基于物聯網技術的電纜管理探索和實踐

王輝

摘 要：電力電纜是城市供電的主動脈，也是地下管線的重要組成部分。在此背景下，分析了海量電纜管理面臨的內外部安全管理形勢，并指出了目前電纜管理存在的難題，重點從人、財、物體制變革，狀態監測，智能管控平臺建設等方面提出建議。最后，介紹了基于物聯網技術的“三位一體”管理模式，即解決“電纜在哪兒”“電纜怎么樣”“電纜何時修”三大難題和實施情況。

關鍵詞：電纜安全;地下管線管理;信息資源共享;人財物體制變革;智能管控平臺

中圖分類號：TP311.52;TP391.44;TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）10-0017-03

1 形勢分析

電纜管理質量不但關系行業自身建設，也關乎城市地下空間綜合治理，但近年隨著電纜資產快速增加，安全運行的內外部壓力也在不斷增大。

1.1 內部形勢

伴隨著城市化的推進，大量的架空線改為電纜入地，電纜資產增長迅速，電纜安全管理形勢日益嚴峻[1]。近些年，國內發生多起由于電纜故障導致的嚴重電網事故，如2016年西安南郊變電站出線的35kV電纜故障導致起火，造成330千伏南郊變和8座110千伏變電站失壓;大連海事大學附近66千伏電纜隧道內起火，造成7座66千伏變電站停電。電纜資產規模劇增，重大事故多發，電纜管理變革內部形勢緊迫。

1.2 外部形勢

電纜與燃氣、電信、自來水等其他地下管線，共同組成城市的“生命線”。然而，由于管線間路徑不明、信息不全的原因，這條城市“生命線”正成為威脅城市公共安全的“生病線”，甚至“奪命線”。據統計，2015-2018年間，全國僅媒體公開報道的地下管線事故平均每天就有5.6起。為此，近年來國家出臺了《關于加強城市地下管線建設管理的指導意見》等政策文件，大力發展智慧城市和加強地下管線管理，要求實現綜合管線系統和專業管線信息系統即時交換、共建共享、動態更新[2]。

內外部形勢要求供電企業必須履行社會責任，在加強自身管理的同時，向政府共享電纜通道等準確、全面的數據，對接政府“智慧城市”建設，積極承擔起維護城市地下空間安全的職責。

2 存在問題

2.1 電纜管理理念尚待突破

目前，電纜管理模式基本沿用架空輸電線路管理方式。但電纜線路與架空線路有所不同，具有開放性、隱蔽性和共存性的個性特征。隱蔽性的特征要求需要對存量和增量電纜進行測繪，獲取電纜準確三維位置信息，為運維和檢修工作提供數據支撐。但目前尚未建立統一的測繪數據標準、測繪服務的價格標準;同時，部分省市尚未將用戶投資工程和基建工程的竣工測繪納入項目概算;此外，大多省市尚未設立測繪班組，測繪專業技術人員和裝備缺乏。同時，電纜與其他地下管線共同存在地下空間，共存性的特征需要電力部門與其他地下管線共享信息，減少彼此之間的施工外力破壞，多方共同落實城市地下空間的治理。但目前出于傳統數據安全性等方面考慮，尚缺少數據共享意識和意愿，存在管線信息孤島。

2.2 電纜管理模式亟需建立

目前，各地普遍重視對電纜絕緣技術和智能運檢技術等方面研究和應用，而電纜管理模式探索則相對薄弱，且尚未形成系統的電纜管理體系[3]。隨著電纜技術的快速發展必須要建立與之相匹配的電纜專業管理模式。在管理方法上，目前主要是集團化統一管控模式，各地因地制宜進行管理模式創新還較為困難。因此，亟需要建立公司集團化統一管控與各地因地制宜相結合的涵蓋規劃、設計、施工、監理、驗收和運維等環節電纜全壽命管理體系。

2.3 電纜資產現狀不容樂觀

現有電纜管理方式較為粗放，規劃、設計、施工和運維環節未能有效銜接，導致電纜管理存在資產不清、狀態不明、運行環境較為惡劣等問題。資產數據方面，目前電纜基礎資料脫離真實地理信息背景，且存在電纜數據更新不及時，無法可視化查詢，與其他地下管線缺乏信息共享等問題;狀態評估方面，接地環流、溫度等在線監測裝置普及率較低，還未形成系統監測，高度依賴帶電檢測周期性數據，難以有效判斷電纜運行趨勢，仍處于一種故障后被動搶修的狀態;運行環境方面，存在輸配電同通道敷設，且彼此相互疊壓，未能有效防火隔離，同時電纜和通道保護區周圍經常存在大量市政施工，難以有效管控外力破壞風險。

3 重點工作建議

3.1 因地制宜變革電纜管理體制

改革電纜管理體制，從“橫向優化組織架構”和“縱向明確各級公司的主體職責”兩個維度破題，推動建立基于GIS的“一張圖管理一張網”電纜管理理念。

在橫向的組織架構上，一方面應先探索輸配電電纜分離管理模式，成熟后轉向輸配電一體化的管理模式;另一方面根據電纜特性，從傳統的電纜單線管理模式轉向通道管理模式。縱向明確各級公司的主體職責，建立國網公司頂層設計，解決電纜管理的“共性”問題。各省公司協調建立相關業務渠道，給予地市公司人、財、物一定的自主權，在人力資源方面，成立電纜專業管理部門，加強對電纜專業人才培養，并成立基層測繪班組建制;在資金方面，對電纜管理的緊迫問題，如通道防火問題，通過專項資金進行保障;物資方面，中壓電纜中間頭尚待差異化物資采購。進而推行各市公司因地制宜，突破管理的思維定勢，落地創新，實現“一城一策”。通過分權授解，明確各級公司權責，系統性地解決“存量”與“增量”問題。

3.2 遏制通道火災隱患、外破等緊急問題

3.2.1 通道防火

在電纜的全壽命運行階段內，采取“阻、疏、堵、隔、包、報”相應的措施，最大限度地消除電纜火災的隱患。設計階段，優先選用阻燃電纜;在施工階段，將輸電電纜與配電電纜線路形成明顯的隔離帶;運維階段，及時采取防火包裹等措施。此外，臨近熱力管線、燃氣管線時，加裝在線監測裝置，檢測電纜本體及附件溫度、井內沼氣等可燃氣體的含量。

目前，國內已出現多起由10kV配電電纜單相接地故障而最終導致的通道火災事故，造成較大電網事故。究其原因，當10kV配電電纜產生單相接地故障時，該條配電電纜仍帶電運行，長時間燃弧，而同溝電纜未上支架、或未有效采取防火阻隔措施，相互疊壓，極易引發護層和絕緣起火，最終導致同溝敷設的輸電電纜線路起火。因此，在綜合考慮配網運行可靠性和輸電電纜起火危害前提下，對現有的10kV電纜線路的單相接地繼電保護策略進行重新調研，制定出更加可靠有效的繼電保護策略。

3.2.2 防外力破壞

目前正處在城市建設快速發展期，市政管線等施工較多，由于不清楚電纜位置盲目施工，導致電纜設備外力破壞事故時有發生。探索建立一套地下管線施工“綠卡”審批制度，即要求施工單位在動工前會將相關施工方案報送電纜及通道管理部門備案，通過審批后方能進行施工，必要時進行施工現場監護。同時，設置防外力破壞管理專員，負責防外破的外聯協調工作，與市政、交通、管線單位建立聯絡機制，提前獲取電纜通道附近施工信息，并及時發布電力施工信息，防止施工誤傷電纜。并進一步根據實際情

況執行差異化巡視策略，對周圍施工密集地區，縮短巡視周期。電纜與地下管線聯絡示意圖如圖1所示。

3.3 部署智能管控平臺等長遠問題

建立基于地理信息背景的具有空間化、數字化、網絡化、智能化和可視化的電纜的資源信息平臺，對電纜進行動態跟蹤智能化管理。建立切實可行的信息共享機制，保證電纜及通道的竣工測量以及普查成果及時準確地進入城市地下管線數據庫，并實現實時共享和動態更新，助力政府打造一個完整、動態、有生命力的城市地下管線信息系統。同時，平臺有效集成電纜在線監測、檢測、巡視、試驗、缺陷的數據，實現不同類型測量數據的交互式分析及深度特征挖掘，通過平臺專家系統建立起電纜設備故障預警體系，進一步提升電纜線路運維數據管理與分析診斷水平，推進電纜線路智能化運維的深入應用，實現電纜線路運行狀態實時智能診斷分析與檢修策略修訂。

4 應用案例

4.1 電纜“三位一體”管理體系（圖2）

蘇州供電公司基于新一代信息技術、物聯網技術與電網設備深入融合的基礎上，逐步實現以三維測繪、物聯網狀態感知、剩余壽命評估等電纜技術管理為基礎，以管孔審批、通道準入、智能巡檢等流程管控為抓手，以大數據分析、信息化云平臺為支撐，一體化整合在線監測、檢測、巡視、試驗、缺陷的數據，深入挖掘數據價值，實現設備運行狀態診斷和干預以系統自動判斷為主，人工決策為輔的智慧電纜“三位一體”協同管理機制，最終系統解決“電纜在哪兒”、“電纜怎么樣”、“電纜何時修”問題。

4.2 技術管理

4.2.1 陀螺儀三維測繪

采用陀螺儀測繪是獲取電纜隱蔽通道最有效的技術手段，陀螺儀測繪可獲取電纜準確的三位數據信息，為電纜拖拉管、頂管等隱蔽設施管理提供有效支撐，如圖3。

4.2.2 物聯網狀態監測

通過將電纜傳統制造工藝與新興技術有機融合，創新研發智能接地箱，集成八大類傳感設備，實現了對通道內接地環流、有害氣體等運行、環境變量的在線監測，突破性地實現了電纜溝內環境與本體的監測共融，全面覆蓋城市地下電纜，使得電纜線路運行狀態可控、在控、能控。

4.2.3 電纜壽命評估

應用大數據技術深入挖掘電纜數據特征，利用Weibull分布和Crow-AMSAA模型建立了蘇州地區電纜故障預測模型，在全國率先形成適應江南水域地區特大型城市電網的電纜壽命預測模型，實時掌握所有電纜的運行健康狀況和發展趨勢，幫助電纜運行和管理人員制定電力電纜最佳維修、更換策略，并為長遠的優化維護、監測規劃和全壽命周期管理打下堅實的基礎。

4.3 流程管控

如圖4，構建電纜全壽命周期管理體系，覆蓋電纜及通道從規劃設計到退役報廢的全過程，并考慮每個環節的事前、事中、事后管理，將影響電纜安全運行的環節消除在前序環節，實現對電纜及通道資產的安全管控。

4.4 信息化平臺

平臺分為感知層、網絡層、平臺層和應用層。感知層是通過在電纜及通道前端安裝分布式傳感裝置，實現對電纜局放、接地環流8大類21項參數的實時獲取。網絡層采用VPN無線專網連接，確保電力數據的安全性。平臺層是整個框架的核心，集成了大數據存儲、運算和分析等功能，能夠對感知層采集的數據做出處理，為應用層提供決策依據;應用層是電纜管理的落腳點，對平臺層提供的分析結果做出響應，實現對電纜的智慧管理。

5 結語

構建電纜及通道安全管控的新模式，不僅是電網企業卓越運行，保障城市電力供應安全的需要，更是關乎建設智慧城市、政務數據共享的必由之路。為此，需要優化從集團總部到地市公司三層的人、財、物管理，構建涵蓋規劃設計到退役報廢的全壽命周期管理，近期在重點解決通道火災隱患問題，遏制重大電網事件發生勢頭的同時，部署電纜及通道智能管控平臺建設，有效對接政府政務數據，實現智慧能源與智慧城市有機融合。

參考文獻

[1] 杜岳凡.高壓電纜運行管理的問題與分析[J].中國電力企業管理，2019（3）：48-49.

[2] 劉皓，閆春江，趙永強，等.電纜網精益化管理系統研究[J].電氣技術，2018（4）：87-91.

[3] 張東霞，苗新，劉麗平，等.智能電網大數據技術發展研究[J].中國電機工程學報，2018，35（1）：2-12.