(cè)的現(xiàn)場照片，并附上必要的文字說明。（根據(jù)系統(tǒng)已有隱患照片生成，再由管理人員增減描述，存入數(shù)據(jù)庫，方便下次調(diào)用）

（2）根據(jù)《關(guān)于印發(fā)安全隱患排查治理工作管理辦法的通知》文件，按照隱患管理相關(guān)要求進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，主要包括隱患一覽表、一患一檔、隱患跟蹤情況、隱患處置過程資料，也要具備查詢和導(dǎo)出功能。

（3）標(biāo)準(zhǔn)化線路照片存儲(chǔ)在系統(tǒng)中。

（4）可以統(tǒng)計(jì)查詢線路歷史故障信息。

4 基于GIS系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)圖形化功能

（1）按照不同技術(shù)要素繪制成不同故障類型風(fēng)險(xiǎn)分布圖（如污區(qū)分布圖、鳥害風(fēng)險(xiǎn)分布圖、雷擊風(fēng)險(xiǎn)分布圖、外破風(fēng)險(xiǎn)分布圖、地閃密度圖等）如圖3所示。

圖3 按需求點(diǎn)展示的多圖層GIS信息Fig.3 Multilayer GIS information displayed according to requirements

應(yīng)用多圖層GIS技術(shù)，每個(gè)技術(shù)要素一個(gè)圖層，分層顯示（按國網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)、冰害、舞動(dòng)、風(fēng)害、地質(zhì)災(zāi)害、污閃、異物、雷擊、機(jī)械外破、樹線放電、鳥害11圖層，同時(shí)預(yù)留交叉跨越、違章建筑、魚塘隱患、本體隱患、專項(xiàng)隱患等圖層）。

（2）可以疊加衛(wèi)星影像地圖進(jìn)行顯示，并且具有實(shí)時(shí)自動(dòng)更新衛(wèi)星影像地圖更新功能。

單獨(dú)設(shè)置高清電子屏幕進(jìn)行顯示污區(qū)分布圖、鳥害風(fēng)險(xiǎn)分布圖、雷擊風(fēng)險(xiǎn)分布圖、外破風(fēng)險(xiǎn)分布圖、地閃密度圖等風(fēng)險(xiǎn)分布圖。

（3）圖像顯示時(shí)可以在圖上點(diǎn)選線路，由系統(tǒng)自動(dòng)匹配鏈接狀態(tài)評(píng)價(jià)、隱患資料、標(biāo)準(zhǔn)化照片等資料。數(shù)據(jù)和圖像可以由輸電運(yùn)檢進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新。

（4）數(shù)據(jù)和圖像可以由輸電運(yùn)檢進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新。

（5）圖像具有導(dǎo)出和打印。

5 結(jié)論

基于GIS系統(tǒng)的輸電線路風(fēng)險(xiǎn)圖形化數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，可以儲(chǔ)存各類線路故障數(shù)據(jù)包括圖片，支持?jǐn)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新；圖像顯示時(shí)可以在圖上點(diǎn)選線路，由系統(tǒng)自動(dòng)匹配鏈接狀態(tài)評(píng)價(jià)、隱患資料、標(biāo)準(zhǔn)化照片等資料，數(shù)據(jù)和圖像可以由輸電運(yùn)檢進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新，可以實(shí)現(xiàn)各炭纖維復(fù)合芯導(dǎo)線的輸電通道的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及報(bào)告的自動(dòng)查詢，并可以按照不同技術(shù)要素繪制成不同故障類型風(fēng)險(xiǎn)分布圖，可以實(shí)現(xiàn)輸電220 kV線路和重要110 kV線路風(fēng)險(xiǎn)管理數(shù)據(jù)、圖形化、精益化，從而達(dá)到加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)管控的目的。

[1] 吳田, 阮江軍, 胡毅, 等. 500kV 輸電線路的山火擊穿特性及機(jī)制研究[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2011, 31(34): 163-170.

[2] 孫羽, 王秀麗, 王建學(xué), 等. 架空線路覆冰閃絡(luò)跳閘特性分析與風(fēng)險(xiǎn)建模[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2011, 31(31): 149-158.

[3] 張連花, 金穎．輸電線路脫冰跳躍研究及防治[J]. 新型工業(yè)化, 2014, 4(6): 31-36, 42.

[4] 吳勇軍, 薛禹勝, 謝云云, 等. 臺(tái)風(fēng)及暴雨對(duì)電網(wǎng)故障率的時(shí)空影響[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2016, 40(2): 20-29.

[5] 帥海燕, 龔慶武, 陳道君. 計(jì)及污閃概率的輸電線路運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論與指標(biāo)體系[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2011, 31(16): 48-54.

[6] 陳雄波, 孟遂民, 秦紅玲. 基于GIS的輸電線路運(yùn)行管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)[J]. 電力建設(shè). 2005, 26(8): 65-67.

[7] 朱慶. 三維GIS及其在智慧城市中的應(yīng)用[J]. 地球信息科學(xué)學(xué)報(bào), 2014, 16(2): 151-157.

[8] 王國勝, 張聲圳. 基于GIS的輸電線路三維數(shù)字化管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 電工技術(shù), 2013, 專題, 6-8.

[9] 趙建三, 鄧丁杰, 唐利民, 等. 基于DotSpatial 的組件式GIS 開發(fā)與應(yīng)用[J]. 軟件, 2013, 34(12): 119-121.

[10] 譚少輝. 一種跨平臺(tái)三維GIS 系統(tǒng)的分析與實(shí)現(xiàn)[J]. 軟件, 2014, 35(12): 94-97.

[11] 梁秋實(shí), 桑新柱, 邢樹軍. 利用多視點(diǎn)自由立體顯示系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示GIS信息[J]. 軟件, 2016, 37(01): 44-47.

[12] 國家電網(wǎng)公司. Q/GDW 173—2008 架空輸電線路狀態(tài)評(píng)價(jià)導(dǎo)則[S]. 北京: 中國電力出版社, 2008.

[13] 南方電網(wǎng)公司. Q/CSG 10010—2004 輸變電設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[S]. 北京：中國電力出版社, 2004.

[14] 嚴(yán)英杰, 盛戈皞, 陳玉峰, 等. 基于關(guān)聯(lián)規(guī)則和主成分分析的輸電線路狀態(tài)評(píng)價(jià)關(guān)鍵參數(shù)體系構(gòu)建[J]. 高電壓技術(shù), 2015, 41(7): 2308-2314.

The Graphical Risk Monitoring and Management System of Carbon Fiber Core Conductors

SHI Feng, ZHAO Ming, GAO Feng, CHENG An-sheng
(Zhenzhou Power Supply Bureau of Henan Power Supply Company, Henan 621000, China)

In the use of carbon fiber core conductor to improve the transmission line capacity, but also lead to more serious impact because of the failure. In order to more accurately assess the risk of transmission line and management, we should use the rapid development of big data, intelligence, information, graphics and other new technologies, to change work methods, innovation management, so the combination of GIS system to establish the risk graphical database management system of carbon fiber core wire. This system mainly realizes the risk evaluation and the automatic generation of assessment report; And combined with the GIS system, show the risk, the results of the evaluation and control measures of transmission line through dynamic multilayer information, to achieve the purpose of risk data management, graphical, lean of important 220 kV and 110 kV transmission line, so as to strengthen the risk management and control.

Carbon fiber core conductors; Transmission line; Risk assessment; GIS system; Monitoring management

TM7

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2017.05.028

石峰(1975-)男，河南開封人，高級(jí)工程師，電力工程碩士，從事輸變電運(yùn)維管理工作；趙明(1985年），男，河南安陽人，工程師，工學(xué)學(xué)士，從事輸電線路運(yùn)行與檢修工作；高峰(1985年）男，河南鄭州人，工程師，工學(xué)碩士，從事輸電線路運(yùn)維工作。

石峰。

本文著錄格式：石峰，趙明，高峰，等. 炭纖維復(fù)合芯導(dǎo)線的風(fēng)險(xiǎn)圖形化監(jiān)控管理系統(tǒng)[J]. 軟件，2017，38（5）：132-136