地下電纜信息標準化管理模式設計和應用前景

高 明，周仁才，賀賢華

（鎮海供電局，浙江 寧波 315200）

1 地下電纜信息管理的現狀

隨著城市的發展，輸配電線路的電纜化率進一步提高，截止2010年底鎮海配網電纜化程度已達60%以上。電力電纜在城市運行中起著舉足輕重的作用，被譽為是城市的生命線。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）輸配電網絡中設備資料、管溝資料部分缺失，缺乏系統化管理手段，資料應用手段落后；電力電纜軌跡圖紙、電纜管溝及排管資料缺失不完整；地下電纜在溝道內敷設混亂；電纜沒有統一的掛牌標識；地面上缺少電纜警示標志牌。

（2）電纜敷設竣工報告、電纜管溝竣工報告沒有統一的規范，報告提交形式五花八門，提交內容信息缺失、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手段。

（3）電力電纜及排管周邊地形不清，運行巡視、維護更新困難，盲目性大；巡視定位困難，巡視發現問題時上報不及時，維護實時性差。由于電纜及管井基礎數據的缺失，在故障搶修中工作人員經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設備，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、準確定位。

（4）電纜敷設后維護少，運行狀態無法監控，運行環境復雜，對一些安全隱患缺乏預警和管理手段，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，提出以計算機技術、地理信息系統（GIS）技術和電纜運行檢測技術為基礎，建立電纜管線的基礎數據庫，提高現有GIS、管理信息系統（MIS）的管理能力，進一步融合物聯網技術、遠程通信技術、無損測溫技術、故障預判斷定位技術運用于電力電纜及管溝的日常管理和運行工作，為電網智能化管理提供技術保障，切實解決當前電力電纜及管溝管理的落后狀態。自2010年以來，鎮海供電局已經對部分應用技術和管理辦法進行嘗試性的探索，并取得了一定的經驗和成果。

2 管理模式的設計

2.1 開發電纜數字化管理專業平臺

作為電纜信息數字化工作的重點，在現有Web GIS中開發了電纜管理模塊。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、井內圖像資料、電纜穿管情況、電纜中間接頭位置、井內電纜盤余量、井位全球定位系統（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，井單線圖、井剖面圖、井內圖像資料、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，為設計、施工、運維、搶修等工作提供了強大的技術支撐。

2.2 建立電力電纜及設備基礎數據標準化數據庫

電力管線信息數據庫的建立應當具備信息的真實性、開放性、規范性和唯一性，而且應該不依賴于任何外方單位，完全由鎮海供電局實施獨立管理和維護。不僅有效提高鎮海供電局在該領域的管理水平，對電網運行的安全性、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 電纜井內電纜的屬性識別

數據庫系統首先要解決的問題是以實際電網結構建立關聯模型，比如：單線圖反映電網邏輯結構，能夠反映出設備之間的連接關系，便于實現各種電網分析和今后各種功能的擴展。實際應用中，既關心實際的線路走向，更關心電網的邏輯關系，這種連接關系反映在系統圖或一次單線圖中。工作人員的需求就是把線路走向圖與一次接線圖結合起來，并維護二者之間的對應關系。為此在這2套模式之間建立對應的影射關系，既可以在單線圖上調用實際地理位置地圖，也可以在地圖上直接調用查看設備及線路的邏輯關系單線圖。三者關系如圖2所示。

圖2 不同圖元間的調用

不同的單位對所管設備會有不同的要求，并且隨著電力數據的完善，固定不變的設備庫顯然不能滿足用戶要求。系統提供的設備屬性庫模塊，允許用戶對設備進行增加、刪除、編輯等操作。設備庫集中管理設備，內容包括設備的專業名稱，如出線間隔、開閉所、開關站、環網柜、分支箱、用戶變、中間接頭、電纜終端頭、桿塔、架空線、電纜等，設備的圖形符號以及設備的臺帳屬性結構，而此設備屬性庫可以在GIS中開發并應用，或者單一開發與GIS作接口，與GIS設備屬性庫共享。

臺帳數據庫以及運行維護數據和管理設備屬性數據轉化為數據庫中的表。文件的屬性結構是可以修改的，這樣用戶就可以在實際的使用過程中進行調整。實際使用中，屬性數據又分為臺帳數據和運行維護數據。臺帳數據與設備是一對一的關系，每一種設備對應一個屬性表。運行維護數據包括檢修、故障、缺陷、掛牌等，設備與這些數據是一對多的關系，即一種設備可以掛接多個運行維護記錄，也可以一個都不掛接。系統設計出附表庫來集中管理運行維護數據，負責檢修、故障、缺陷、掛牌等數據庫的創建、屬性結構編輯以及與設備的掛接。

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

編制數據接口，可以將所有地下電纜的參數輸入到GIS管理系統，實現統一平臺的系統管理。

2.3 制定電纜基礎數據管理規范

確定運行電纜的各項參數，包括電壓等級、回路編號、敷設方式、埋深、實際經緯度、敷設剖面圖、電纜型號、規格、長度等一系列參數。制定標準化圖例符號、圖層規范、提交格式等。

對于采用排管敷設的電纜群，在所有轉彎、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、電纜型號規格、所處位置、送電方向、規格型號等詳細參數，同時拍攝現場照片。

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

2.4 制定驗收規范標準

（1）制定電力電纜管溝竣工圖編制規范。

（2）制定地下電纜統一竣工驗收規范。電纜管溝建設竣工驗收資料執行標準化，按照規定的格式和樣本提交內容和參數信息。

（3）統一現場標識管理。每一個工井和電纜都確定唯一的名字，不僅能提高現場的管理能力和作業速度，為信息化管理奠定了一定基礎，并能有效預防外力開挖引起電纜事故的發生。

2.5 建立一套基于GIS和PDA的狀態檢修及運行維護系統

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

圖3 PDA狀態檢修及運行維護系統

（2）移動GIS與GPS結合，實現對各現場設備的檢索、定位、導引、測距，使目標地點明確，提高作業效率。

（3）進一步開發通信通道，實現PDA數據與中心服務器數據的交互，達到PDA數據與服務器數據動態實時同步的目的。

（4）通過表格、圖形、圖像等多種方式對設備各項數據進行描述和交換。

2.6 建立電力電纜防盜報警系統

建立電力電纜防盜報警系統，準確定位偷盜電纜的位置。在變電站每根出線電纜上，安裝1個報警信號收發器，在電纜上定時收發信號。在變電站內設置1個電纜防盜報警器，定時發出信號，并及時收回信號，判斷電纜的正常運行情況。

通過通信接口，將變電站內的每根電纜運行情況傳輸到電纜防盜管理系統。電纜防盜系統根據預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，及時發出報警信號并和110聯動，通知搶修人員及時趕到現場。

2.7 建立電力電纜在線監測系統

在線監測運行電纜的各項運行參數，如電流、回路電阻等。在電纜的起始段每相上設置1個電流互感器，測量電纜負載電流的大小，在電流大于額定值時，發出報警，并記錄下負載時間曲線，為進一步分析決策提供數據支撐。

在電纜起始點的A，B，C三相分叉電纜設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

在每個電纜接頭內部設置一個特殊的內置測溫芯片，實時測量各相接頭位置的發熱情況，并將溫度參數以無線的方式傳輸到二級溫度接收器，然后傳輸至控制中心。當電纜出現異常溫度時發出報警，同時顯示接頭的實際地理位置、線路名稱、相位情況。同時通過對歷史數據的統計分析，可以評估高危點，提前采取有效措施預防事故發生，達到主動管理的效果。

在有接頭的電纜井內設置環境溫度傳感器，檢測管溝內的環境溫度；設置水位高度傳感器，檢測管溝內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行檢測，一旦測量值超過設定值，及時向管理中心發出報警信號，并在電子地圖上顯示報警點位置。

在有接頭的電纜深井內設置有毒氣體報警器，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、硫化氫和可燃氣體等多種氣體的濃度，當某項參數達到報警值時發出報警信號，并在電子地圖上顯示報警點位置。

3 電纜信息標準化管理的意義

3.1 提高電纜運行、維護、檢修工作效率

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

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

（3）對電纜溝道蓋板進行統一編號，為以后尋找電纜井提供直接書面依據。

（4）對電纜路徑進行路面標注，綠化帶采用標志樁識別、路面采用標志塊識別，給外單位施工提供直接依據，避免發生挖斷、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原和尋找提供最為直接實用的圖紙資料。

（6）規范電力電纜線路竣工資料的形式、內容，制定統一的電力電纜竣工報告和竣工圖管理體系，按標準規范完成電力電纜線路竣工資料的提交。

（7）針對新敷設的地下電纜，編制地下電纜統一竣工驗收流程和相應軟件管理系統，從源頭上保證基礎數據的完整性和準確性。

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

3.2 確保電纜安全穩定運行

（1）建立電力電纜防盜報警系統，準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出報警信號，確保電纜的可靠運行。

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

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

4 結語

在電纜及管井越來越多的情況下，通過開發研制電纜智能化綜合管理系統，對所有地下電纜的走向、對應線路等數據全面核查后，為電纜運行檢修管理提供詳實的技術數據，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測和安全運行可靠性進行評估，為整個電網的智能化建設提供了直接的數據支持和技術支持，保障了電纜的安全穩定運行。

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