基于CIM模型的地下电缆运行监控技术的研究思考

胡凡君

摘 要：随着云南经济与古城化建设的快速发展，古城供电方式由架空线路改为地下电缆埋设已经是大势所趋。准确、快速定位现场目标电缆的空间位置，并实时获取电缆沿线上的分支箱、环网柜内相关设备的综合监测信息，是地下电缆运行维护需要解决的重要问题。古城地下电缆运行监控是古城地下电缆安全稳定运行的重要手段，该文分析了现阶段古城地下电缆面临的问题与挑战，详细讲述了建设古城地下电缆运行监控的必要性与建设构想。并基于CIM模型中的IEC-61968、IEC-61970系列标准提出了信息模型和接口规范，结合古城地下电缆运行监控的实际情况，制定并建立古城地下电缆运行监控系统的模型结构。

关键词：古城地下电缆 监控管理系统 CIM IEC-61968 IEC-61970 数据模型

中图分类号：TM75 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）12（a）-0040-04

该论文以丽江古城电缆运行监控系统建设构想为出发点，以调查分析目前海口电缆线路分布及铺设现状为依据，研究适应复杂情况的状态监测数据安全传输、电缆运行状态智能监测预警等技术，研究电缆状态监测的基本功能，性能指标，高湿、高腐蚀环境下可靠低功耗的电缆运行状态监测终端设备技术规范；并结合CIM模型中的IEC-61968、IEC-61970系列标准提出的信息模型和接口规范，结合古城地下电缆运行监控的实际情况，制定并建立古城地下电缆运行监控系统的模型结构。下文从建设构想、总体方案、研究内容等方面进行论述。

1 建设构想

1.1 主要内容

（1）调查分析目前海口电缆线路分布及铺设现状，结合运行数据，说明电缆运行中存在的主要问题，研究并提出电缆状态监测的基本功能和性能指标。

（2）研究并提出高湿度、高腐蚀环境下高精度、高可靠性、低功耗的电缆运行状态监测终端设备技术规范。

（3）针对不同安装地点，提出适应不同环境的状态监测数据安全传输技术。

（4）研究并設计二维平面组态、三维全景地图与卫星地图的综合展示方法。

（5）研究全景化古城地下电缆运行状态智能监测预警技术及其应用，分析电缆环境与载流量对电缆寿命的影响，提出基于在线监测状态评估方法和全寿命周期管理体系。

（6）研究并制定电缆状态监测终端设备的安装及运维技术，出台运行维护的规范书。

（7）研究古城地下电缆离线监测数据的信息采集整合技术的可行性；基于IEC-61968、IEC-61970的XML树状数据模型，借鉴海口市地下管线平台和燃气管道网络平台模式，研究并设计系统体系架构。

（8）选择有代表性的电缆线路进行示范建设，并对实际运行状况进行评价。

1.2 系统建设效果及远期规划

系统建设完成后，可有效地将海口现有的电缆路径通过GIS方式展现，通过针对性的选点、工程实施，集中展现目前国内电缆在线监测的技术设备和解决方式，使海口古城地下电缆运行监控管理技术达到国内一流水平。

此次系统建成后，可通过接地环流监测、电缆接头温度监测等方式，实时监测电缆的运行状况，依据相关规范标准及运行维护人员的经验，判断电缆的运行状态，出现参数异常时，可及时进行处理，避免电缆线路带病运行，降低事故发生的概率，延长电缆的使用寿命。

通过对电缆管沟有害气体的监测，避免发生危及运行人员人身安全的状况，可燃气体超标时，及时发出报警信号，避免发生危及社会安全的爆炸事故。

系统建成后，可极大地提高运行人员的工作效率，通过先进的技术手段，有效减少工作人员在路途和现场的工作时间，在当前电网规模日益扩大、人员编制有限的现状下，尤为重要。

此次系统建设，针对海口所处热带、海岛性气候特点，加强了设备防护等级的要求，对远端电缆状态数据监测主体设备，要求达到IP68防护等级，确保设备可长期在高温、高湿、高腐蚀条件下工作。对远端电缆状态监测设备在电缆管沟取电及通信方式进行了综合考虑，要求采用不同的供电、通信解决方案，重点考察各种方案在海口环境下的使用效果，为下一步工作的开展提供决策参考。

远期规划：此次系统建设完成后，根据各设备运行状况和生产管理部门的评估，可对古城地下电缆运行状态及环境进行监测，由重点线路开始进行大范围的推广。在监控中心实现对海口电缆线路电缆本体及电缆管沟状态的全面、有效监控。

结合电缆技术的发展和大量历史运行数据，通过数据挖掘、数据分析等技术手段，分析电缆故障的产生、发展机理，及时发现电缆潜在故障，进行电缆故障预警，避免事故的发生。

2 总体方案

2.1 系统构架

古城地下电缆运行监控管理系统主要由现场监测系统、基础计算机平台、面向对象一体化应用支持平台、专业应用、通信接口（使用SOA服务提供监测数据服务，仅为生产管理等系统单向提供数据）共5部分构成。

系统结构如图1所示。

丽江电网古城地下电缆运行监控管理系统按照“一盘棋”的建设思路，选择适合各个监测厂家接入的体系结构。现场监测数据统一集中到设在变电站内的数据采集器系统，由数据管理服务器处理，并统一存入数据存储中心；WEB服务器可以访问和使用实时监测数据，实现古城地下电缆实时监测管理与预警服务。同时运行维护的用户通过WEB服务器的域名登陆进入平台，实现对所在区古城地下电缆的运行、维护、监控和管理。综合考虑建设、运维费用和本期实施规模，本期前端采集设备采取多种类、少数量的接入方式。通信方式采用光纤有线通信方式、无线通信方式。软件平台基础功能建设齐全，并具备灵活的扩展性。

古城地下电缆运行监控管理系统结构如图2所示，主要包括以下内容。

（1）数据库服务器：为监控系统配置的数据库服务器，存储有古城地下电缆状态实时监测数据，同时为其他系统提供支持，完成古城地下电缆运行监控功能要求。

（2）WEB服务器：系统配置有与数据库服务器访问的接口，实现电缆日常维护应用功能，并完成WEB发布功能，支持用户WEB访问。

（3）运行维护工作站：系统配置在线运行维护工作站，运行维护人员在线访问系统信息服务进行分析应用，完成古城地下电缆运行状态的查询、预警确认、统计报表等应用功能。

（4）数据采集器：提供统一的有线监测设备信息接入，并将现场的监测子网与电力内部网络进行物理隔离。

（5）监测终端：各个厂家需要遵循统一的通信规约，监测终端需将各个监测设备数据进行规范性的统一接入。

2.2 技术难点

（1）系统功能的界定。

根据实际需要，系统主要实现以下主要功能：人机界面功能；GIS地图展示功能；电缆状态监测数据采集显示功能；在线监测数据告警设置、告警管理功能；电缆运行状态智能监测预警功能；报表功能；打印功能；数据库管理功能。

（2）数据库的选择。

古城地下电缆运行监控管理系统重点监测古城地下电缆的实时状态信息，采用实时数据库来提供高效的实时数据存取，实现电缆运行状态的监测和分析。实时数据库管理应具有下列特性。

可维护性：应提供数据库维护工具和图形界面，以便用户在线监视、增减和修改数据库内的各种数据。

并发操作：应允许不同任务对数据库内的同一数据进行并发访问，要保证在并发方式下数据库的完整性和一致性。

可扩展性：用户可对实时数据库的结构进行增改，生成新实时数据库或数据库结构子集。

系统应保证不同数据库之间数据的一致性，当任一数据库的数据被合法修改后，所有的数据库应同时自动更新。

应能够建立多种数据集，用于如应用程序开发、培训、测试、研究和计算等。

应提供数据库存取和操作的安全服务，具有检查数据有效性的能力。

应支持SQL标准，用户能够使用标准SQL语言访问实时数据库。

应支持存取商用数据库的能力。

将数据从商用库加载到实时库的操作不应对实时库的性能造成影响。

提供实时库物理文件的错误检测告警功能。

（3）生产管理系统的通信连接接口。

丽江电网公司古城地下电缆运行监控管理系统和生产管理系统一样，是丽江电网的重点建设项目，生产管理系统可以直接调用该系统提供的SOA接口，其服务数据基于IEC-61968、IEC-61970等的XML树状数据模型实现数据共享。

（4）与GIS系统的连接。

目前，丽江电网公司正在统一建设GIS系统，制定与GIS系统连接接口方案，重点研究丽江古城地下电缆路径、状态等信息在GIS系统的展示方式。在丽江统一GIS建设之前，该系统可以使用Google Map作为地图服务信息的来源。

（5）与远端电缆状态数据采集终端、WEB访问的信息安全策略。

WEB远程访问、远端电缆状态采集终端依据安装位置的条件，采用有线或无线方式接入古城地下电缆运行监控管理系统，为保证古城地下电缆及相连系统的信息安全，需在所有公网接入部位布置防火墙。

根据丽江高温、多雨、近海的气候特点，远端电缆状态采集装置还需重点考虑电源、通信、防护等解决方案。

2.3 接口要求

电力其他信息化系统和该系统之间存在一种信息共享、预警联动的机制。SOA服务中提供的监测数据完全来自于该系统的分析结果，在授予权限的条件下，通过数据接口能够直接读取该系统的数据。

生产管理系统和该系统之间存在信息共享的机制。对于古城地下电缆及电缆接头的静态属性数据、空间位置等，省网公司修改后，映射到映像库，同时按照事件触发方式发送修改通知给生产管理系统进行相应更新或修改操作。

在系统建设初期，生产管理系统能够根据省网主站系统上传的相关古城地下电缆及其他设备的静态属性数据（包括空间位置坐标）建立基于CIM（IEC61970、IEC61968）模型，并且保证与生产管理系统保持一致。生产管理系统收到的数据修改或新设备增加通知时，能够立即通知系统维护人员进行相关数据的更新或修改操作。

3 结语

通过地下电缆运行监控系统模型结构的建设，为建设适合丽江的古城地下电缆运行监控系统提供标准依据，为提升整个丽江电网输电运行管理的智能化水平，为实现“服务好、管理好、形象好”国际先进电网企业的战略目标奠定坚实的基础。

古城地下电缆运行监控管理系统目前还是一个构想，在未来的建设工作中还需要大家集思广益。系统的建设将面临众多难题，这里仅提出了思路，真正实施还需要进行不断的探索与思考。软件上以最简单的方式实现复杂的功能。为提高系统的稳定性和可读性，可维护性，尽量采用简洁易懂的方式实现系统功能，不追求复杂、深奥的算法，以最实用的方式给予工作人员帮助，这才是系统建设的真正目的。

参考文献

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