摘要： 分析了在传统管理体制下配电网管理模式和管理手段的问题,提出了从根本上提高配电网科学化管理水平的全面解决方案,并详细介绍了北京城区供电局配电网信息管理系统的建设经验。  
关键词： 配电网;AM/FM/GIS;建设经验;信息管理  
 　　 0 引言
    当今社会,信息产业的飞速发展,深刻地影响和改变着供电企业的生产、管理和经营方式,掌握信息、运用信息,使现有人力、物力和财力得到充分、合理、有效地利用,不断地提高经济效益,已成为现代供电企业追求的目标。
    随着我国城市建设的飞速发展,电力用户对提高配电网的供电可靠性、电能质量、工作效率和优质服务方面都提出了更高的要求。因此,供电部门在电网的规划改造、调度管理、运行维护、业扩报装以及故障情况下的快速反应等方面,都对信息技术和信息工具提出了更高的需求。而面向电业生产的"基于图形处理的配网设施信息管理系统"(以下简称配网AM/FM/GIS系统)可在许多方面满足这些需求。
1 问题和需求
    1.1 问题
    传统方法是用纸质图册、表格等手段来管理配电设备资料的。为了做好设备的运行维护工作,各设施维护单位除了更新维护好所辖范围内部各种设备的图形和数据资料外,还需要重复建立、更新那些与其他单位相关连的"交叉信息资料"档案。而配电网结构复杂、设备量大、图形和数据资料浩繁,加之用电负荷急剧增长、电网结构变动频繁、设备资料不断更新等。当"交叉信息资料"牵涉的范围较广甚至遍及供电业务的各个相关部门(例如：系统电源的变动信息、局部的网架结构变化信息等)时,传统方法很难做到使所有单位都能及时、准确的得到他们所需要的信息。近年来,随着配网自动化系统的应用,已经可以及时地获取大量的设备监测信息,为了满足配网的优化运行和快速处理线路故障的需要,充分利用监测信息对配电网络进行综合分析,从而实现配电网的合理调度和故障的及时处理成为必要。而手工方式的模拟图版无法和设备的监测信息"连接"起来,不能直观地反映供电网络的电源关系和相关信息,也就难以进行必要的系统分析计算。综上所述,这种设备数据和图形资料以纸质介质描述并且分部门、分单位分散管理更新的工作方式,已不能满足部门之间、单位之间及时获取最新"交叉信息资料"、实现数据共享的要求。
    1.2 需求
    解决上述问题的必由之路是在生产单位之间、单位内各生产岗位之间,建立起能够保证需要共享的、与生产实际中数据同步更新的、并能及时传递的"数字化信息神经网络",将企业各个业务环节的"信息化孤岛"连接起来。在各生产单位之间建立起严密的、快捷的信息沟通、共享机制。换言之,即建设起一个覆盖供电企业全部业务环节、贯穿整个生产流程的"电网生产信息共享环境"。以期解决传统模式下因手工处理信息传递速度较慢、缺乏有效的信息沟通渠道等原因造成的各个供电生产环节中生产信息"不全面、不一致、不及时、不准确"的问题。
    供电生产经营活动对该"电网生产信息共享环境"有以下主要需求：
    (1)配电网生产运行及设施维护方面的工作特点,使得整个配电网架设施资料的更新、维护分散在不同专业、单位和班组中完成,同时又要求能够共享各种"交叉信息资料",这是配网设施资料管理工作中的主要矛盾,即"分散加工"与"整体共享"的矛盾。显然,需要一套能为整个配电设施管理体系提供各种"交叉信息资料"并能及时、准确地传送到各部门的工具。
    (2)为有效对配电网进行指挥调度,不仅需要一套能及时地反映电网的动态变化的系统,即一套能够与自动化系统有机结合的、真实地反映电网动态变化情况的、"活"的系统来描述电力设施的实际运行状况,同时,还需要一幅网架清晰直观、信息全面、维护方便、操作灵活的"数字化图版"。
    (3)在用户报修环节,为尽可能缩短停电时间,非常希望将各种故障信息快速转变为精确的报修资料,以指导抢修人员及时进行处理。
    (4)配网规划是配网建设发展的战略性工作,需要大量历史信息和规划信息的支持,如何才能将这些信息有效组织起来并进行分析预测,为配电网合理建设提供可靠的依据。
    (5)配网建设需要一种高效、便捷的设计工具,同时它与现有的、生产运行中的电网又有着紧密的联系,它们应是设备生命周期中的不同阶段,可以相互转换。如何描述这种关系,以缩短建设周期。
    (6)为了提高服务质量,缩短用户报装时间,充分利用现有生产能力,扩大电力市场,需要建设一套在详尽了解现有生产系统运行状况的基础上,提供优化方案的业扩报装系统。
2 解决方案
    2.1 初步解决方案
    由于供电生产部门中几乎所有的工作都与空间信息(地理空间)有关系,所以上述"电网生产信息共享环境"的建设可以用现代空间信息管理技术来实现,具体说来就是采用AM/FM/GIS技术提高配网资料和信息的管理水平。
    配网AM/FM/GIS系统,不仅为配网生产运行管理体系中各管理单元提供了方便易用的设施资料更新、查询的工具,同时还在"协同工作技术"支持下实现了各管理单元间"交叉信息资料"的集中管理和实时交换,促进了设备管理编码体系的建设,合理界定了"管理体系"中,不同管理单元对配电网图形信息和数据资料的维护范围。从而使配网设施信息资料在分散更新维护管理方式下,图形与数据资料"分散加工"与"整体共享"的矛盾得到较好的解决。
    2.2 全面解决方案
    通过建立完备的电网模型和引入配网SCADA实时信息,以及灵活利用设备生命周期状态描述技术、设备成组建模技术、多空间关联信息自动映射更新技术等各种先进技术,将彻底改变传统工作模式,使AM/FM/GIS系统成为一个能真正覆盖配电生产经营各业务环节、贯穿整个生产流程的"配电网生产信息共享环境",从而谋求使配网生产经营管理工作产生质的飞跃。主要表现在以下几方面：
    (1)通过AM/FM/GIS系统,配电网模型与配网SCADA实时信息得到耦合,实现了用数字化模拟图版替代传统的手工模拟图版;利用其网络分析能力,针对配电网的实时运行方式,提出优化运行方案和事故情况下的网络重构方案,为SCADA系统提供控制管理决策支持;极大地提高了调度部门进行指挥决策的安全性、及时性和准确性。
    (2)通过引入实时信息,使配网设备的运行维护从以往的静态管理转变为动态管理,变被动为主动。在线路故障情况下,抢修部门能够快速作出反应,同时通过提供带有相关图形信息的"事故通知单",使抢修人员能迅速到达现场进行处理,极大地提高了事故处理的及时性和准确性。
    (3)中压配电网的规划一般是围绕高压配电网规划中的站点建设而进行的二次短期规划。配网AM/FM/GIS系统依据历史数据进行现状配电网负荷预测,将已报装的潜在负荷进行分布还原统计,将各地区规划部门的信息整理为阶段性的负荷数据,按地域输入系统,从而描绘出不同地域的负荷预测曲线;并在此基础上制定网络重构规划,进行经济技术指标的合理性比较,进而进行决策;同时,为高压配电网规划的滚动修正提供支持。
    (4)在配网AM/FM/GIS系统的线路设计功能中,由于引入了"设备成组建模"技术,从根本上将设计人员从复杂的杆型设计和繁琐的工程配料中解放出来;由于引入设备生命周期描述技术,即对设计→施工→运行的不同状态的描述,实现了智能化的计算机辅助设计和施工图制作,大大提高了施工设计图的规范性,为线路数据的准确输入提供了依据,极大地减少了数据重复录入的环节和数据维护周期,并为工程预算的自动生成和工程管理奠定了基础。
    由此可见,配网AM/FM/GIS系统是建设配网生产经营管理信息系统的核心与基础工程,它能够提高各种生产经营及管理方面信息的准确性并加快信息的传递速度,进一步强化管理决策过程中信息的分析、利用手段,从而提高整个企业的科学管理水平。但并不是说AM/FM/GIS就是全部技术手段,应根据需求,全面进行分析,以决定应采取哪种技术手段更为合适。
    因此,要从根本上提高配电网的现代化管理水平,必须以配电网生产和技术管理为基础,以配电网信息管理为核心,面向供电生产需求,灵活地利用各种相关技术,其中包括AM/FM/GIS技术、数据库技术、通信和网络技术以及互联网技术等等,建造一系列配电网管理模型,最终设计出配电网信息化管理的整体解决方案,以提高配电网的管理水平,实现增效节能、缩短停电时间、提高供电可靠性和综合服务质量,为领导的正确决策提供可靠的科学依据。
3 建设经验
    北京城区供电局经过5年多的艰苦努力,完成了"北京城区配电网信息管理系统"一、二、三期的工程建设,开发并实现了与配电网生产和管理息息相关的22项功能,将用电营业、配网规划、线路设计、运行管理、调度指挥、用户报修和技术管理等信息进行技术集成,为全面进行配电网管理并制定配电网的改造和建设方案奠定了坚实的技术基础。其中,第三期工程作为国家"九五"重中之重科技攻关项目-"城市供电管理GIS示范工程与开发",已于2000年9月29日通过了科技部国家遥感中心会同国家电力公司发输电部和科环部的验收。该系统已在北京城区供电局成功地投入实用化试运行,并已开始在北京和其他省市推广,企业效益和社会效益显著。同时,该系统的运行有力地促进了传统供电管理体制的改革。
    3.1 建设历程
    北京城区供电局从1994年开始,作了大量的、充分的准备工作,经历了可行性调研、需求分析、总体设计和系统开发平台的选型调研等阶段,其中包括：国外的ARC/INFO、GENAMAP、MAPVIEW、SICAD、FRAMME、SYSTEM9、MAPINFO以及国内的GROW和MAPGIS等等。经过认真地分析、比较,我们感到大部分软件都具有一定的特点,可以满足基本要求,但满足我们的全部需求还有较大差距,有大量的开发工作要做。于是,我们提出了以优先开发成功且能满足我们的需求的演示系统作为取舍条件,最后,深圳市雅都图形软件公司以它率先完成的拥有自主版权、并具有国内电力行业特色的电网图形信息系统EFGIS(该系统是雅都图形公司基于自主版权的AM/FM/GIS软件开发平台GROW开发的),赢得了与我局进行合作开发的机会,于1996年10月开始了我局的配电网AM/FM/GIS系统的建设工作。经过几年来使用国产GIS软件平台的实践,我们认为：国产电力AM/FM/GIS软件已完全能够满足电力行业的应用需求,无论是从技术的角度、安全的角度还是从经济的角度来看,国产电力AM/FM/GIS软件都是我国电力行业促进科技术进步最需要的产品。它完全有能力替代甚至超越国外AM/FM/GIS软件,为我国电网的现代化建设贡献力量。
    我局整个系统的建设是分为以下几个阶段进行的：
    (1)第一期(1996年10月～12月)为预研期：为考察其系统软件的实用性和可发展性,检查其应用软件是否能满足我局"营配合一"体制下的生产、运行和管理等工作的要求,我们采取"先小范围试点,再全面铺开"的工作方法,对阜成门地区4.8平方公里范围实验区的配电网络做出单机版的演示系统,信息内容包括：从变电站→电缆→开闭站→配电室或从变电站→电缆→10kV线路→柱上变台→低压线路→用户电度表。
    (2)第二期(1997年5月～12月)为全面建设阶段：建设完成了具有18个站点的网络版系统(包括3个广域网站点),完成了城区局所辖90平方公里范围(包括149幅1∶2000地形图)的全部10kV、部分380V配网数据以及用户数据的采集和录入,建立了配网管理模型,并在此基础上开发了一些配网管理的实用功能。
    (3)实际运行阶段：从1998年1月开始,系统投入实用化试运行,将各终端逐步下放到相关生产单位,一方面对系统中的数据进行滚动维护;另一方面对系统的功能和性能进行全面测试,摸索系统运行经验,不断完善系统。为保证系统长期有效地稳定运行并全面推向实用化奠定基础,我们还特别制定了"岗位职责和管理制度"。从1999年5月城区局搬到新址开始,系统每天24小时不停机,运行稳定,从未发生事故。
    (4)第三期工程：从1999年1月开始,在过去工作的基础上,先后开发了调度管理子系统、线路设计子系统、业扩报装流程管理子系统、负荷预测和分析子系统、基于浏览器/服务器方式的电网信息查询子系统、配网辅助规划子系统、统计线损计算子系统、低压配网管理子系统、安全管理子系统、可靠性基础数据管理子系统、与电缆处Mapinfo数据的接口、与SCADA实时信息的接口等功能子系统。
    3.2 已实现的主要关键技术
    (1)支持分布式协同工作环境及图元级锁定功能;
    (2)支持对电网拓扑结构的描述、分析和处理;
    (3)支持地理空间、逻辑空间和属性空间信息的多向交叉查询;
    (4)由地理空间的电气图自动生成各种专题图(包括线路资产图和各种逻辑图);
    (5)故障点的判断及其图形化模拟分析;
    (6)网架重构及其图形化的步骤模拟分析;
    (7)报装方案的辅助生成;
    (8)支持以浏览器/服务器方式对地理空间、逻辑空间和属性空间信息的相互查询;
    (9)设备生命周期状态描述技术;
    (10)设备成组建模技术;
    (11)多空间关联信息自动映射更新技术;
    3.3 主要功能
    我们已经将城区局范围内全部10kV和380V配网数据以及用户数据进行了采集录入,并开发了大量配网管理的实用功能,如：
    (1)图形和数据的录入及编辑工具;
    (2)快速故障定位及其故障分析;
    (3)开关模拟和停电转供方案的辅助生成;
    (4)基于图形的10kV理论线损计算和线损图的自动生成;
    (5)基于图形的供电可靠性基础数据计算和可靠性图的自动生成;
    (6)线路网络图、接线图、电源图的自动生成;
    (7)线路变更时数据的自动更新;
    (8)业扩报装方案的辅助生成;
    (9)线路设计;
    (10)调度管理;
    (11)配网辅助规划;
    (12)基于配网图形的统计线损计算;
    (13)负荷预测和分析;
    (14)安全管理;
    (15)基于Intranet 的报装流程管理子系统;
    (16)基于Intranet 的电网信息查询子系统;
    (17)与国家可靠性中心可靠性管理程序的数据转换接口;
    (18)与北京供电局理论线损程序的数据转换接口;
    (19)与电缆处Mapinfo数据的接口;
    (20)与SCADA实时信息的接口;
    (21)通用数据录入工具;
    (22)通用报表输出工具。
    3.4 系统在管理和生产上发挥的作用
    该系统的应用使得北京城区供电局的工作质量和效率得到极大的提高,已经从量的变化导致质的飞跃,其实用性、高效率和易操作性深受使用者的普遍欢迎,主要表现在以下几方面：
    (1)设备资产统计。该统计功能的实现,将以往所有设备运行专责人(约60人)每年末需要10～20天时间完成的现场设备资产统计工作变为一天内全部自动完成(包括打印),效率约提高了900倍。
    (2)设施资料的更新和查询。过去采用手工翻阅多本图册和台帐才能完成的查询工作,现在仅用几秒钟就完成了所有相关内容的查阅,效率至少提高了100倍。
    (3)设施图纸和资料的共享。过去各部门之间经常要传送一些相关的图纸和资料,以解决交叉资料的使用和维护问题,采用该系统后从根本上解决了各部门之间图形和数据资料的"分散加工"与"整体共享"的矛盾。
    (4)系统的快速故障定位。可大大缩短停电时间,提高供电可靠性,使城区报修部门的故障响应时间大大缩短,准确指导修理班或各社区服务中心快速到达现场处理事故并恢复供电。
    (5)自动查询和统计,显示停电影响范围以及停电设备和用户。可事先通知相关的重要单位,避免不必要的损失。
    (6)多路转供电方案的自动生成和运行方式模拟。不仅能够提供设备检修或临时改变运行方式时的多路转供电方案,并准确计算出多个优化方案的负荷转移结果,供调度人员选择一个合理方案;而且可验证操作步骤的准确性,以避免失误、保证安全,提高供电可靠性。
    (7)线损计算和分析。理论线损计算工具为配网规划和改造方案的指定提供了快速、可靠的依据,是配电网安全、经济运行的重要保证。过去,平均10人需要进行4～5个月的计算数据准备,然后才可进行计算,而采用本系统后,其全部时间只需10天左右,效率提高了约900倍。今年,理论线损计算工作以往两年一次变为一年两次,工作量之大在过去是难以完成的,但由于使用了该系统使得计算工作顺利完成。分路统计线损计算工具为供电企业按经济指标进行考核提供了便捷的计算工具,也使系统逐步从管理型转为经营型,以适应社会发展的需要。
    (8)可靠性基础数据和可靠性图的自动生成。为每季度的可靠性基础数据统计工作提供了高效工具,使可靠性管理工作达到了可以追溯历史的效能,全部城区局的可靠性基础数据(包括电缆网)统计工作20多分钟即可完成,效率提高了千倍以上,使得该项工作变得简单、及时和准确。在1999年的几次可靠性工作检查(包括北京供电局"达标创一流")中,经受了考验,得到了各级领导的一致肯定。
    (9)线路设计。实现了智能化的计算机辅助设计和制作施工图纸,大大提高了施工设计图的规范性,为线路数据的输入提供依据,极大地减少了数据重复录入的环节,以达到减人增效的目的。
    (10)配网SCADA实时数据接入本系统。使得配网从以往的静态管理转变成动态管理,使设备的运行维护从被动变为主动,在提高设备的健康水平、消除事故隐患和合理有效地使用维护费用等方面,都有着不可替代的作用;特别是我们为迎接建国五十周年庆典所加班加点赶制的"会场区7个配电室实时信息引入城区配网信息管理系统"这一项目,为"五十年国庆"、"澳门回归"和"世纪之交"等重要政治活动的值班做出了贡献。
    (11)线路变更的批量数据更新。从根本上提高了工作的准确性和及时性,大大提高了工作效率,为系统中基础数据的滚动维护提供了充实的条件;特别是1999年为迎接五十年华诞的8条大街入地工程所引起的大量线路网架的变更,通过使用这一功能在较短的时间内完成了网架的变更,使数据得以及时更新,保证了系统中各种功能的正常使用。
    (12)由线路图自动生成各种专题图。自动生成棵棵图、线损图、可靠性图、电源图和网络图的功能,为各种图纸的绘制提供了高效便捷的工具,并且由于只需"一次性"维护线路图,其他专题图可全部自动生成,保证了数据的一致性。
    (13)配网规划及负荷分析预测功能。为配网规划及负荷分析预测工作提供了高效便捷的计算工具,以辅助规划人员快速、准确地制定方案,进行合理性比较,进而进行决策。
    (14)调度管理。实现了电子化的调度图版,大大提高了调度工作的效率。
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