基于CIM模型的地下電纜運行監控技術的研究思考

胡凡君

摘 要：隨著云南經濟與古城化建設的快速發展，古城供電方式由架空線路改為地下電纜埋設已經是大勢所趨。準確、快速定位現場目標電纜的空間位置，并實時獲取電纜沿線上的分支箱、環網柜內相關設備的綜合監測信息，是地下電纜運行維護需要解決的重要問題。古城地下電纜運行監控是古城地下電纜安全穩定運行的重要手段，該文分析了現階段古城地下電纜面臨的問題與挑戰，詳細講述了建設古城地下電纜運行監控的必要性與建設構想。并基于CIM模型中的IEC-61968、IEC-61970系列標準提出了信息模型和接口規范，結合古城地下電纜運行監控的實際情況，制定并建立古城地下電纜運行監控系統的模型結構。

關鍵詞：古城地下電纜 監控管理系統 CIM IEC-61968 IEC-61970 數據模型

中圖分類號：TM75 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）12（a）-0040-04

該論文以麗江古城電纜運行監控系統建設構想為出發點，以調查分析目前海口電纜線路分布及鋪設現狀為依據，研究適應復雜情況的狀態監測數據安全傳輸、電纜運行狀態智能監測預警等技術，研究電纜狀態監測的基本功能，性能指標，高濕、高腐蝕環境下可靠低功耗的電纜運行狀態監測終端設備技術規范；并結合CIM模型中的IEC-61968、IEC-61970系列標準提出的信息模型和接口規范，結合古城地下電纜運行監控的實際情況，制定并建立古城地下電纜運行監控系統的模型結構。下文從建設構想、總體方案、研究內容等方面進行論述。

1 建設構想

1.1 主要內容

（1）調查分析目前海口電纜線路分布及鋪設現狀，結合運行數據，說明電纜運行中存在的主要問題，研究并提出電纜狀態監測的基本功能和性能指標。

（2）研究并提出高濕度、高腐蝕環境下高精度、高可靠性、低功耗的電纜運行狀態監測終端設備技術規范。

（3）針對不同安裝地點，提出適應不同環境的狀態監測數據安全傳輸技術。

（4）研究并設計二維平面組態、三維全景地圖與衛星地圖的綜合展示方法。

（5）研究全景化古城地下電纜運行狀態智能監測預警技術及其應用，分析電纜環境與載流量對電纜壽命的影響，提出基于在線監測狀態評估方法和全壽命周期管理體系。

（6）研究并制定電纜狀態監測終端設備的安裝及運維技術，出臺運行維護的規范書。

（7）研究古城地下電纜離線監測數據的信息采集整合技術的可行性；基于IEC-61968、IEC-61970的XML樹狀數據模型，借鑒海口市地下管線平臺和燃氣管道網絡平臺模式，研究并設計系統體系架構。

（8）選擇有代表性的電纜線路進行示范建設，并對實際運行狀況進行評價。

1.2 系統建設效果及遠期規劃

系統建設完成后，可有效地將海口現有的電纜路徑通過GIS方式展現，通過針對性的選點、工程實施，集中展現目前國內電纜在線監測的技術設備和解決方式，使海口古城地下電纜運行監控管理技術達到國內一流水平。

此次系統建成后，可通過接地環流監測、電纜接頭溫度監測等方式，實時監測電纜的運行狀況，依據相關規范標準及運行維護人員的經驗，判斷電纜的運行狀態，出現參數異常時，可及時進行處理，避免電纜線路帶病運行，降低事故發生的概率，延長電纜的使用壽命。

通過對電纜管溝有害氣體的監測，避免發生危及運行人員人身安全的狀況，可燃氣體超標時，及時發出報警信號，避免發生危及社會安全的爆炸事故。

系統建成后，可極大地提高運行人員的工作效率，通過先進的技術手段，有效減少工作人員在路途和現場的工作時間，在當前電網規模日益擴大、人員編制有限的現狀下，尤為重要。

此次系統建設，針對海口所處熱帶、海島性氣候特點，加強了設備防護等級的要求，對遠端電纜狀態數據監測主體設備，要求達到IP68防護等級，確保設備可長期在高溫、高濕、高腐蝕條件下工作。對遠端電纜狀態監測設備在電纜管溝取電及通信方式進行了綜合考慮，要求采用不同的供電、通信解決方案，重點考察各種方案在海口環境下的使用效果，為下一步工作的開展提供決策參考。

遠期規劃：此次系統建設完成后，根據各設備運行狀況和生產管理部門的評估，可對古城地下電纜運行狀態及環境進行監測，由重點線路開始進行大范圍的推廣。在監控中心實現對海口電纜線路電纜本體及電纜管溝狀態的全面、有效監控。

結合電纜技術的發展和大量歷史運行數據，通過數據挖掘、數據分析等技術手段，分析電纜故障的產生、發展機理，及時發現電纜潛在故障，進行電纜故障預警，避免事故的發生。

2 總體方案

2.1 系統構架

古城地下電纜運行監控管理系統主要由現場監測系統、基礎計算機平臺、面向對象一體化應用支持平臺、專業應用、通信接口（使用SOA服務提供監測數據服務，僅為生產管理等系統單向提供數據）共5部分構成。

系統結構如圖1所示。

麗江電網古城地下電纜運行監控管理系統按照“一盤棋”的建設思路，選擇適合各個監測廠家接入的體系結構。現場監測數據統一集中到設在變電站內的數據采集器系統，由數據管理服務器處理，并統一存入數據存儲中心；WEB服務器可以訪問和使用實時監測數據，實現古城地下電纜實時監測管理與預警服務。同時運行維護的用戶通過WEB服務器的域名登陸進入平臺，實現對所在區古城地下電纜的運行、維護、監控和管理。綜合考慮建設、運維費用和本期實施規模，本期前端采集設備采取多種類、少數量的接入方式。通信方式采用光纖有線通信方式、無線通信方式。軟件平臺基礎功能建設齊全，并具備靈活的擴展性。

古城地下電纜運行監控管理系統結構如圖2所示，主要包括以下內容。

（1）數據庫服務器：為監控系統配置的數據庫服務器，存儲有古城地下電纜狀態實時監測數據，同時為其他系統提供支持，完成古城地下電纜運行監控功能要求。

（2）WEB服務器：系統配置有與數據庫服務器訪問的接口，實現電纜日常維護應用功能，并完成WEB發布功能，支持用戶WEB訪問。

（3）運行維護工作站：系統配置在線運行維護工作站，運行維護人員在線訪問系統信息服務進行分析應用，完成古城地下電纜運行狀態的查詢、預警確認、統計報表等應用功能。

（4）數據采集器：提供統一的有線監測設備信息接入，并將現場的監測子網與電力內部網絡進行物理隔離。

（5）監測終端：各個廠家需要遵循統一的通信規約，監測終端需將各個監測設備數據進行規范性的統一接入。

2.2 技術難點

（1）系統功能的界定。

根據實際需要，系統主要實現以下主要功能：人機界面功能；GIS地圖展示功能；電纜狀態監測數據采集顯示功能；在線監測數據告警設置、告警管理功能；電纜運行狀態智能監測預警功能；報表功能；打印功能；數據庫管理功能。

（2）數據庫的選擇。

古城地下電纜運行監控管理系統重點監測古城地下電纜的實時狀態信息，采用實時數據庫來提供高效的實時數據存取，實現電纜運行狀態的監測和分析。實時數據庫管理應具有下列特性。

可維護性：應提供數據庫維護工具和圖形界面，以便用戶在線監視、增減和修改數據庫內的各種數據。

并發操作：應允許不同任務對數據庫內的同一數據進行并發訪問，要保證在并發方式下數據庫的完整性和一致性。

可擴展性：用戶可對實時數據庫的結構進行增改，生成新實時數據庫或數據庫結構子集。

系統應保證不同數據庫之間數據的一致性，當任一數據庫的數據被合法修改后，所有的數據庫應同時自動更新。

應能夠建立多種數據集，用于如應用程序開發、培訓、測試、研究和計算等。

應提供數據庫存取和操作的安全服務，具有檢查數據有效性的能力。

應支持SQL標準，用戶能夠使用標準SQL語言訪問實時數據庫。

應支持存取商用數據庫的能力。

將數據從商用庫加載到實時庫的操作不應對實時庫的性能造成影響。

提供實時庫物理文件的錯誤檢測告警功能。

（3）生產管理系統的通信連接接口。

麗江電網公司古城地下電纜運行監控管理系統和生產管理系統一樣，是麗江電網的重點建設項目，生產管理系統可以直接調用該系統提供的SOA接口，其服務數據基于IEC-61968、IEC-61970等的XML樹狀數據模型實現數據共享。

（4）與GIS系統的連接。

目前，麗江電網公司正在統一建設GIS系統，制定與GIS系統連接接口方案，重點研究麗江古城地下電纜路徑、狀態等信息在GIS系統的展示方式。在麗江統一GIS建設之前，該系統可以使用Google Map作為地圖服務信息的來源。

（5）與遠端電纜狀態數據采集終端、WEB訪問的信息安全策略。

WEB遠程訪問、遠端電纜狀態采集終端依據安裝位置的條件，采用有線或無線方式接入古城地下電纜運行監控管理系統，為保證古城地下電纜及相連系統的信息安全，需在所有公網接入部位布置防火墻。

根據麗江高溫、多雨、近海的氣候特點，遠端電纜狀態采集裝置還需重點考慮電源、通信、防護等解決方案。

2.3 接口要求

電力其他信息化系統和該系統之間存在一種信息共享、預警聯動的機制。SOA服務中提供的監測數據完全來自于該系統的分析結果，在授予權限的條件下，通過數據接口能夠直接讀取該系統的數據。

生產管理系統和該系統之間存在信息共享的機制。對于古城地下電纜及電纜接頭的靜態屬性數據、空間位置等，省網公司修改后，映射到映像庫，同時按照事件觸發方式發送修改通知給生產管理系統進行相應更新或修改操作。

在系統建設初期，生產管理系統能夠根據省網主站系統上傳的相關古城地下電纜及其他設備的靜態屬性數據（包括空間位置坐標）建立基于CIM（IEC61970、IEC61968）模型，并且保證與生產管理系統保持一致。生產管理系統收到的數據修改或新設備增加通知時，能夠立即通知系統維護人員進行相關數據的更新或修改操作。

3 結語

通過地下電纜運行監控系統模型結構的建設，為建設適合麗江的古城地下電纜運行監控系統提供標準依據，為提升整個麗江電網輸電運行管理的智能化水平，為實現“服務好、管理好、形象好”國際先進電網企業的戰略目標奠定堅實的基礎。

古城地下電纜運行監控管理系統目前還是一個構想，在未來的建設工作中還需要大家集思廣益。系統的建設將面臨眾多難題，這里僅提出了思路，真正實施還需要進行不斷的探索與思考。軟件上以最簡單的方式實現復雜的功能。為提高系統的穩定性和可讀性，可維護性，盡量采用簡潔易懂的方式實現系統功能，不追求復雜、深奧的算法，以最實用的方式給予工作人員幫助，這才是系統建設的真正目的。

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