地下电缆信息标准化管理模式设计和应用前景

高 明，周仁才，贺贤华

（镇海供电局，浙江 宁波 315200）

1 地下电缆信息管理的现状

随着城市的发展，输配电线路的电缆化率进一步提高，截止2010年底镇海配网电缆化程度已达60%以上。电力电缆在城市运行中起着举足轻重的作用，被誉为是城市的生命线。对地下电缆管理水平的高低，不仅影响供电可靠性，而且还影响城市公共安全。当前城市电力电缆及通道管理主要存在以下问题：

（1）输配电网络中设备资料、管沟资料部分缺失，缺乏系统化管理手段，资料应用手段落后；电力电缆轨迹图纸、电缆管沟及排管资料缺失不完整；地下电缆在沟道内敷设混乱；电缆没有统一的挂牌标识；地面上缺少电缆警示标志牌。

（2）电缆敷设竣工报告、电缆管沟竣工报告没有统一的规范，报告提交形式五花八门，提交内容信息缺失、不完整，也缺乏对管线信息同步更新的管理流程和有效技术手段。

（3）电力电缆及排管周边地形不清，运行巡视、维护更新困难，盲目性大；巡视定位困难，巡视发现问题时上报不及时，维护实时性差。由于电缆及管井基础数据的缺失，在故障抢修中工作人员经常需要消耗大量的人力和时间用在电缆轨迹的寻找过程中，即使使用了电缆故障检测仪等先进设备，在知道故障点距离但不知电缆路径的情况下，还是无法做到故障点的快速、准确定位。

（4）电缆敷设后维护少，运行状态无法监控，运行环境复杂，对一些安全隐患缺乏预警和管理手段，安全可靠性无法从根本上得到有效保证，处于一种哪里出问题再全力以赴解决的被动管理模式。

鉴于以上问题，提出以计算机技术、地理信息系统（GIS）技术和电缆运行检测技术为基础，建立电缆管线的基础数据库，提高现有GIS、管理信息系统（MIS）的管理能力，进一步融合物联网技术、远程通信技术、无损测温技术、故障预判断定位技术运用于电力电缆及管沟的日常管理和运行工作，为电网智能化管理提供技术保障，切实解决当前电力电缆及管沟管理的落后状态。自2010年以来，镇海供电局已经对部分应用技术和管理办法进行尝试性的探索，并取得了一定的经验和成果。

2 管理模式的设计

2.1 开发电缆数字化管理专业平台

作为电缆信息数字化工作的重点，在现有Web GIS中开发了电缆管理模块。该模块的特点是采用Web页面模式，无需安装软件，增加了大量的电缆及管线信息，包括井单线图、井剖面图、井内图像资料、电缆穿管情况、电缆中间接头位置、井内电缆盘余量、井位全球定位系统（GPS）信息、电缆（含直埋电缆）轨迹的GPS信息。

用户可通过该模块开展日常工作，包括电缆信息维护，井单线图、井剖面图、井内图像资料、电缆接头位置及排管占用情况的查看，其中电缆属性识别的界面如图1所示。该模块的开发，为设计、施工、运维、抢修等工作提供了强大的技术支撑。

2.2 建立电力电缆及设备基础数据标准化数据库

电力管线信息数据库的建立应当具备信息的真实性、开放性、规范性和唯一性，而且应该不依赖于任何外方单位，完全由镇海供电局实施独立管理和维护。不仅有效提高镇海供电局在该领域的管理水平，对电网运行的安全性、可靠性具有重要意义；同时也避免对外方单位的依赖性。

图1 电缆井内电缆的属性识别

数据库系统首先要解决的问题是以实际电网结构建立关联模型，比如：单线图反映电网逻辑结构，能够反映出设备之间的连接关系，便于实现各种电网分析和今后各种功能的扩展。实际应用中，既关心实际的线路走向，更关心电网的逻辑关系，这种连接关系反映在系统图或一次单线图中。工作人员的需求就是把线路走向图与一次接线图结合起来，并维护二者之间的对应关系。为此在这2套模式之间建立对应的影射关系，既可以在单线图上调用实际地理位置地图，也可以在地图上直接调用查看设备及线路的逻辑关系单线图。三者关系如图2所示。

图2 不同图元间的调用

不同的单位对所管设备会有不同的要求，并且随着电力数据的完善，固定不变的设备库显然不能满足用户要求。系统提供的设备属性库模块，允许用户对设备进行增加、删除、编辑等操作。设备库集中管理设备，内容包括设备的专业名称，如出线间隔、开闭所、开关站、环网柜、分支箱、用户变、中间接头、电缆终端头、杆塔、架空线、电缆等，设备的图形符号以及设备的台帐属性结构，而此设备属性库可以在GIS中开发并应用，或者单一开发与GIS作接口，与GIS设备属性库共享。

台帐数据库以及运行维护数据和管理设备属性数据转化为数据库中的表。文件的属性结构是可以修改的，这样用户就可以在实际的使用过程中进行调整。实际使用中，属性数据又分为台帐数据和运行维护数据。台帐数据与设备是一对一的关系，每一种设备对应一个属性表。运行维护数据包括检修、故障、缺陷、挂牌等，设备与这些数据是一对多的关系，即一种设备可以挂接多个运行维护记录，也可以一个都不挂接。系统设计出附表库来集中管理运行维护数据，负责检修、故障、缺陷、挂牌等数据库的创建、属性结构编辑以及与设备的挂接。

对不同电压等级的电缆及不同工区管辖的区域电缆进行分层、分片显示。对于选中的电缆，将以突显的方式进行显示，如同车载导航选择的路径，并可以测量其长度。

编制数据接口，可以将所有地下电缆的参数输入到GIS管理系统，实现统一平台的系统管理。

2.3 制定电缆基础数据管理规范

确定运行电缆的各项参数，包括电压等级、回路编号、敷设方式、埋深、实际经纬度、敷设剖面图、电缆型号、规格、长度等一系列参数。制定标准化图例符号、图层规范、提交格式等。

对于采用排管敷设的电缆群，在所有转弯、井道等中继或分支处绘制电缆的局部详图和井道立面图，包括电缆回路编号、电缆型号规格、所处位置、送电方向、规格型号等详细参数，同时拍摄现场照片。

对于有电缆接头的位置在地图上精确标注其经纬度，并测量、绘制局部详图作为档案资料。

2.4 制定验收规范标准

（1）制定电力电缆管沟竣工图编制规范。

（2）制定地下电缆统一竣工验收规范。电缆管沟建设竣工验收资料执行标准化，按照规定的格式和样本提交内容和参数信息。

（3）统一现场标识管理。每一个工井和电缆都确定唯一的名字，不仅能提高现场的管理能力和作业速度，为信息化管理奠定了一定基础，并能有效预防外力开挖引起电缆事故的发生。

2.5 建立一套基于GIS和PDA的状态检修及运行维护系统

（1）以手持掌上电脑（PDA）为载体，将地下电缆及管沟道数据采集信息下载至PDA上，如图3所示。

图3 PDA状态检修及运行维护系统

（2）移动GIS与GPS结合，实现对各现场设备的检索、定位、导引、测距，使目标地点明确，提高作业效率。

（3）进一步开发通信通道，实现PDA数据与中心服务器数据的交互，达到PDA数据与服务器数据动态实时同步的目的。

（4）通过表格、图形、图像等多种方式对设备各项数据进行描述和交换。

2.6 建立电力电缆防盗报警系统

建立电力电缆防盗报警系统，准确定位偷盗电缆的位置。在变电站每根出线电缆上，安装1个报警信号收发器，在电缆上定时收发信号。在变电站内设置1个电缆防盗报警器，定时发出信号，并及时收回信号，判断电缆的正常运行情况。

通过通信接口，将变电站内的每根电缆运行情况传输到电缆防盗管理系统。电缆防盗系统根据预先定位的每根电缆轨迹及位置，将报警电缆的位置在GIS地图上高亮显示，及时发出报警信号并和110联动，通知抢修人员及时赶到现场。

2.7 建立电力电缆在线监测系统

在线监测运行电缆的各项运行参数，如电流、回路电阻等。在电缆的起始段每相上设置1个电流互感器，测量电缆负载电流的大小，在电流大于额定值时，发出报警，并记录下负载时间曲线，为进一步分析决策提供数据支撑。

在电缆起始点的A，B，C三相分叉电缆设置三相平衡电流互感器，平时测量三相平衡电缆，在短路时测量短路电流的大小，并提供短路报警信号。

在电缆外铠装层上设置接地电阻测量装置，测量铠装接地电阻的大小，确保电缆保护铠装层接地良好，保证电缆的安全运行。

2.8 建立电力电缆安全运行评估系统

在每个电缆接头内部设置一个特殊的内置测温芯片，实时测量各相接头位置的发热情况，并将温度参数以无线的方式传输到二级温度接收器，然后传输至控制中心。当电缆出现异常温度时发出报警，同时显示接头的实际地理位置、线路名称、相位情况。同时通过对历史数据的统计分析，可以评估高危点，提前采取有效措施预防事故发生，达到主动管理的效果。

在有接头的电缆井内设置环境温度传感器，检测管沟内的环境温度；设置水位高度传感器，检测管沟内的地下水位的实际情况，同时对容易腐蚀电缆的地下水酸碱度进行检测，一旦测量值超过设定值，及时向管理中心发出报警信号，并在电子地图上显示报警点位置。

在有接头的电缆深井内设置有毒气体报警器，确保工作人员的安全性，有毒气体报警器可以测量氧气量、一氧化碳、硫化氢和可燃气体等多种气体的浓度，当某项参数达到报警值时发出报警信号，并在电子地图上显示报警点位置。

3 电缆信息标准化管理的意义

3.1 提高电缆运行、维护、检修工作效率

（1）对电缆走廊、中间接头、盘余量等进行基础资料采集绘制后，能为以后巡视维护、检修工作提供最直接真实的基础数据。

（2）对每根电缆现场标识，为维护、检修、抢修工作提供一目了然的现场实际工况。

（3）对电缆沟道盖板进行统一编号，为以后寻找电缆井提供直接书面依据。

（4）对电缆路径进行路面标注，绿化带采用标志桩识别、路面采用标志块识别，给外单位施工提供直接依据，避免发生挖断、损坏等事故。

（5）对隐蔽电缆井或盖板采用全站仪精确测量，绘制局部详图，为以后电缆井或盖板的复原和寻找提供最为直接实用的图纸资料。

（6）规范电力电缆线路竣工资料的形式、内容，制定统一的电力电缆竣工报告和竣工图管理体系，按标准规范完成电力电缆线路竣工资料的提交。

（7）针对新敷设的地下电缆，编制地下电缆统一竣工验收流程和相应软件管理系统，从源头上保证基础数据的完整性和准确性。

（8）对运行电缆进行PDA状态检修及运行维护，实现城市电力电缆精细化智能化的巡检、维护和抢修，确保城市供电可靠性和公共安全。

3.2 确保电缆安全稳定运行

（1）建立电力电缆防盗报警系统，准确定位正在被偷盗的电缆，在电缆遭受破坏的开始阶段就发出报警信号，确保电缆的可靠运行。

（2）建立电力电缆在线监测系统，在线监测运行电缆的各项运行参数，包括：电流、电压、接地电阻等，为电缆的经济、可靠运行提供直接依据。

（3）建立电力电缆安全运行评估系统，包括运行电缆接头的温度、管沟环境温度、管沟中水位高度、有毒气体含量等，不仅可以有效预防事故发生，为电缆的安全运行提供技术支持，而且大大提高电缆运行维护人员现场工作的安全性，保证电缆维护、抢修人员的生命及财产安全。

4 结语

在电缆及管井越来越多的情况下，通过开发研制电缆智能化综合管理系统，对所有地下电缆的走向、对应线路等数据全面核查后，为电缆运行检修管理提供详实的技术数据，避免因不知线路名称而造成盲目开断的重大错误，避免因道路变化而造成电缆无处可找、外单位野蛮施工对电缆的损坏；对所有运行电缆的在线监测和安全运行可靠性进行评估，为整个电网的智能化建设提供了直接的数据支持和技术支持，保障了电缆的安全稳定运行。

[1]城市管线设计施工与地下管线安全施工技术指导手册[M].北京：中国知识出版社，2009.