大數(shù)據(jù)對地下電纜精益化管理各階段的影響

劉 貴，班 偉，吳俊興

（1.國電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 211100；2.國電南瑞南京控制系統(tǒng)有限公司，江蘇 南京 211100）

0 引 言

地下電纜是城市運(yùn)行的生命線，對電纜進(jìn)行精益化管理不僅可以保證城市用電的可靠性，還能保證社會經(jīng)濟(jì)活動和公共安全?，F(xiàn)階段，通常采用大數(shù)據(jù)與精益化管理相結(jié)合的方式構(gòu)建立體化的地下電纜精益化管理體系，加強(qiáng)對電纜及通道的運(yùn)維管理，全面排查電纜及通道的隱患和利用情況。通過分析大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于地下電纜精益化管理的各個(gè)階段，可以簡化數(shù)據(jù)信息采集流程，推動數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化、精確化，優(yōu)化運(yùn)行管控措施，將整個(gè)管理過程中的管理工作和流程閉環(huán)化，實(shí)現(xiàn)各部門協(xié)調(diào)聯(lián)動，減少地下電纜維護(hù)工作中的數(shù)據(jù)失真、風(fēng)險(xiǎn)高、難度大以及操作復(fù)雜等問題。結(jié)合應(yīng)用案例分析系統(tǒng)中各功能的實(shí)施方式和原理，從精益化管理各個(gè)階段出發(fā)，分析大數(shù)據(jù)技術(shù)提供的優(yōu)化方式和幫助。

1 應(yīng)用實(shí)例

國家電網(wǎng)蚌埠電力公司于青年變電站至勝利變電站雙回路電纜通道構(gòu)建地下電纜，通過精益化管理系統(tǒng)設(shè)置實(shí)時(shí)在線監(jiān)控中心應(yīng)用試點(diǎn)。該試點(diǎn)地下電纜和通道全長約454.4 km，其中包括約378.4 km的10 kV電纜和通道、約76 km的35 kV電纜和通道。該套在線監(jiān)控中心設(shè)備安裝情況如表1所示。

表1 試點(diǎn)設(shè)備安裝情況

監(jiān)控系統(tǒng)功能如圖1所示。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)功能

該套在線監(jiān)測設(shè)備通過電流互感器對電纜金屬護(hù)層處的接地電流數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過網(wǎng)絡(luò)將其傳輸至監(jiān)控中心，由監(jiān)控中心根據(jù)接地電流數(shù)據(jù)分析判斷當(dāng)前情況。當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)則匯報(bào)至預(yù)警系統(tǒng)，由預(yù)警系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)并及時(shí)檢修。利用低功耗、防水性較好的數(shù)字式溫度傳感器與電纜接頭相連，采集電纜接頭溫度。當(dāng)接頭溫度高于規(guī)定的溫度范圍時(shí)，通過通信方式將溫度信息傳輸給檢測系統(tǒng)，由檢測系統(tǒng)進(jìn)行分析判斷、預(yù)警。結(jié)合感應(yīng)開關(guān)和人體紅外傳感器技術(shù)進(jìn)行井蓋防盜監(jiān)控，通過在井蓋處設(shè)置感應(yīng)開關(guān)來判斷井蓋的開合狀況，使用人體紅外傳感器監(jiān)測通道中是否有人，對存在非法進(jìn)入的情況進(jìn)行報(bào)警。通過防盜監(jiān)控單元控制通道入口防盜鎖、井蓋防盜鎖開合，進(jìn)而完成防盜作業(yè)。電纜局放問題是電纜管理中重要的監(jiān)測項(xiàng)目，利用高頻脈沖電流傳感器在電纜接頭接地線上耦合電纜纜體及其接頭處的局放脈沖電流信號，并將該信號利用同軸電纜進(jìn)行傳輸。當(dāng)前端的采集器接收到信號后，將該脈沖電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，以數(shù)字信號的形式傳遞給精益化管理系統(tǒng)進(jìn)行處理、識別以及計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果存儲到數(shù)據(jù)庫，并通過在線監(jiān)控中心軟件顯示監(jiān)測結(jié)果。水位監(jiān)測、可燃性和毒性氣體監(jiān)測、煙霧監(jiān)測均是通過相應(yīng)的傳感器進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)采集，然后通過光纜網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控中心進(jìn)行預(yù)警判斷處理。

以接頭溫度預(yù)警和水位監(jiān)測預(yù)警為例，在常溫條件下，監(jiān)控中心設(shè)置預(yù)警溫度為80 ℃，當(dāng)接頭溫度監(jiān)測模塊監(jiān)測到的電纜接頭溫度不超過80 ℃時(shí)，則不發(fā)出預(yù)警，報(bào)警狀態(tài)為正常；當(dāng)接頭溫度監(jiān)測模塊監(jiān)測到的電纜接頭溫度超過80 ℃時(shí)，說明該接頭存在危險(xiǎn)，監(jiān)控中心發(fā)出預(yù)警，相關(guān)維修人員應(yīng)根據(jù)接頭監(jiān)測模塊的安裝位置確定故障發(fā)生的接頭并及時(shí)進(jìn)行維修。監(jiān)控中心界面局部信息顯示如圖2所示。

電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)、電纜精益化管理系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)（Geographic Information Systems，GIS）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對監(jiān)測數(shù)據(jù)的儲存整理、計(jì)算分析及預(yù)警功能，通過對地下電纜相關(guān)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、監(jiān)測和預(yù)警，有效降低了地下電纜事故發(fā)生的概率。通過識別地下電纜監(jiān)測設(shè)備的位置，進(jìn)而判斷出電纜及通道發(fā)生故障的位置，減少故障排查時(shí)間，降低故障造成的影響。

2 應(yīng)用分析

2.1 基于大數(shù)據(jù)的地下電纜精益化管理系統(tǒng)的構(gòu)建

對地下電纜的精益化管理主要分為3大部分，分別是地下電纜規(guī)劃設(shè)計(jì)、地下電纜基礎(chǔ)建設(shè)以及地下電纜運(yùn)行維護(hù)[1]。傳統(tǒng)的精益化管理系統(tǒng)（以下簡稱傳統(tǒng)系統(tǒng)）主要通過PMS2.0系統(tǒng)建立綜合數(shù)據(jù)庫，利用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)應(yīng)用為地下電纜的精益化管理提供幫助，通過在地下電纜的精益化管理過程中獲取反饋數(shù)據(jù)，利用反饋數(shù)據(jù)完善綜合數(shù)據(jù)庫。與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，基于大數(shù)據(jù)分析構(gòu)建的地下電纜精益化管理系統(tǒng)（以下簡稱本系統(tǒng)）的主要改進(jìn)方向是建立綜合數(shù)據(jù)庫[2]。對比傳統(tǒng)系統(tǒng)中綜合數(shù)據(jù)庫的信息獲取途徑，本系統(tǒng)拓展了新的獲取途徑，包括射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）電子標(biāo)識、全息數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取，通過將不同途徑獲取的信息進(jìn)行融合形成綜合數(shù)據(jù)庫，再通過大數(shù)據(jù)技術(shù)對綜合數(shù)據(jù)庫的篩選和整理形成臺賬數(shù)據(jù)資源、空間數(shù)據(jù)資源、監(jiān)測數(shù)據(jù)資源以及電子標(biāo)簽資源，利用這些資源為地下電纜規(guī)劃設(shè)計(jì)、地下電纜基礎(chǔ)建設(shè)、地下電纜運(yùn)行維護(hù)提供服務(wù)。本系統(tǒng)運(yùn)行原理如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)運(yùn)行原理

2.2 大數(shù)據(jù)對地下電纜精益化管理各階段的影響

2.2.1 構(gòu)建全息模型數(shù)據(jù)庫，提供電纜管理數(shù)據(jù)支持

利用大數(shù)據(jù)技術(shù)建立的管理系統(tǒng)中的綜合數(shù)據(jù)庫從原有傳統(tǒng)PMS2.0系統(tǒng)調(diào)用原生數(shù)據(jù)，基于RFID電子標(biāo)識、全息數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)在線監(jiān)測功能，利用工程普查、移動數(shù)據(jù)采集、質(zhì)量管控等方法對原生數(shù)據(jù)中缺失的部分進(jìn)行補(bǔ)充與完善，通過大數(shù)據(jù)的篩選、整理功能對綜合數(shù)據(jù)庫進(jìn)行完善，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，并將數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的資源，應(yīng)用于各業(yè)務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取的閉環(huán)[3]。利用數(shù)據(jù)獲取的閉環(huán)優(yōu)勢整合現(xiàn)有的電纜及通道基礎(chǔ)臺賬數(shù)據(jù)，結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、環(huán)境監(jiān)測以及巡檢信息等建立一套地下電纜及通道全息模型數(shù)據(jù)庫。通過該模型數(shù)據(jù)庫對地下電纜設(shè)備管理、維修、運(yùn)行、風(fēng)險(xiǎn)管控等方面的挖掘，構(gòu)建地下電纜運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)推理和決策知識庫。通過對電纜運(yùn)維多元異構(gòu)大數(shù)據(jù)的分析與挖掘，利用分層技術(shù)建立基于數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)儲存層、數(shù)據(jù)計(jì)算層、數(shù)據(jù)挖掘?qū)右约熬C合調(diào)控層的大數(shù)據(jù)分析中心，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)優(yōu)化處理，為電纜精益化管理人員提供相應(yīng)的知識、決策支持[4]。大數(shù)據(jù)分析中心分層結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 大數(shù)據(jù)分析中心分層結(jié)構(gòu)

2.2.2 加裝RFID電子標(biāo)識，提升電纜移動巡檢質(zhì)量

利用超高頻RFID技術(shù)為地下電纜進(jìn)行身份編碼，形成每個(gè)電纜的唯一電子“身份證”[5]。RFID電子標(biāo)識工作時(shí)一般利用電纜外部電磁場產(chǎn)生的能量，電子標(biāo)識本身不攜帶能源、不產(chǎn)生功耗，為了抵抗復(fù)雜的地下環(huán)境，在制作時(shí)采用密封性較好、耐酸堿、防腐蝕的材料和整體成型的工藝。通過探測器、移動終端等裝備對電纜進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)移動巡檢發(fā)現(xiàn)電纜出現(xiàn)問題時(shí)，可以利用安裝在電纜上的RFID電子標(biāo)識將具體電纜位置與移動巡檢數(shù)據(jù)上傳至地下電纜精益化管理系統(tǒng)，由地下電纜精益化管理系統(tǒng)對巡檢數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控，并顯示出巡檢的軌跡和時(shí)間，通過顯示的信息提高巡檢工作的效率，提升對地下電纜及通道巡檢質(zhì)量的管控。

2.2.3 進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，把控電纜運(yùn)行狀態(tài)

傳統(tǒng)管理方式中的在線監(jiān)測形式主要以有線光纖為主，監(jiān)測的主要內(nèi)容一般為電纜的接頭溫度，在監(jiān)測范圍內(nèi)存在一定的局限性，缺乏對管道內(nèi)可燃?xì)怏w等內(nèi)容的監(jiān)測，難以與地下電纜普查系統(tǒng)協(xié)調(diào)合作，無法有效利用普查結(jié)果實(shí)現(xiàn)電纜故障預(yù)測[6]。

基于大數(shù)據(jù)的地下電纜精益化管理系統(tǒng)新增了地下電纜監(jiān)測內(nèi)容，包含電纜接頭溫度監(jiān)測、接頭護(hù)層電流監(jiān)測、電纜局放監(jiān)測、可燃有毒氣體監(jiān)測以及井蓋防盜監(jiān)測等。通過相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)對地下電纜及通道的現(xiàn)狀進(jìn)行分析評估，利用物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)將地下電纜感知對象統(tǒng)一接入到電纜精益化管理系統(tǒng)，構(gòu)建出地下電纜全息數(shù)字化模型。規(guī)范數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)，對感知層接入的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，進(jìn)而完成地下電纜三維可視化模型構(gòu)建。通過實(shí)時(shí)在線監(jiān)測為工作人員提供高效、可靠的數(shù)字依據(jù)，優(yōu)化相應(yīng)的工作安排，降低運(yùn)維工作的復(fù)雜性和勞動強(qiáng)度，為地下電纜及通道的安全運(yùn)行提供保障。

3 結(jié) 論

在地下電纜精益化管理中融合應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，利用信息化管理技術(shù)構(gòu)建地下電纜的全息數(shù)字化模型，實(shí)現(xiàn)對電纜運(yùn)行狀態(tài)的精準(zhǔn)把控。通過規(guī)范數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)化處理接入數(shù)據(jù)，以圖像資源展示為手段，以地下電纜規(guī)劃設(shè)計(jì)、地下電纜基礎(chǔ)建設(shè)以及地下電纜運(yùn)行維護(hù)等為目的，實(shí)現(xiàn)結(jié)合圖像、數(shù)據(jù)等多維資源的地下電纜精益化管理模式。通過集成管道及電纜相關(guān)業(yè)務(wù)、融合相關(guān)數(shù)據(jù)，建立涵蓋戰(zhàn)略層、經(jīng)營層、作業(yè)層的智能決策分析體系，為管理人員提供決策支持，為地下電纜的規(guī)劃建設(shè)和穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。