大数据对地下电缆精益化管理各阶段的影响

刘 贵，班 伟，吴俊兴

（1.国电南瑞科技股份有限公司，江苏 南京 211100；2.国电南瑞南京控制系统有限公司，江苏 南京 211100）

0 引 言

地下电缆是城市运行的生命线，对电缆进行精益化管理不仅可以保证城市用电的可靠性，还能保证社会经济活动和公共安全。现阶段，通常采用大数据与精益化管理相结合的方式构建立体化的地下电缆精益化管理体系，加强对电缆及通道的运维管理，全面排查电缆及通道的隐患和利用情况。通过分析大数据技术应用于地下电缆精益化管理的各个阶段，可以简化数据信息采集流程，推动数据的标准化、精确化，优化运行管控措施，将整个管理过程中的管理工作和流程闭环化，实现各部门协调联动，减少地下电缆维护工作中的数据失真、风险高、难度大以及操作复杂等问题。结合应用案例分析系统中各功能的实施方式和原理，从精益化管理各个阶段出发，分析大数据技术提供的优化方式和帮助。

1 应用实例

国家电网蚌埠电力公司于青年变电站至胜利变电站双回路电缆通道构建地下电缆，通过精益化管理系统设置实时在线监控中心应用试点。该试点地下电缆和通道全长约454.4 km，其中包括约378.4 km的10 kV电缆和通道、约76 km的35 kV电缆和通道。该套在线监控中心设备安装情况如表1所示。

表1 试点设备安装情况

监控系统功能如图1所示。

图1 监控系统功能

该套在线监测设备通过电流互感器对电缆金属护层处的接地电流数据进行采集，通过网络将其传输至监控中心，由监控中心根据接地电流数据分析判断当前情况。当数据出现异常时则汇报至预警系统，由预警系统发出警报并及时检修。利用低功耗、防水性较好的数字式温度传感器与电缆接头相连，采集电缆接头温度。当接头温度高于规定的温度范围时，通过通信方式将温度信息传输给检测系统，由检测系统进行分析判断、预警。结合感应开关和人体红外传感器技术进行井盖防盗监控，通过在井盖处设置感应开关来判断井盖的开合状况，使用人体红外传感器监测通道中是否有人，对存在非法进入的情况进行报警。通过防盗监控单元控制通道入口防盗锁、井盖防盗锁开合，进而完成防盗作业。电缆局放问题是电缆管理中重要的监测项目，利用高频脉冲电流传感器在电缆接头接地线上耦合电缆缆体及其接头处的局放脉冲电流信号，并将该信号利用同轴电缆进行传输。当前端的采集器接收到信号后，将该脉冲电流信号转变为数字信号，以数字信号的形式传递给精益化管理系统进行处理、识别以及计算，将计算结果存储到数据库，并通过在线监控中心软件显示监测结果。水位监测、可燃性和毒性气体监测、烟雾监测均是通过相应的传感器进行相关数据采集，然后通过光缆网络将数据发送给监控中心进行预警判断处理。

以接头温度预警和水位监测预警为例，在常温条件下，监控中心设置预警温度为80 ℃，当接头温度监测模块监测到的电缆接头温度不超过80 ℃时，则不发出预警，报警状态为正常；当接头温度监测模块监测到的电缆接头温度超过80 ℃时，说明该接头存在危险，监控中心发出预警，相关维修人员应根据接头监测模块的安装位置确定故障发生的接头并及时进行维修。监控中心界面局部信息显示如图2所示。

电缆在线监测系统结合大数据技术、电缆精益化管理系统与地理信息系统（Geographic Information Systems，GIS）技术，实现了对监测数据的储存整理、计算分析及预警功能，通过对地下电缆相关数据的实时监控、监测和预警，有效降低了地下电缆事故发生的概率。通过识别地下电缆监测设备的位置，进而判断出电缆及通道发生故障的位置，减少故障排查时间，降低故障造成的影响。

2 应用分析

2.1 基于大数据的地下电缆精益化管理系统的构建

对地下电缆的精益化管理主要分为3大部分，分别是地下电缆规划设计、地下电缆基础建设以及地下电缆运行维护[1]。传统的精益化管理系统（以下简称传统系统）主要通过PMS2.0系统建立综合数据库，利用数据库中的数据应用为地下电缆的精益化管理提供帮助，通过在地下电缆的精益化管理过程中获取反馈数据，利用反馈数据完善综合数据库。与传统系统相比，基于大数据分析构建的地下电缆精益化管理系统（以下简称本系统）的主要改进方向是建立综合数据库[2]。对比传统系统中综合数据库的信息获取途径，本系统拓展了新的获取途径，包括射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）电子标识、全息数据采集、实时在线监测数据获取，通过将不同途径获取的信息进行融合形成综合数据库，再通过大数据技术对综合数据库的筛选和整理形成台账数据资源、空间数据资源、监测数据资源以及电子标签资源，利用这些资源为地下电缆规划设计、地下电缆基础建设、地下电缆运行维护提供服务。本系统运行原理如图3所示。

图3 系统运行原理

2.2 大数据对地下电缆精益化管理各阶段的影响

2.2.1 构建全息模型数据库，提供电缆管理数据支持

利用大数据技术建立的管理系统中的综合数据库从原有传统PMS2.0系统调用原生数据，基于RFID电子标识、全息数据采集、实时在线监测功能，利用工程普查、移动数据采集、质量管控等方法对原生数据中缺失的部分进行补充与完善，通过大数据的筛选、整理功能对综合数据库进行完善，实现数据的共享，并将数据信息转化为相应的资源，应用于各业务系统，实现数据获取的闭环[3]。利用数据获取的闭环优势整合现有的电缆及通道基础台账数据，结合监测数据、空间数据、环境监测以及巡检信息等建立一套地下电缆及通道全息模型数据库。通过该模型数据库对地下电缆设备管理、维修、运行、风险管控等方面的挖掘，构建地下电缆运行风险推理和决策知识库。通过对电缆运维多元异构大数据的分析与挖掘，利用分层技术建立基于数据采集层、数据储存层、数据计算层、数据挖掘层以及综合调控层的大数据分析中心，实现数据优化处理，为电缆精益化管理人员提供相应的知识、决策支持[4]。大数据分析中心分层结构如图4所示。

图4 大数据分析中心分层结构

2.2.2 加装RFID电子标识，提升电缆移动巡检质量

利用超高频RFID技术为地下电缆进行身份编码，形成每个电缆的唯一电子“身份证”[5]。RFID电子标识工作时一般利用电缆外部电磁场产生的能量，电子标识本身不携带能源、不产生功耗，为了抵抗复杂的地下环境，在制作时采用密封性较好、耐酸碱、防腐蚀的材料和整体成型的工艺。通过探测器、移动终端等装备对电缆进行监测，当移动巡检发现电缆出现问题时，可以利用安装在电缆上的RFID电子标识将具体电缆位置与移动巡检数据上传至地下电缆精益化管理系统，由地下电缆精益化管理系统对巡检数据实时监控，并显示出巡检的轨迹和时间，通过显示的信息提高巡检工作的效率，提升对地下电缆及通道巡检质量的管控。

2.2.3 进行实时在线监测，把控电缆运行状态

传统管理方式中的在线监测形式主要以有线光纤为主，监测的主要内容一般为电缆的接头温度，在监测范围内存在一定的局限性，缺乏对管道内可燃气体等内容的监测，难以与地下电缆普查系统协调合作，无法有效利用普查结果实现电缆故障预测[6]。

基于大数据的地下电缆精益化管理系统新增了地下电缆监测内容，包含电缆接头温度监测、接头护层电流监测、电缆局放监测、可燃有毒气体监测以及井盖防盗监测等。通过相关监测数据对地下电缆及通道的现状进行分析评估，利用物联网和数据传输技术将地下电缆感知对象统一接入到电缆精益化管理系统，构建出地下电缆全息数字化模型。规范数据采集标准，对感知层接入的数据进行标准化处理，进而完成地下电缆三维可视化模型构建。通过实时在线监测为工作人员提供高效、可靠的数字依据，优化相应的工作安排，降低运维工作的复杂性和劳动强度，为地下电缆及通道的安全运行提供保障。

3 结 论

在地下电缆精益化管理中融合应用大数据技术，利用信息化管理技术构建地下电缆的全息数字化模型，实现对电缆运行状态的精准把控。通过规范数据采集标准和标准化处理接入数据，以图像资源展示为手段，以地下电缆规划设计、地下电缆基础建设以及地下电缆运行维护等为目的，实现结合图像、数据等多维资源的地下电缆精益化管理模式。通过集成管道及电缆相关业务、融合相关数据，建立涵盖战略层、经营层、作业层的智能决策分析体系，为管理人员提供决策支持，为地下电缆的规划建设和稳定运行提供保障。