基于GIS的电力电缆三维图形可视化管理系统

2013-10-08吴尊东王少华

浙江电力 2013年6期

张弛，吴尊东，王少华

（1.浙江省电力公司，杭州 310007；2.金华电业局，浙江金华 321000；3.浙江省电力公司电力科学研究院，杭州 310014）

0 引言

与架空输电线路相比，电力电缆线路具有供电可靠性高、占地面积小、有助于城市美化等优点。随着城市化进程的不断推进，电力电缆在城市供电中扮演了越来越重要的角色。浙江电网于20世纪80年代开始使用电力电缆，截至2011年底，10 kV及以上电缆线路达35 197.95 km。随着电力电缆的大规模使用，长时间运行后绝缘能力下降，绝缘老化、接地等电缆故障屡屡发生[1]。而高电压等级的电缆线路一旦发生事故，停电检修时间较长，造成的经济损失和社会影响巨大。因此，提高电力电缆的运行可靠性具有重要意义。

电力电缆的运行可靠性依赖于完善的信息管理。但目前浙江电网的电缆信息管理还比较粗放，给电缆的安全运行和检修带来了严峻挑战：一方面，经过多年的城市改造后，埋于地下的老旧电力电缆缺乏详细的空间数据，标示不准确，导致施工时易发生电缆被挖断和绝缘破损事件。另一方面，目前采用的故障定位仪器虽然能够较准确进行故障定位（定位精度可达米级），但是由于地下电缆的通道弯曲或者电缆来回弯折，导致无法准确估计电缆长度，进而造成故障点定位困难，而反复开挖查找故障点无疑会延长停电时间、降低供电可靠性。因此，利用科学的管理手段提高电缆管理的有效性，实现定量化、科学化、自动化、现代化的电缆管理模式，已成为当前十分紧迫的任务。

1 传统的电力电缆管理模式

目前，国内外电力系统普遍采用2种电力电缆管理模式：在电缆井口标示电缆编号并绘制电缆走向图；利用GIS地理信息系统技术采集电缆井GPS定位数据，并在GIS系统上进行标注。

实际应用效果表明，传统的电力电缆管理模式存在监测不到位、维护工作量大等问题，具体体现在：

（1）由于电缆施工中切割的电缆长度通常会长于实际需要铺设的长度，多余部分的电缆以盘绕于电缆井中或者来回折绕于电缆沟中的形式进行处理，且不会标示在电缆走向图中。故障定位时，这部分多余的电缆会严重影响定位准确度，大大延长电缆抢修时间。

（2）老旧电缆缺乏历史资料或新电缆的铭牌标示丢失等，均会造成同一电缆沟中的多条电缆无法区分，进而增加了故障电缆定位的准度。

（3）仅依靠电缆两端的准确定位并不能有效描述电缆的空间位置（尤其是深度）和通道形状，进而导致其它单位（如自来水公司、天然气公司、市政单位等）在施工中不慎挖断电力电缆或者破坏电缆绝缘。

随着GIS技术的发展，计算机图形和数据库相结合的GIS技术在电力系统中得到越来越多的应用[2-6]。但目前主要采用的是基于二维坐标的GIS系统，只能处理平面X轴、Y轴上的信息，其空间表现和分析能力存在很大的局限性。二维制图不能展现电缆的实际空间，造成在施工过程中出现电缆空间位置不合理、电缆长度不准确的情况，给施工带来不便，也导致成本浪费。

为了直观显现每条电缆之间的空间关系，提高电缆布置的质量和有效性，有必要从三维角度展开对电缆通道空间布置的研究。开展基于探地雷达技术的电缆三维图形可视化管理系统研究，将有助于加强电缆的空间定位能力，促进电缆管理模式转变。

2 基于探地雷达技术的电力电缆三维可视化管理系统

2.1 探地雷达技术

探地雷达技术的基本原理是[7]：首先，用发射天线发射高频宽带电磁波，当电磁波遇到电磁性能不同的分界面时会产生反射，反射波被接收天线接收后，通过雷达转换卡将脉冲电信号转换成数字信号，并传送给雷达主机；经过一系列的滤波、去噪等处理后，得到如图1—2所示的连续雷达剖面，供专业人员分析和处理。

图1 雷达信号处理及成像

图2 电缆3D图像构建

2.2 电力电缆三维图形可视化管理系统

基于探地雷达技术，可建立电力电缆三维图形可视化管理系统，主要由探地雷达、雷达信号处理及三维重构软件和地理信息系统数据库3部分组成，其构成如图3所示。

地下电力电缆的信息收集流程为：定期由人力拖动式或汽车拖拽式的探地雷达对目标区域进行Z字形扫描，将探地雷达扫描得到的原始数据上传至服务器，通过专业数据处理软件进行三维重构，重构后将包含地理位置信息的三维数据输入全局的电缆数据库，并结合地理信息系统数据库中的电缆信息，为电缆三维管理系统高级应用单元提供数据支撑。

图3 基于GIS的电力电缆三维图形管理系统结构

电缆三维管理系统以软数据总线的形式将三维电缆信息提供给生产、基建等相关业务部门。其中基于GIS系统的电缆三维图形可视化管理系统整合了电缆三维图形信息、地理信息及电缆资产信息三大信息源（如图4所示），将传统电缆管理方式提升至数字化、可视化、信息化的现代管理模式。

图4 基于GIS的电力电缆三维图形管理系统功能

电缆三维管理系统具有电缆二维分布图、三维施工图及结合GIS的三维图形显示功能，使电缆工程人员能够从局部电缆详细位置、电缆间相互位置关系及区域电缆分布等多个角度对电力电缆实施有效而直观的管理，有效地克服了城市地下管线复杂、设计部门多、缺乏透明化信息的问题。特别是在城市核心区的电缆铺设、改造、消缺等工作中，能够有效避免误伤、误碰自来水和煤气等管道，加速消缺工作，提升地下电缆的管理水平。