高精度电缆测绘在上海配电网运维中应用

李永福，刘 炯，王乃盾，马 骁，常家宁，高 超，董其宇，朱启凌，倪敦博，林奕文，纪礼君，张希鹏

(1.国网重庆市电力公司电力科学研究院，重庆 401123；2.国网上海市电力公司市北供电公司，上海 200070；3.国网重庆市电力公司市北供电分公司，重庆 401121；4.国网重庆市电力公司长寿供电分公司，重庆 401220；5.国网重庆市电力公司检修分公司，重庆 400039；6.国网重庆市电力公司北碚供电分公司，重庆 400711)

从2017年开始上海开展了“世界一流城市配电网”建设工作[1-2]，2020年上海进一步提出了“国际领先城市配电网建设”计划，这两项建设计划均对供电可靠性有较高要求。2020年上海中心城区供电可靠率已实现99.999%的超高可靠性目标[3]，超高可靠性配电网成绩的取得与配电网电缆的精细化管理密不可分。

城市配电网电缆分布广、数量多，如何高质量管理一直是困扰运检人员的一个难题。在电缆设计、施工、运行、检修等过程中，均离不开对电缆的精确定位，特别是在一些对位置准确度要求较高的防外破、抢修工作中，精确的电缆路径及配套资料信息对于高质量、高效率运检工作的开展作用关键。

国网上海市电力公司使用电缆较早，存量电缆数量也较多。近年来，为配合高供电可靠性及城市美化工作，开展了大量架空线入地工程，电缆量得以快速增长。截至2021年年中，整个上海城区电缆化率已超过80%，积累了大量电缆测绘资料管理及应用的经验。考虑到我国在城市化进程中必然伴随配电网电缆数量的快速增长，上海配电网电缆测绘工作有极大借鉴意义。本文系统介绍上海典型区域配电网电缆测绘及应用相关经验。

1 上海配电网电缆测绘发展

1897年，上海第一根电缆敷设入地。在2000年以后，伴随10 kV开关站、双环网、钻石型配电网等的广泛建设以及架空线入地等重要工程的开展[4]，上海形成以电缆为主、架空线为辅的超大型城市配电网络。如此庞大复杂的配电网电缆网络，给电力电缆运维工作带来极大压力。

电缆埋于地下，在城市土建施工中，难以通过目视直接确定电缆路径，极易出现外破事故，在事故抢修时也难以直接确定实际位置，亟需精确的电缆路径资料。

上海在电缆施工应用的早期，就开始电缆路径的测绘工作，从早期的手工图纸绘制发展到目前的数字化测绘记录，经历了3个阶段。

1.1 手工绘制阶段

由于技术的限制，早期普遍采用手工绘图方式。电缆在施工完毕后，绘图人员通过皮尺测量与现场参照物的实际距离进行电缆位置的确定，并在图纸上保存电缆路径信息。电缆测绘精度比较高，可以基本满足电缆运维检修需求。但在一段时间后，由于地形变化、城市拆迁等原因，电缆测绘图中可能会失去参照物，运维人员难以进行准确电缆路径定位。此外，在实际使用时可能需同时调阅数份纸质档案资料，效率不高。

1.2 纸质转数字化阶段

从1997年开始，上海就使用计算机管理电缆路径资料，将竣工完成的纸质图纸统一绘制在计算机中的数字化总图上，并进行实时更新。由于技术限制，计算机中总图仅有1:2000精度，在纸质1:500竣工图转为总图过程中，会丧失一些精度。这个时期，总图起到粗略查询及目录的作用，当需要更为精确路径时，需要进一步查询纸质竣工存档图。

2000年初开始，随着地理信息系统技术、数字化测绘、高精度电子地图的成熟及普及，上海开始对增量电缆批量开展数字化测绘工作，同时对存量的电缆逐步开展纸质转数字化的工作，用3～4年时间完成了10 kV以上电缆数字化工作。

电缆路径数字化过程中，对于图纸信息与实际现场较为一致的电缆路径，直接采用纸质图纸的信息进行数字化。对于参照物变化较大的区域，图纸上的电缆路径可能无法直接、准确地反映出电缆实际位置，此时需要使用电缆路径探测仪等对电缆路径进行逐一探明，并进行数字化记录。

由于基础资料原因，纸质资料直接转化过来的电缆路径资料一般精度达不到厘米级高精度水平，故在后期的电缆技改、大修、检修等过程中，如涉及到相关电缆可以进行精确测绘的，会及时安排进行测绘资料的更新和完善。例如，同一组排管的电缆在后期新施放中，可以通过同组排管新施放电缆的精确位置对存量电缆位置进行更新。

1.3 数字化阶段

至2005年，伴随着存量电缆数字化工作的结束，上海电缆测绘进入全面数字化时代，电缆通道实现了高精度存储及快速调阅，同时借助生产管理系统(Production Management System，简称PMS)开展丰富的电缆测绘数据应用工作。从2021年9月开始，国网上海市电力公司开发的中台系统全面上线，电缆测绘数据开始在中台系统单轨运行，到此已形成了一套成熟的电缆资料管理体系。

2 厘米级测绘及电缆台账管理

借助于全球卫星导航系统如北斗系统、全球定位系统(Global Positioning System, 简称GPS)等，载波相位差分(Real-Time Kinematic, 简称RTK)技术、全站仪、激光测距等现代测绘技术[5]，电缆路径在电缆施工的同时可以同步进行精确定位及记录，进而建立完备、准确的电缆测绘资料。

2.1 技术实现

为获得高精度的电缆位置信息，2010年前上海使用较多的是RTK技术。在电缆测量时，将已知精确坐标的基准站作为参考，进行电缆测量移动站的差分误差补偿，此种方式测量精度较高，也能达到厘米级精度，但使用起来较为繁琐。近年来，随着上海北斗连续运行参考站系统、GPS连续运行参考站系统等的建设完善及商用化，可以使用网络RTK技术代替传统的临时基准站并获得厘米级精度[6-7]。在网络通畅情况下仅需要移动站直接进行测量即可，较为便捷，因此普遍采用该方式。

2.1.1 信号接收良好区域

对于卫星信号、RTK网络信号接收良好的区域，直接使用RTK设备进行电缆位置的定位。一般对于直线电缆路径每3～5 m测量一个点，对于电缆转角处，测量点不少于5个点，以保证电缆路径的准确性。

2.1.2 信号接收较差区域

由于高楼等的影响，城区内的部分电缆路径正上方可能卫星信号较差，此时一般使用RTK结合全站仪的方式进行测量。信号接收较差区域测量示意图如图1所示。在测量区域外部设置多个测量控制点，测量控制点用RTK的方式进行位置的精确定位，在控制区域内使用全站仪进行电缆路径的测量，取点间隔的要求与信号接收良好区域相同[8-9]。

图1 信号接收较差区域测量示意图

2.2 测绘流程及标准

目前，国网上海市电力公司市北、市区、市南、浦东等供电公司均设置了独立的测绘班组，全面负责电缆的测绘及资料更新工作。

2.2.1 测绘流程

国网上海市电力公司某供电公司电缆测绘流程如图2所示。

图2 国网上海市电力公司某供电公司电缆测绘流程

电缆测绘流程分为外业及内业。外业涉及户外作业，主要根据电缆敷设入地的电缆来源进行分类，由施工方在施工过程中委托具备测绘资质的人员或者在抢修中由运检人员同步进行测绘，在电缆敷设完成的同时或短时间内完成电缆型号、截面、长度、接头型号等电缆属性信息以及电缆路径、排管孔洞等电缆位置信息的收集。

设备运维人员依据施工方或抢修人员提供的电缆资料(现场草图、设计书、测量文本等测量成果)，在PMS中对电缆信息进行录入，并安排专人对新增电缆信息进行审核，审核人员依靠提供的资料以及与以前资料逻辑上的核对，对于核对过程中存疑或错误的资料进行退回，并要求施工方或抢修人员在短时间内完成修改(如典型问题的为1个工作日，个别须出外业的问题可延期到2个工作日)。

核对无误的电缆资料，由运检人员进行资产登记及纸质材料和原始电子材料的归档。

2.2.2 测绘标准

为规范电缆测绘标准，国网上海市电力公司某供电公司制定了《市北电缆跟测及数据入库流程及规范》、《市北电缆测绘作业评分标准》、《市北测绘现场照片参考意见》等一系列测绘规范及标准，内业、外业人员仅需要按照此系列标准对照执行，便可形成统一、规范、完整、准确的电缆测绘台账。

《市北电缆跟测及数据入库流程及规范》按电缆敷设安装完成为时间节点，详细规定了每一个环节流程及时限要求，并对资料提交、内业作业等进行了规范。《市北电缆测绘作业评分标准》对《市北电缆跟测及数据入库流程及规范》中提出的相关规范和要求执行情况进行逐条评分，并规定了考核分数，对于一个周期内低于考核分数的单位进行约谈、整改，可提高测绘资料提交单位的责任心。

同时，对资料提交中的关键照片信息进行细化，对照片中电缆铭牌、电缆合格证或实体电缆现场照、电缆终端和中间接头、电缆预留长度等与后期运维密切相关的关键信息进行了详细规范，并提供案例进行说明，保证在电缆运行全过程中可以实现不到现场就能直观掌握电缆相关关键信息。

2.3 循环纠错制度

当同一组排管未在一次施工过程中用完所有孔洞，在下一次施放电缆时，虽然已有排管路径信息，但仍要求新施放电缆方对所有排管进行独立测绘及信息的记录，内业人员会将新测绘数据与系统数据进行比对，对同组排管中可能的电缆路径偏差进行修正(例如纸质转数字化阶段中电缆路径精度的提高)，循环纠错制度可进一步减少电缆资料可能存在的问题，提高数据精度。

2.4 终身追责制度

电缆资料在归档时需将内业、外业、校对人员的姓名及联系方式等信息注明于工程资料封面，内业、外业、校对人员应对自己所在流程中资料的准确性负责，循环纠错或后期应用电缆资料时如发现有严重错误，可进行责任追溯。

3 电缆精确测绘资料在电缆运行中应用

电缆精确测绘资料在日常巡视、智能化监测等电缆运行工作中均有广泛应用。

3.1 巡视

巡视是电缆运行中的重要环节。电缆深埋于地下，高精度的线路路径可以让运维人员能准确确定巡视路径、合理规划路径，提高巡视效率。近年来，不仅上海，浙江、江苏等电力公司都在积极探索高精度电缆路径在测绘中的应用[8-9]。例如，国网浙江省电力有限公司某供电公司基于路径数据开展电力电缆巡线路径优化，发现可以极大缩短车辆距离，提高巡视效率、减少运维成本。

3.2 智能地钉

基于精确的电缆路径，国网上海市电力公司开展了智能地钉的应用。在电缆路径的上面嵌入由太阳能板、蓄电池、定位仪、振动监测器、信号发射器等组成的微型传感装置，可以实时监测地面由于施工等引起的振动，从而避免可能危害地下电缆的施工。

3.3 现场交底及工地管理

上海城市建设仍在不断进行，日常城市道路施工以及道路合杆工程、老旧小区电梯加装等专项工程均可能涉及地下电缆的保护工作。在现场交底时，通过精确的地下电缆分布图，可以告知施工单位确切的电缆位置，减少电缆外破风险。

基于电缆测绘台账及实际应用需求，国网上海市电力公司某供电公司进一步研发了“工地管理”程序，在移动端实现了电缆附近工地等资料的实时调用和分享。在日常巡视过程中，可以将发现的新增工地或已有工地扩大情况实时进行记录，结合后台精确电缆路径数据，可以及时发现可能的电缆外破风险，对此类电缆区域有针对性地增加巡视频次，让电缆工地管理工作更上一个台阶。

4 电缆精确测绘资料在检修和抢修中应用

在检修或抢修时，运维人员利用完备的电缆路径及相关信息，可以快速、准确地定位到需要进行检修或抢修的电缆。特别是在时效性要求较高的电缆抢修工作中，电缆精确测绘资料作用更为明显，典型故障抢修流程如图3所示。

图3 电缆故障抢修典型流程

当有图纸台账时，可以直接进行故障点的粗测；如果没有准确的图纸台账时，需首先进行电缆路径的探测，此时可能额外耗费数十分钟至数小时的抢修时间，严重影响到抢修的时效性。此外，行业内普遍采用行波测距法进行事故位置的粗略判断，但研究发现电缆波速受绝缘层材料、电缆形状和结构、制造结构上的特征、保护层类型、环境温度等诸多因素影响[10]，不同电缆波速相差较大，部分电缆波速现场实测超过190 m/μs，如此大的偏差可能直接造成故障定位点偏移数十米甚至上百米。

基于精确的电缆路径数据及对应的精确长度数据，可开展在非故障相上利用电缆故障探测仪进行波速标定，进而得到更为准确的波速及更为准确的故障位置。同时，结合电缆台账中的电缆接头位置、类型、年限等关键信息，开挖前可以初步判断是由于电缆接头还是电缆本体造成的电缆故障。基于精准的电缆路径台账及配套资料信息，可粗略确定故障点所在范围，一般范围可缩小至10 m，显著了提高抢修工作效率。

5 电缆精确测绘资料在技改大修中作用

电缆在寿命周期内可能会涉及相关的技改大修工程。在上海，早期采用了大量油纸电缆，部分电缆已不能满足运行的需要，亟需进行更新。由于可靠供电及城市环境需要，架空配电线路的形式也在逐步转为地下电缆，上海在2017—2020年开展了新一轮架空线入地工作。

在工程开展前期，特别是在工程规划、设计阶段，高精度电缆路径发挥了至关重要作用，设计和规划人员依靠准确的电缆资料台账，可以清晰了解电缆路径、周边建筑、同路径电缆等情况，极大节省前期勘探、设计时的工作量，从而可以快速、准确地开展设计、概预算等工作。

6 结语

本文较为系统地阐述了上海配电网的电缆测绘及管理经验，回顾了上海配电网电缆测绘的3个主要阶段，给出了上海厘米级高精度电缆测绘方式及资料管理方式。重点对高精度电缆测绘资料在配电网电缆运行、检修、抢修、技改大修中的典型应用进行了分析，电缆测绘工作的开展及其资料的应用可以为相关城市的配电网电缆管理提供参考。