高精度電纜測繪在上海配電網(wǎng)運維中應(yīng)用

李永福，劉 炯，王乃盾，馬 驍，常家寧，高 超，董其宇，朱啟凌，倪敦博，林奕文，紀(jì)禮君，張希鵬

(1.國網(wǎng)重慶市電力公司電力科學(xué)研究院，重慶 401123；2.國網(wǎng)上海市電力公司市北供電公司，上海 200070；3.國網(wǎng)重慶市電力公司市北供電分公司，重慶 401121；4.國網(wǎng)重慶市電力公司長壽供電分公司，重慶 401220；5.國網(wǎng)重慶市電力公司檢修分公司，重慶 400039；6.國網(wǎng)重慶市電力公司北碚供電分公司，重慶 400711)

從2017年開始上海開展了“世界一流城市配電網(wǎng)”建設(shè)工作[1-2]，2020年上海進一步提出了“國際領(lǐng)先城市配電網(wǎng)建設(shè)”計劃，這兩項建設(shè)計劃均對供電可靠性有較高要求。2020年上海中心城區(qū)供電可靠率已實現(xiàn)99.999%的超高可靠性目標(biāo)[3]，超高可靠性配電網(wǎng)成績的取得與配電網(wǎng)電纜的精細化管理密不可分。

城市配電網(wǎng)電纜分布廣、數(shù)量多，如何高質(zhì)量管理一直是困擾運檢人員的一個難題。在電纜設(shè)計、施工、運行、檢修等過程中，均離不開對電纜的精確定位，特別是在一些對位置準(zhǔn)確度要求較高的防外破、搶修工作中，精確的電纜路徑及配套資料信息對于高質(zhì)量、高效率運檢工作的開展作用關(guān)鍵。

國網(wǎng)上海市電力公司使用電纜較早，存量電纜數(shù)量也較多。近年來，為配合高供電可靠性及城市美化工作，開展了大量架空線入地工程，電纜量得以快速增長。截至2021年年中，整個上海城區(qū)電纜化率已超過80%，積累了大量電纜測繪資料管理及應(yīng)用的經(jīng)驗。考慮到我國在城市化進程中必然伴隨配電網(wǎng)電纜數(shù)量的快速增長，上海配電網(wǎng)電纜測繪工作有極大借鑒意義。本文系統(tǒng)介紹上海典型區(qū)域配電網(wǎng)電纜測繪及應(yīng)用相關(guān)經(jīng)驗。

1 上海配電網(wǎng)電纜測繪發(fā)展

1897年，上海第一根電纜敷設(shè)入地。在2000年以后，伴隨10 kV開關(guān)站、雙環(huán)網(wǎng)、鉆石型配電網(wǎng)等的廣泛建設(shè)以及架空線入地等重要工程的開展[4]，上海形成以電纜為主、架空線為輔的超大型城市配電網(wǎng)絡(luò)。如此龐大復(fù)雜的配電網(wǎng)電纜網(wǎng)絡(luò)，給電力電纜運維工作帶來極大壓力。

電纜埋于地下，在城市土建施工中，難以通過目視直接確定電纜路徑，極易出現(xiàn)外破事故，在事故搶修時也難以直接確定實際位置，亟需精確的電纜路徑資料。

上海在電纜施工應(yīng)用的早期，就開始電纜路徑的測繪工作，從早期的手工圖紙繪制發(fā)展到目前的數(shù)字化測繪記錄，經(jīng)歷了3個階段。

1.1 手工繪制階段

由于技術(shù)的限制，早期普遍采用手工繪圖方式。電纜在施工完畢后，繪圖人員通過皮尺測量與現(xiàn)場參照物的實際距離進行電纜位置的確定，并在圖紙上保存電纜路徑信息。電纜測繪精度比較高，可以基本滿足電纜運維檢修需求。但在一段時間后，由于地形變化、城市拆遷等原因，電纜測繪圖中可能會失去參照物，運維人員難以進行準(zhǔn)確電纜路徑定位。此外，在實際使用時可能需同時調(diào)閱數(shù)份紙質(zhì)檔案資料，效率不高。

1.2 紙質(zhì)轉(zhuǎn)數(shù)字化階段

從1997年開始，上海就使用計算機管理電纜路徑資料，將竣工完成的紙質(zhì)圖紙統(tǒng)一繪制在計算機中的數(shù)字化總圖上，并進行實時更新。由于技術(shù)限制，計算機中總圖僅有1:2000精度，在紙質(zhì)1:500竣工圖轉(zhuǎn)為總圖過程中，會喪失一些精度。這個時期，總圖起到粗略查詢及目錄的作用，當(dāng)需要更為精確路徑時，需要進一步查詢紙質(zhì)竣工存檔圖。

2000年初開始，隨著地理信息系統(tǒng)技術(shù)、數(shù)字化測繪、高精度電子地圖的成熟及普及，上海開始對增量電纜批量開展數(shù)字化測繪工作，同時對存量的電纜逐步開展紙質(zhì)轉(zhuǎn)數(shù)字化的工作，用3～4年時間完成了10 kV以上電纜數(shù)字化工作。

電纜路徑數(shù)字化過程中，對于圖紙信息與實際現(xiàn)場較為一致的電纜路徑，直接采用紙質(zhì)圖紙的信息進行數(shù)字化。對于參照物變化較大的區(qū)域，圖紙上的電纜路徑可能無法直接、準(zhǔn)確地反映出電纜實際位置，此時需要使用電纜路徑探測儀等對電纜路徑進行逐一探明，并進行數(shù)字化記錄。

由于基礎(chǔ)資料原因，紙質(zhì)資料直接轉(zhuǎn)化過來的電纜路徑資料一般精度達不到厘米級高精度水平，故在后期的電纜技改、大修、檢修等過程中，如涉及到相關(guān)電纜可以進行精確測繪的，會及時安排進行測繪資料的更新和完善。例如，同一組排管的電纜在后期新施放中，可以通過同組排管新施放電纜的精確位置對存量電纜位置進行更新。

1.3 數(shù)字化階段

至2005年，伴隨著存量電纜數(shù)字化工作的結(jié)束，上海電纜測繪進入全面數(shù)字化時代，電纜通道實現(xiàn)了高精度存儲及快速調(diào)閱，同時借助生產(chǎn)管理系統(tǒng)(Production Management System，簡稱PMS)開展豐富的電纜測繪數(shù)據(jù)應(yīng)用工作。從2021年9月開始，國網(wǎng)上海市電力公司開發(fā)的中臺系統(tǒng)全面上線，電纜測繪數(shù)據(jù)開始在中臺系統(tǒng)單軌運行，到此已形成了一套成熟的電纜資料管理體系。

2 厘米級測繪及電纜臺賬管理

借助于全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)如北斗系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System, 簡稱GPS)等，載波相位差分(Real-Time Kinematic, 簡稱RTK)技術(shù)、全站儀、激光測距等現(xiàn)代測繪技術(shù)[5]，電纜路徑在電纜施工的同時可以同步進行精確定位及記錄，進而建立完備、準(zhǔn)確的電纜測繪資料。

2.1 技術(shù)實現(xiàn)

為獲得高精度的電纜位置信息，2010年前上海使用較多的是RTK技術(shù)。在電纜測量時，將已知精確坐標(biāo)的基準(zhǔn)站作為參考，進行電纜測量移動站的差分誤差補償，此種方式測量精度較高，也能達到厘米級精度，但使用起來較為繁瑣。近年來，隨著上海北斗連續(xù)運行參考站系統(tǒng)、GPS連續(xù)運行參考站系統(tǒng)等的建設(shè)完善及商用化，可以使用網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的臨時基準(zhǔn)站并獲得厘米級精度[6-7]。在網(wǎng)絡(luò)通暢情況下僅需要移動站直接進行測量即可，較為便捷，因此普遍采用該方式。

2.1.1 信號接收良好區(qū)域

對于衛(wèi)星信號、RTK網(wǎng)絡(luò)信號接收良好的區(qū)域，直接使用RTK設(shè)備進行電纜位置的定位。一般對于直線電纜路徑每3～5 m測量一個點，對于電纜轉(zhuǎn)角處，測量點不少于5個點，以保證電纜路徑的準(zhǔn)確性。

2.1.2 信號接收較差區(qū)域

由于高樓等的影響，城區(qū)內(nèi)的部分電纜路徑正上方可能衛(wèi)星信號較差，此時一般使用RTK結(jié)合全站儀的方式進行測量。信號接收較差區(qū)域測量示意圖如圖1所示。在測量區(qū)域外部設(shè)置多個測量控制點，測量控制點用RTK的方式進行位置的精確定位，在控制區(qū)域內(nèi)使用全站儀進行電纜路徑的測量，取點間隔的要求與信號接收良好區(qū)域相同[8-9]。

圖1 信號接收較差區(qū)域測量示意圖

2.2 測繪流程及標(biāo)準(zhǔn)

目前，國網(wǎng)上海市電力公司市北、市區(qū)、市南、浦東等供電公司均設(shè)置了獨立的測繪班組，全面負責(zé)電纜的測繪及資料更新工作。

2.2.1 測繪流程

國網(wǎng)上海市電力公司某供電公司電纜測繪流程如圖2所示。

圖2 國網(wǎng)上海市電力公司某供電公司電纜測繪流程

電纜測繪流程分為外業(yè)及內(nèi)業(yè)。外業(yè)涉及戶外作業(yè)，主要根據(jù)電纜敷設(shè)入地的電纜來源進行分類，由施工方在施工過程中委托具備測繪資質(zhì)的人員或者在搶修中由運檢人員同步進行測繪，在電纜敷設(shè)完成的同時或短時間內(nèi)完成電纜型號、截面、長度、接頭型號等電纜屬性信息以及電纜路徑、排管孔洞等電纜位置信息的收集。

設(shè)備運維人員依據(jù)施工方或搶修人員提供的電纜資料(現(xiàn)場草圖、設(shè)計書、測量文本等測量成果)，在PMS中對電纜信息進行錄入，并安排專人對新增電纜信息進行審核，審核人員依靠提供的資料以及與以前資料邏輯上的核對，對于核對過程中存疑或錯誤的資料進行退回，并要求施工方或搶修人員在短時間內(nèi)完成修改(如典型問題的為1個工作日，個別須出外業(yè)的問題可延期到2個工作日)。

核對無誤的電纜資料，由運檢人員進行資產(chǎn)登記及紙質(zhì)材料和原始電子材料的歸檔。

2.2.2 測繪標(biāo)準(zhǔn)

為規(guī)范電纜測繪標(biāo)準(zhǔn)，國網(wǎng)上海市電力公司某供電公司制定了《市北電纜跟測及數(shù)據(jù)入庫流程及規(guī)范》、《市北電纜測繪作業(yè)評分標(biāo)準(zhǔn)》、《市北測繪現(xiàn)場照片參考意見》等一系列測繪規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)業(yè)、外業(yè)人員僅需要按照此系列標(biāo)準(zhǔn)對照執(zhí)行，便可形成統(tǒng)一、規(guī)范、完整、準(zhǔn)確的電纜測繪臺賬。

《市北電纜跟測及數(shù)據(jù)入庫流程及規(guī)范》按電纜敷設(shè)安裝完成為時間節(jié)點，詳細規(guī)定了每一個環(huán)節(jié)流程及時限要求，并對資料提交、內(nèi)業(yè)作業(yè)等進行了規(guī)范。《市北電纜測繪作業(yè)評分標(biāo)準(zhǔn)》對《市北電纜跟測及數(shù)據(jù)入庫流程及規(guī)范》中提出的相關(guān)規(guī)范和要求執(zhí)行情況進行逐條評分，并規(guī)定了考核分數(shù)，對于一個周期內(nèi)低于考核分數(shù)的單位進行約談、整改，可提高測繪資料提交單位的責(zé)任心。

同時，對資料提交中的關(guān)鍵照片信息進行細化，對照片中電纜銘牌、電纜合格證或?qū)嶓w電纜現(xiàn)場照、電纜終端和中間接頭、電纜預(yù)留長度等與后期運維密切相關(guān)的關(guān)鍵信息進行了詳細規(guī)范，并提供案例進行說明，保證在電纜運行全過程中可以實現(xiàn)不到現(xiàn)場就能直觀掌握電纜相關(guān)關(guān)鍵信息。

2.3 循環(huán)糾錯制度

當(dāng)同一組排管未在一次施工過程中用完所有孔洞，在下一次施放電纜時，雖然已有排管路徑信息，但仍要求新施放電纜方對所有排管進行獨立測繪及信息的記錄，內(nèi)業(yè)人員會將新測繪數(shù)據(jù)與系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行比對，對同組排管中可能的電纜路徑偏差進行修正(例如紙質(zhì)轉(zhuǎn)數(shù)字化階段中電纜路徑精度的提高)，循環(huán)糾錯制度可進一步減少電纜資料可能存在的問題，提高數(shù)據(jù)精度。

2.4 終身追責(zé)制度

電纜資料在歸檔時需將內(nèi)業(yè)、外業(yè)、校對人員的姓名及聯(lián)系方式等信息注明于工程資料封面，內(nèi)業(yè)、外業(yè)、校對人員應(yīng)對自己所在流程中資料的準(zhǔn)確性負責(zé)，循環(huán)糾錯或后期應(yīng)用電纜資料時如發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重錯誤，可進行責(zé)任追溯。

3 電纜精確測繪資料在電纜運行中應(yīng)用

電纜精確測繪資料在日常巡視、智能化監(jiān)測等電纜運行工作中均有廣泛應(yīng)用。

3.1 巡視

巡視是電纜運行中的重要環(huán)節(jié)。電纜深埋于地下，高精度的線路路徑可以讓運維人員能準(zhǔn)確確定巡視路徑、合理規(guī)劃路徑，提高巡視效率。近年來，不僅上海，浙江、江蘇等電力公司都在積極探索高精度電纜路徑在測繪中的應(yīng)用[8-9]。例如，國網(wǎng)浙江省電力有限公司某供電公司基于路徑數(shù)據(jù)開展電力電纜巡線路徑優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)可以極大縮短車輛距離，提高巡視效率、減少運維成本。

3.2 智能地釘

基于精確的電纜路徑，國網(wǎng)上海市電力公司開展了智能地釘?shù)膽?yīng)用。在電纜路徑的上面嵌入由太陽能板、蓄電池、定位儀、振動監(jiān)測器、信號發(fā)射器等組成的微型傳感裝置，可以實時監(jiān)測地面由于施工等引起的振動，從而避免可能危害地下電纜的施工。

3.3 現(xiàn)場交底及工地管理

上海城市建設(shè)仍在不斷進行，日常城市道路施工以及道路合桿工程、老舊小區(qū)電梯加裝等專項工程均可能涉及地下電纜的保護工作。在現(xiàn)場交底時，通過精確的地下電纜分布圖，可以告知施工單位確切的電纜位置，減少電纜外破風(fēng)險。

基于電纜測繪臺賬及實際應(yīng)用需求，國網(wǎng)上海市電力公司某供電公司進一步研發(fā)了“工地管理”程序，在移動端實現(xiàn)了電纜附近工地等資料的實時調(diào)用和分享。在日常巡視過程中，可以將發(fā)現(xiàn)的新增工地或已有工地擴大情況實時進行記錄，結(jié)合后臺精確電纜路徑數(shù)據(jù)，可以及時發(fā)現(xiàn)可能的電纜外破風(fēng)險，對此類電纜區(qū)域有針對性地增加巡視頻次，讓電纜工地管理工作更上一個臺階。

4 電纜精確測繪資料在檢修和搶修中應(yīng)用

在檢修或搶修時，運維人員利用完備的電纜路徑及相關(guān)信息，可以快速、準(zhǔn)確地定位到需要進行檢修或搶修的電纜。特別是在時效性要求較高的電纜搶修工作中，電纜精確測繪資料作用更為明顯，典型故障搶修流程如圖3所示。

圖3 電纜故障搶修典型流程

當(dāng)有圖紙臺賬時，可以直接進行故障點的粗測；如果沒有準(zhǔn)確的圖紙臺賬時，需首先進行電纜路徑的探測，此時可能額外耗費數(shù)十分鐘至數(shù)小時的搶修時間，嚴(yán)重影響到搶修的時效性。此外，行業(yè)內(nèi)普遍采用行波測距法進行事故位置的粗略判斷，但研究發(fā)現(xiàn)電纜波速受絕緣層材料、電纜形狀和結(jié)構(gòu)、制造結(jié)構(gòu)上的特征、保護層類型、環(huán)境溫度等諸多因素影響[10]，不同電纜波速相差較大，部分電纜波速現(xiàn)場實測超過190 m/μs，如此大的偏差可能直接造成故障定位點偏移數(shù)十米甚至上百米。

基于精確的電纜路徑數(shù)據(jù)及對應(yīng)的精確長度數(shù)據(jù)，可開展在非故障相上利用電纜故障探測儀進行波速標(biāo)定，進而得到更為準(zhǔn)確的波速及更為準(zhǔn)確的故障位置。同時，結(jié)合電纜臺賬中的電纜接頭位置、類型、年限等關(guān)鍵信息，開挖前可以初步判斷是由于電纜接頭還是電纜本體造成的電纜故障。基于精準(zhǔn)的電纜路徑臺賬及配套資料信息，可粗略確定故障點所在范圍，一般范圍可縮小至10 m，顯著了提高搶修工作效率。

5 電纜精確測繪資料在技改大修中作用

電纜在壽命周期內(nèi)可能會涉及相關(guān)的技改大修工程。在上海，早期采用了大量油紙電纜，部分電纜已不能滿足運行的需要，亟需進行更新。由于可靠供電及城市環(huán)境需要，架空配電線路的形式也在逐步轉(zhuǎn)為地下電纜，上海在2017—2020年開展了新一輪架空線入地工作。

在工程開展前期，特別是在工程規(guī)劃、設(shè)計階段，高精度電纜路徑發(fā)揮了至關(guān)重要作用，設(shè)計和規(guī)劃人員依靠準(zhǔn)確的電纜資料臺賬，可以清晰了解電纜路徑、周邊建筑、同路徑電纜等情況，極大節(jié)省前期勘探、設(shè)計時的工作量，從而可以快速、準(zhǔn)確地開展設(shè)計、概預(yù)算等工作。

6 結(jié)語

本文較為系統(tǒng)地闡述了上海配電網(wǎng)的電纜測繪及管理經(jīng)驗，回顧了上海配電網(wǎng)電纜測繪的3個主要階段，給出了上海厘米級高精度電纜測繪方式及資料管理方式。重點對高精度電纜測繪資料在配電網(wǎng)電纜運行、檢修、搶修、技改大修中的典型應(yīng)用進行了分析，電纜測繪工作的開展及其資料的應(yīng)用可以為相關(guān)城市的配電網(wǎng)電纜管理提供參考。