电力电缆管理系统设计研究

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摘要：由于电力电缆埋于地下无法直观看到，对电缆的管理难度相比较架空线路管理要大，而现有的管理模式存在着诸多的缺陷，因此需要设计新的电缆管理系统来加强对电缆的管理。基于三维仿真技术的电力电缆管理系统以三维仿真技术为依托，借助GIS技术和PMS系统，采集和管理电缆数据，并为提高电缆管理的效率和精度提供了技术支撑和保障。

关键词：电缆管理；三维仿真；GIS

电力电缆是城市规划和管理的重要基础设施，随着城市的发展，电缆规模不断扩大，结构也日益复杂，尤其是在地下形成了大规模、错综复杂的电缆网。为了加强对电缆的管理，提高电缆管理的效率和精度，必须对现有的管理系统进行不断创新和改造，以适应新的发展要求。

1传统电力电缆管理模式分析

现阶段，对电力电缆的管理模式主要有两种。一种是传统的人力管理模式，即人为将电缆编号标示在电缆井口，然后根据这些标识绘制电缆走向图。尽管这种方法在过去很长一段时间内对管理电缆起了重要作用，但是仅靠人为经验来维护电缆，存在着较大的风险。一旦出现判断失误导致电缆被误开挖，就容易导致不同程度的事故，严重的还会出现人员伤亡。因此，随着电缆结构的日益复杂以及电力用户对电力可靠性的要求越来越高，人力管理模式已经不能适应现代化的电缆管理方式。第二种是基于二维GIS技术的管理系统，通过GIS二维定位采集数据，并将采集到的数据在GIS系统上进行标注。尽管相比较人力管理模式，GIS电缆管理系统能够大大提高电缆管理的精度和准度，但是还是存在着诸多缺陷。而电力电缆通过城市的地区地理条件比较复杂，与众多电力线路和通讯线路交叉跨越，电缆位置与地理空间位置密切相关，特别是在垂直方向上的层次信息尤为重要。二维技术仅能观测到X轴和Y轴的平面数据，难以处理三维立体的复杂数据，这就导致在对故障点的定位时，准确度会产生一定影响，从而影响电缆抢修的及时性。同时，由于无法有效描述电缆的空间位置、通道形状等，容易影响到其他施工单位，甚至导致其他施工单位在施工时破坏到电缆。

2基于三维仿真技术的电力电缆管理系统设计

基于以上分析，当前迫切需要对电缆管理系统进行创新升级，借助现代化的科技和管理手段搭建自动化、定量化、现代化的电缆管理系统，对电力电缆进行有效精准管理。目前，国内已开展了电网三维显示方面的研究。因此，本文提出基于三维仿真技术的电力电缆管理系统，该系统以移动定位技术、虚拟现实增强技术、三维激光扫描技术、实景地理信息系统为基础，能够有效解决当前电力电缆管理的不足，提升电缆线路安全运行水平，接轨智能化运检管控模式，推动电网智能运检不断创新。构建一个良好管理系统首先要对数据进行规范化。电缆运行管理过程中涉及大量的数据，且数据关系复杂、类别繁多，既有大量的属性数据，如施工图、施工录像等各种图件，又有运行管理的各种申请、审批报表等。如何对其进行有效的贮存、管理和利用是管理系统考虑的首要问题。2．1数据分类。根据调研和相关文献，本文中将电缆数据分为空间数据、属性数据和业务数据。空间数据包括地理空间数据、图形空间数据以及拓扑数据。属性数据包括设备属性数据、系统配置数据，接口数据。业务数据为系统业务数据以及文档数据。其中，空间数据和属性数据是电缆系统数据管理的重点。针对这些不同类型的数据，系统在组织和处理上也会有所不同。其中，空间数据采用的是三维定位，即空间位置（地物在地图中的位置）、相对位置（地物实体间的拓扑关系）及空间属性数据（描述地物的特征）。通常而言，空间数据主要包括：各个输电设备在三维空间中的矢量点、线、组合模型的相关位置信息；地形等高线数据；相关电力及线路走向和交叉情况以及变电站接线图、平面布置图、输电线路断面图、杆形设计图以及各种工程图纸数据。属性数据既可以是对某一个输电设备具体化的数据，也可以是某一个对象表格化的描述从而能够为决策者提供有用的辅助决策信息。属性数据主要包括电缆的电压等级、容量、线路起止点描述、接头资料、运行方式、历史维护检修记录和实时运行信息等。业务数据既包括系统在处理各种业务中所储存的数据，也包括管道与电缆线业务流程管理审批中所提交相关文档、图片等文件格式类数据。2．2数据的连接。连接不同的数据就需要建立完善的数据库结构，通过合理划分数据库，并结合电缆管理的实际需要，将空间数据与属性数据进行连接。在打开地图数据源时，要求能够获得数据标识码，并在数据库系统中查询设备属性数据库，如果查询通过就可以将空间数据与属性数据相连结了，从而获得电缆管理所需要的数据。反之，如果在查询属性数据库时没有查询到相关设备属性数据，就需要对设备数据进行添加和更新。2．3系统整体架构。三维仿真电力电缆管理系统在应用时涉及的功能比较繁多，因此其设计相对二维系统要复杂很多。系统的主要架构分为四层，包括数据获取层、数据层、服务层和应用层，具体如图1所示。在数据层，通过三维激光扫描技术对电缆工井、附属设施、电缆通道、电缆轨迹等进行精准定位形成三维数据，同时建设设备电子编码标识系统，建立电缆通道三维模型及设备基础数据标准化数据库，实现与GIS和PMS系统数据交互，为智能化运检平台提供高效、精准的后台数据。通过数据层和服务层，最终实现电缆、通道及管孔资源可视化，电缆通道与道路河流等多维度关联信息分析，电缆通道资源查询及通道资源审批，实现电缆运维单位、规划设计单位对电缆及通道资源“一清二楚”，提升电缆及通道精益化管理水平。2．4系统功能设计基于三维仿真技术的电力电缆管理系统主要能够实现的功能除了二维系统的图形编辑、图层控制、图像操作等常规功能外，更重要的是能够提供三维展示，基础台账、缺陷统计等查询统计功能，数据录入、更新等数据管理功能，电缆规划、资源审批等辅助设计功能以及故障检测、设备管理等运行管理功能。相对于传统的三维管理系统，三维管理系统能够完善以下功能的实现。2．4．1完善基础台账。建立电缆信息资源采集标准，完成存量电缆通道、管沟资源测绘，进行基础数据的全面普查，建立增量电缆及通道“同建设、同采集、同运维”机制，开展电缆资源数据常态化核查，最终形成以图形化方式展示35kV及以上电压等级电缆线路回路数、长度及运维责任区段，并能够以电缆电压等级、设备类型、运行时间、运维单位等多维度进行统计和展示，为电缆精益化管理奠定基础。同时，基于历年来电缆故障和缺陷典型案例分析，以及通道的综合治理典型案例数据，建立电缆及通道情报数据库，并动态更新，为设备状态综合评价、差异化检修计划、抢修预案等提供数据支撑。2．4．2提升基础数据多维度应用深度深化应用PMS2．0系统电缆及通道资源信息，多维度展示各地区电缆及通道资源规模、通道及工井变化趋势、隐患缺陷，以及电缆及通道异常数据告警，实现电缆及通道资源精益管理。通过电缆名称、电缆通道、道路等任一维度可进行信息资源互查，实现电缆本体、接头、通道、环境等多维度信息关联分析，为电缆规划、现场交底等提供支撑。同时，以图形化展示管道截面、工井剖面、管孔占用等通道资源，为通道运维、资源审批等提供支撑。2．4．3通道资源全过程管理实现电缆路径最优规划功能：通过设置起始井、终止井信息，根据通道类型、通道可用率、通道材质、通道大小等相关信息，图形化展示现有通道及待建通道，为新增电缆路径设计方案提供参考依据。同时，可以规范电缆资源审批流程。支持电缆可用通道资源查询，建立规范的电缆通道资源申请、审批、预留及占用机制，实现电缆通道资源使用全流程精益管控，避免通道资源不规范占用，实现通道资源利用最大化。2．4．4三维展示采用三维模拟技术对地下电缆及通道查阅、全景模拟浏览，实现电缆及通道基础数据的数字化、可视化、实景化管理。2．4．5快速定位运检人员利用手持式移动作业终端实现对电缆线路精准定位和三维电缆数据的实时访问，可以随时调用电缆线路最新的状态数据，实现电缆通道及线路的巡视和消缺管理，提高电缆日常运行维护效率，提升电缆通道健康管理水平。2．4．6防外破、防火等防灾、减灾功能针对电缆通道沿线施工点多面广、相对孤立分散、夜间临时性施工多、运维力量相对薄弱等现状。基于三维成果，可提供精确的电缆埋深资料以及与其它市政管线的相对位置关系、管孔防火封堵情况，为通道隐患分析、通道隐患应对策略等防外破措施制定提供基础信息。利用在防外力破坏定位预警定位装置以及外破视频监控设备，整合大数据资源，建立电缆防外力破坏管控平台。同时，通过安装在电力电缆及通道上在线监测装置，实时展示线路运行状态。如利用在线环流监测、温度监测和局部放电监测，对中间接头、电缆终端等电缆重要部位进行数据远程监控，实时掌握电缆环流、电缆温度、电缆线芯及表层局部放电频谱等实时数据，设置数据异常报警功能并按照严重等级发送报警信息。

3实例应用

以实现基础台账的完善和三维展示为例，实现对系统的应用。（1）完善基础台账。对全省35kV及以上电压等级电缆线路回路数、长度及运维责任区段，并能够以电缆电压等级、设备类型、运行时间、运维单位等多维度进行统计和展示，如图2所示。（2）三维展示。采用三维模拟技术对南部某城市东南某一景区10．8平方公里示范区域内地下电缆及通道查阅、全景模拟浏览，实现电缆及通道基础数据的数字化、可视化、实景化管理，如图3所示。

4结语

传统的电力电缆管理模式存在着诸多的缺陷，为了提高电缆管理的精度和效率，设计出基于三维仿真技术的电力电缆管理系统。在三维仿真技术下，电力电缆管理系统可以有效收集和管理电缆数据，并通过三维模拟来对相关参数进行综合分析，为决策人员提供有效信息。在未来的发展中，三维精准数据技术在电缆的智能化管理应用中仍可继续挖掘，不断提高管理系统的运行效率。

作者:刘燕平 丁祥 陈天宜 单位:浙江华云电力工程设计咨询有限公司