炭纖維復合芯導線的風險圖形化監控管理系統

石 峰，趙 明，高 峰，程生安

(國網河南省電力公司鄭州供電公司，河南 鄭州 621000)

炭纖維復合芯導線的風險圖形化監控管理系統

石 峰，趙 明，高 峰，程生安

(國網河南省電力公司鄭州供電公司，河南 鄭州 621000)

在采用炭纖維復合芯導線提高輸電線路容量的同時，也會因為故障而導致更加嚴重的影響。為了更好的更準確地對輸電線路風險進行評估和管理，運用快速發展的大數據、智能化、信息化、圖形化等新技術、新事物，轉變工作方法，創新管理方式，故結合GIS系統建立了炭纖維復合芯導線的風險圖形化數據庫管理系統，該系統主要實現了重要輸電線路的風險評估及評估報告的自動生成；并結合GIS系統，通過多圖層動態信息顯示輸電線路存在的風險、評價結果以及采取的防控措施，實現輸電220 kV線路和重要110 kV線路風險管理數據、圖形化、精益化，從而達到加強風險管控的目的。

炭纖維復合芯導線；輸電線路；風險評估；GIS系統 ；監控管理

0 引言

碳纖維復合芯導線是以碳纖維復合芯為承載線芯，外層由軟鋁型線絞制而成。具有強度高、線膨脹系數小、弧垂小、重量輕、導電率高、載流量大、運行溫度高、耐腐蝕性能好以及減小占地面積等一系列優點，在提高線路輸送容量的同時，也會在故障時產生更加嚴重的影響。對于采用新型導線的重要輸電通道，需要進行風險監控和評估，根據《地市級重要輸電通道風險評估工作方案》的工作要求，需要對火災[1]、冰害[2-3]、舞動、風害[4]、地質災害、污閃[5]、異物、雷擊、機械外破、樹線放電、鳥害等11個技術要素分別進行地市級重要輸電通道的風險評估，也明確了評估方法。因此，對于運維班組而言，對輸電通道的管理要求更高，方向也更加明確。目前在該方案的實踐過程中，對運維班組而言，輸電線路的數據關系復雜、類別繁多，既有大量輸電線路的屬性數據，施工圖、施工錄像等各種圖件,又有運行管理的各種申請、審批報表等[6]，且評估數據的采集缺乏手段，參數的設置也較為困難，影響了“工作方案”的深入、廣泛開展。因此，借助現代信息技術，對地市級重要輸電通道風險評估提供技術手段支持，是今后發展的方向。近年來隨著計算機技術的迅猛發展,尤其是GIS技術[7-11]的成熟,建立基于GIS的輸電線路運行數據管理系統也成了現實。

1 風險圖形化數據庫管理系統

為了主動運用快速發展的大數據、智能化、信息化、圖形化等新技術、新事物，轉變工作方法，創新管理方式，以更準確地對輸電線路風險進行評估和管理，故結合GIS系統建立了輸電線路風險圖形化數據庫管理系統。其包括建立輸電線路風險數據庫，運用數據分析評估風險等級，進行采取針對性防控措施；結合GIS系統，通過圖像動態顯示輸電線路存在的風險、評價結果以及采取的防控措施，實現輸電220kV線路和重要110kV線路風險管理數據、圖形化、精益化，從而達到加強風險管控的目的。該系統主要包括三個部分，分別為輸電線路風險計算功能、數據（圖像）存儲與查詢功能、GIS圖形顯示功能，如圖1所示。

圖1 風險圖形數據庫管理系統結構Fig.1 The structure of risk graph database management system

2 輸電線路風險計算功能

2.1 隱患排查

依據國家、行業相關標準，結合實際運行經驗，按照確定的技術排除路線對火災、冰害、舞動、風害、地質災害、污閃、異物、雷擊、機械外破、樹線放電、鳥害等11個技術要素中每個技術要素開展現場逐基、逐項排查，找出通道內全部隱患點。

根據技術要素對地市級重要輸電通道造成故障的可能性，將技術要素由輕到重分為四個等級，權重對應為權重1，權重2，權重3，權重4，分值分別為1，2，3，4。

表1 技術要素權重系數Tab.1 Factor weight coefficient

2.2 風險評估

（1）對排查出來的每個技術要素的隱患，采用HIRA（危險源辨識及風險評估）方法進行風險值計算，根據風險值的大小，將風險程度等級由輕到重分為四級，分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級，其對應的基本扣分值為 2、4、8、10分。

（2）根據權重乘以基本扣分值的公式計算通道區段的技術要素扣分值。

（3）對通道區段內各技術要素扣分值進行疊加，依據各技術要素合計扣分值相同且連續的原則重新劃分通道區段，根據單項最大扣分值和合計扣分值，確定區段的風險狀態。將通道區段風險狀態設為四級：正常狀態、低風險狀態、中風險狀態、高風險狀態[8-9]。

根據HIRA的累計扣分法[10]對某條輸電線路進行風險評估。對于四種風險狀態的評判標準如表2所示，本文以采用此標準的評估樣本作為訓練樣本和測試樣本。

表2 風險評估等級劃分標準Tab.2 Dividing standard of risk assessment level

主要計算方法為危險源辨識及風險評估（HIRA），其風險值計算公式為

其中，Risk表示整段輸電線路的風險值，wi、Ki、Li、Ei、Ci分別為單個技術因素的權重、風險調整系數、危害可能性、危害頻率、危害后果。風險調整系數需要根據當地的受微地形、突發情況等隨機因素影響進行判定。

由于該地歷史上未曾發生過地質災害情況，故以剩下的10種技術因素進行風險評估。10種技術因素的特征量如表3所示。

故通過比對規范，可以看到該輸電線路存在機械外破、異物、鳥害的危害。根據公式和規范可以得到技術因素扣分風險匯總表4。

表3 技術因素特征量Tab.3 Characteristic value of factors

表4 技術因素扣分匯總表Tab.4 Summary of cumulative points of factors

由此可以得到該輸電線路的風險評估結果為中等風險狀態，此時線路需要在監視狀態下進行運行，并及時進行停電檢修。系統評估過程展示如圖2所示。

2.3 風險治理計劃及措施

根據通道的風險狀態，從反措落實、運維管控等方面制定治理計劃及措施，開展針對性治理。

（1）對于高風險狀態的通道，制定近期治理措施計劃或局部補強措施，立即開展綜合治理。

（2）對于中風險狀態的通道，制定中近期治理措施計劃，重點治理通道中某一條重要線路。

（3）對于低風險狀態的通道，予以關注，加強運行管理，制定長期治理計劃，分期治理。

圖2 輸電線路風險評估系統流程圖Fig.2 Flow chart of risk assessment system for transmission line

（4）在制定治理措施計劃時，同步編制事故預案，制定極端條件下負荷轉移方案和系統運行方式。

3 數據(圖像)存儲與查詢功能

（1）將狀態評價過程中的數據全部存儲在系統中，可以按照電壓等級、線路名稱、技術要素、風險等級等篩選條件進行查詢和導出；重要輸電通道風險評估報告自動查詢和導出

風險評估報告自動查詢和導出說明：根據系統內通道定義自動統計通道內桿段信息及隱患信息生成相關報告，經過管理人員增減信息后，該報告存入數據庫，下次查詢時自動調取數據庫內報告，減輕管理人員工作強度。

對于中風險、高風險區段，要附上區段小號側、區段內、區段大號側的現場照片，并附上必要的文字說明。（根據系統已有隱患照片生成，再由管理人員增減描述，存入數據庫，方便下次調用）

（2）根據《關于印發安全隱患排查治理工作管理辦法的通知》文件，按照隱患管理相關要求進行數據存儲，主要包括隱患一覽表、一患一檔、隱患跟蹤情況、隱患處置過程資料，也要具備查詢和導出功能。

（3）標準化線路照片存儲在系統中。

（4）可以統計查詢線路歷史故障信息。

4 基于GIS系統的風險圖形化功能

（1）按照不同技術要素繪制成不同故障類型風險分布圖（如污區分布圖、鳥害風險分布圖、雷擊風險分布圖、外破風險分布圖、地閃密度圖等）如圖3所示。

圖3 按需求點展示的多圖層GIS信息Fig.3 Multilayer GIS information displayed according to requirements

應用多圖層GIS技術，每個技術要素一個圖層，分層顯示（按國網標準火災、冰害、舞動、風害、地質災害、污閃、異物、雷擊、機械外破、樹線放電、鳥害11圖層，同時預留交叉跨越、違章建筑、魚塘隱患、本體隱患、專項隱患等圖層）。

（2）可以疊加衛星影像地圖進行顯示，并且具有實時自動更新衛星影像地圖更新功能。

單獨設置高清電子屏幕進行顯示污區分布圖、鳥害風險分布圖、雷擊風險分布圖、外破風險分布圖、地閃密度圖等風險分布圖。

（3）圖像顯示時可以在圖上點選線路，由系統自動匹配鏈接狀態評價、隱患資料、標準化照片等資料。數據和圖像可以由輸電運檢進行動態更新。

（4）數據和圖像可以由輸電運檢進行動態更新。

（5）圖像具有導出和打印。

5 結論

基于GIS系統的輸電線路風險圖形化數據庫管理系統，可以儲存各類線路故障數據包括圖片，支持數據的實時更新；圖像顯示時可以在圖上點選線路，由系統自動匹配鏈接狀態評價、隱患資料、標準化照片等資料，數據和圖像可以由輸電運檢進行動態更新，可以實現各炭纖維復合芯導線的輸電通道的風險評估及報告的自動查詢，并可以按照不同技術要素繪制成不同故障類型風險分布圖，可以實現輸電220 kV線路和重要110 kV線路風險管理數據、圖形化、精益化，從而達到加強風險管控的目的。

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The Graphical Risk Monitoring and Management System of Carbon Fiber Core Conductors

SHI Feng, ZHAO Ming, GAO Feng, CHENG An-sheng
(Zhenzhou Power Supply Bureau of Henan Power Supply Company, Henan 621000, China)

In the use of carbon fiber core conductor to improve the transmission line capacity, but also lead to more serious impact because of the failure. In order to more accurately assess the risk of transmission line and management, we should use the rapid development of big data, intelligence, information, graphics and other new technologies, to change work methods, innovation management, so the combination of GIS system to establish the risk graphical database management system of carbon fiber core wire. This system mainly realizes the risk evaluation and the automatic generation of assessment report; And combined with the GIS system, show the risk, the results of the evaluation and control measures of transmission line through dynamic multilayer information, to achieve the purpose of risk data management, graphical, lean of important 220 kV and 110 kV transmission line, so as to strengthen the risk management and control.

Carbon fiber core conductors; Transmission line; Risk assessment; GIS system; Monitoring management

TM7

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2017.05.028

石峰(1975-)男，河南開封人，高級工程師，電力工程碩士，從事輸變電運維管理工作；趙明(1985年），男，河南安陽人，工程師，工學學士，從事輸電線路運行與檢修工作；高峰(1985年）男，河南鄭州人，工程師，工學碩士，從事輸電線路運維工作。

石峰。

本文著錄格式：石峰，趙明，高峰，等. 炭纖維復合芯導線的風險圖形化監控管理系統[J]. 軟件，2017，38（5）：132-136