地理信息系统在宿州配电网中的应用
2006-01-18 14:35:22 来源：
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电力18讯： 肖国德 杨栋
安徽省电力公司宿州供电公司（234000）
摘要：配电作为电力系统运行的重要环节,它的发展与现代化对整个电力的发展起着至关重要的作用，更好地掌握电网信息，更好地进行设备管理、规划设计、负荷管理、故障排除、供电恢复、用户报装、电量计费、馈线增容等工作，宿州公司在2003年利用现代信息技术，引入地理信息系统(GIS)，使我公司的配电管理更上了一个新的台阶。为了更好地使用和推广GIS，现将宿州公司GIS情况进行简单的总结，以供分享。
GIS简介
城市配电网络是一个纵横交错的巨大网络，具有十分复杂的空间和非空间属性。传统工作方式中，这些信息一般经图纸图表描述(例如，施工和竣工资料图表)，采用人工管理，长期以来，我们在管网资料的管理方面一直沿用这种做法。各种图档、资料的不齐全使我们在管理这样一个庞大的管网时感到力不从心。电网调度和对电网的设备管理时缺乏依据，遇到紧急情况无法及时得知有关信息采取相应措施。有关资料只存在一些有经验的技术人员的头脑里，因大规模市政建设而日益变化的参考建筑，使有些电网资料失去了其原有的价值，设备管理相当困难，电网设计也很难优化。为了彻底改变这一现状，必须引入计算机技术-地理信息系统来管理我们的电网资料。要实现对供电网络图形数据资料的科学管理，只是依赖网络和数据库技术还显不够，必须采用最新的GIS（地理信息系统）技术。没有GIS的管理系统，只是对电网设备属性数据的管理，其直观的地理位置等图形信息则依然无法获得。而普通意义上的MIS（Management Information System，简称MIS，即管理信息系统），主要使用基于字符的信息（包括数字型、文字型等），它并不包括描述空间位置和形状的坐标信息，描述空间关系的拓扑信息等；然而供电网络中的设备信息绝大部分含有空间信息，而利用空间信息进行空间分析更是供电行业电网管理信息化的重要特点。如供电管网中的电杆、变压器等电力设备在城市中的分布。由于MIS缺乏对空间信息的管理，自然也就谈不上进行空间分析。管理人员只能进行统计报表处理、属性数据查询等工作，而不能立即建立对其所管理业务的空间概念。没有图形的单纯数据库管理使管理者只能看到设备的属性数据而对其地理位置的分布依然是一无所知，设备信息不仅很不直观，而且容易混淆不清。GIS中的GMIS（空间管理信息系统，Geographical Management Information System）功能就解决了MIS所存在的这个问题。它的基本实现手段就是在MIS功能的基础上，能够同时对空间信息进行分析和管理，简而言之，就是在MIS上加了空间图形信息。例如在普通的MIS系统中，一根电缆只包含了诸如编号、型号材质、长度等属性数据，而在GMIS系统中，除了包含上述属性数据外，还包含了这根电缆在城市街区图中的走向分布以及与变压器等其它设备间的拓扑连接关系。
现在我们通过从空间可视化、空间导向和空间思维三个方面重新认识地理信息系统。
1.1空间可视化(Spatial Visualization)
空间地物轮廓特征的可视化
信息系统是对现实世界的计算机模拟，而地理信息
系统则突出了它对现实世界空间关系的模拟。使用我们对于在空间中各事物的状态有一个非常直观的感受。无论是在屏幕上展示一幅可以无级缩放和信息查询的地图，还是展现一幅三维的地形模型，都使我们对现实世界空间关系的认识更为直观、具体。或许我们可以用计算机科学中常用的“所见即所得”一词来解释这一点。
具有空间参照特点的地物专题属性信息的可视化
地理信息系统的空间可视化功能还包括对空间分布的地物的属性信息的图形可视化，这一点是由地理信息系统的一个重要特征来保证的，即GIS实现了空间信息和属性信息的集成管理，并能够完善地建立二者之间的联系。这样空间地物的专题属性特征就可以通过地理信息系统工具实现具有空间参照信息的可视化。
1.2空间导向(Spatial Navigation)
利用地理信息系统，我们不仅可以纵览研究区域的全域，还可以利用缩放和漫游等GIS所提供的基本功能深入到我们更感兴趣的区域去研究。一个完善的地理信息系统提供了空间数据库功能，使用我们可以以小比例尺查看全局，以中比例尺查看局部，以大比例尺查看细部。在比例尺不断增大的同时，展现给用户的空间信息内容会不断更新。这些与地图学中强调的制图综合的概念是相似的。地理信息系统的空间导向功能还可以从空间查询功能中得到体现。例如我们可以通过空间查询找到“城市中的公园”，并即时将地图的显示范围缩放到所有“公园”空间分布的范围内，这样同样是空间导向作用的体现。
1.3空间思维(Spatial Thinking)
地理信息系统的空间数据库在存贮各地物的空间描述信息的同时，还存贮了地物之间的空间关系，这一特点为进行空间分析提供了基础。地理信息系统的空间思维，就是要利用GIS数据库中已经存贮的信息，通过GIS的工具(例如缓冲区分析、叠置分析)，生成GIS空间数据库中并存贮的信息。地理信息系统将许多空间分析工具集成起来，并提供二次开发工具。在进行空间分析时，用户将各种分析工具按所研究领域的专业模型组织成一个程序(即计算机可以识别和操作的思路)，交由地理信息系统完成，最后提供空间可视化的分析结果。地理信息系统的空间思维功能使我们能够揭示空间关系、空间分布模式和空间发展趋势等其它类型信息系统所无法完成的任务.
2系统的基本配置
2.1软件配置
操作系统： Windows2000；WindowsXP；
数据库：Oracle8i ；
GIS开发平台：Intergraph Gframme；
开发工具： VB；
2.2 硬件配置
主服务器HPLH6000U3（2台）
网桥服务器PC（1台）
主交换机Cisco6509（2台）
交换机Cisco2950（5台）
3COM（3台）
PC机（多台）
3. 系统管理的区域及主要使用对象
系统管理的区域为宿州市城区20km2中的10kV及以下电力设备。其中城区10km2按1：500的地形图建立地理背景，其它地区为1：10000的地形图建立地理背景。实时监视范围为全市的所有100kV及以下的线路、设备。配网GIS的主要使用对象为：配电工区、客户中心、市区所、计量所、电力工程公司及其它有关部门和领导。
4. 主要功能
4.1编辑维护功能
该功能可分为图层编辑和数据编辑两部分，所谓图层编辑，即可以在相应地图层上增加、删除、修改基本地理信息单元。如增加一条道路，一座建筑物等；所谓数据编辑功能，即在GIS上增加、删除、修改电力设施的属性数据，如改变杆塔位置、增加或删除一条线路等，我公司的线路数据档案就是在该功能的基础上进行维护。
4.2查询分析功能
可以在地图上查到高低压线路、配变、开关箱、电表箱等各种电力设施的位置，以及该电力设施的各种技术参数；可以按选定的要求，查询如配变型号、供电半径、导线规格而列出相应的线路或和配变的数据等。
4.3调度SCADA信息查询
通过接口，将调度SCADA数据存入GIS数据库，在GIS平台上就可以看到类似于调度SCADA系统画面，显示各条10KV线路的所有实时遥测、遥信量，使调度SCADA的该项功能，扩展到所有GIS10KV线路上去。同时，在GIS上可以查看某一线路的任意时段内的负荷曲线。另外，还具有负荷报警功能，即根据导线规格及定值确定的最大负荷电流，当线路电流大于设定值时，会出现红字报警。
4.4电网故障定位功能
当电力用户出现故障或停电时，只要报出用户名，就可在GIS上查出该用户的配变名称，以及配变在地图上的位置。同时列出控制该配变所在线路的隔离开关及断路器，为快速找到故障点，及时隔离故障创造条件。
4.5停电范围显示
在GIS上拉开断路器时，地图上由该断路器及单刀控制的线路的颜色由红色转为绿色，并列出所有停电的用户。
5 配网GIS系统的应用
5.1 基础运行资料的管理
我公司城区各供电所的所有10kV线路、低压线路以及变压器、断路器等各种电力设备的基础资料均已输入GIS，可以在GIS上看到以地图为背景的所有电力设施的位置。点击电杆后，可显示出该电杆上的所有电力设备，以及每种电力设备的技术参数。为了保证线路定位的准确性，城区采用1：500的2000年版本的电子地图，我们直接在地图上进行线路数据维护。结合MIS的应用，目前全公司所有线路、配变、断路器、隔离开关等基础资料，以及线路巡视、缺陷、事故、检修等运行维护资料，均已用MIS及GIS进行管理。
5.2 “十一五”城网规划
(1)：对城区进行划块。宿州市城区面积约20km2，按地理位置及负荷水平，把城区划成5个供电区域，共计28块，每块由变电所一条10kV主线供电，并用彩色打印机打印，使划块方案一目了然。
(2)：测出块内最大负荷。通过与调度SCADA接口，自动查询线路历史最高负荷，并根据块内配变分配情况，按容量分配法计算出块内最大负荷。
(3)：找出配网薄弱环节。在配网GIS地理信息系统中，可按查询要求，自动统计并列出导线规格等于某种型号的导线，列出某种型号的配变、闸刀、熔断器、避雷器，列出各线路供电半径和各线路线损的大小，从而找出配网的薄弱环节进行分析，为配网规划提供依据。
(4)：供电块面积的计算，GIS中有一项功能，只要在地图上圈住一块地块，就会自动计算出该块地的面积。
(5)：GIS中的标尺功能。用此功能，在GIS上可轻易量出线路长度和供电半径。
(6)：电网布置图。通过线路层、地理层的随意叠加，可以很清楚地得到线路、电缆等分布图，并可打印。
5.3配网设计
在城网建设与改造中，根据城区电网现状及划块要求，我们在进行配网改造或设计时在GIS上标出并打印后，到现场进行核对、校正，以进一步根据环境情况确定位置，然后制订相关规划图，打印后送交建委进行协商。由于进行了规划图的认真准备，使得建委根据我们提供的图纸到现场校对后，马上确定了规划方案。在GIS上，我们根据线路的现状、规划的变电所、设备、线路等，仅用一天就能完成整个城区配网的运行方案，并可以列出具体的方案图。同时，我们在GIS中可以直接量出本期工程新建线路的长度，以确定工程量和所需材料，并可比较准确地计算出工程概算。
5.4 故障点定位
以我公司10kV城南107线路故障为例。10kV城南107线路，从110kV城南变出线至汴河路，全长3.65km。在2004年7月22日发生单相接地，我们在调用GIS后，根据地理图形及设备参数，判断故障点可能在光明公司至淮河路附近，通过现场检查，光明公司门前39＃杆绝缘瓷瓶击穿一只，使故障得到了及时处理。同时配合使用电缆故障测试仪和GIS系统，可以准确判断电缆故障点的位置，但由于我公司全电缆线路没有，因此还没有使用过这种功能。
5.5在停电管理中的应用
利用MIS及GIS可汇集各生产部门的月度生产计划,自动完成全公司月度停电计划。运用GIS，可统计停电造成的时间和户数、停电区域、所有高低压停电用户。同时，用户还可以报上用户名称，在GIS上查询所在线路、地域，结合MIS，获得停电信息。
5.6理论线损
GIS在10kV配网理论线损计算的应用上，有三大优点：
①实时数据由接口自动转入，不必由人工抄录。
②10kV配网数据库的维护由市区所在MIS及GIS上完成，使理论线损计算人员省去了这方面的工作量。MIS和GIS的数据维护，是其基础数据管理的一项基本内容，MIS及GIS的应用，使其线路资料的管理更直观、更科学、更快捷，减轻了其工作量。
③理论线损的计算结果更为准确。实践证明，其效果很好。
5.7其他功能
系统还具有GPS模块功能、网络管理功能、多媒体功能、拓扑功能等，为用户提供了很大的方便。宿州供电公司用电管理系统融入电力地理信息系统后，通过WEB方式发布，使各部门的数据共享有一个质的飞跃，使信息产业与管理工作结合的完美程度得到很大的提高。
安徽省电力公司宿州供电公司（234000）
摘要：配电作为电力系统运行的重要环节,它的发展与现代化对整个电力的发展起着至关重要的作用，更好地掌握电网信息，更好地进行设备管理、规划设计、负荷管理、故障排除、供电恢复、用户报装、电量计费、馈线增容等工作，宿州公司在2003年利用现代信息技术，引入地理信息系统(GIS)，使我公司的配电管理更上了一个新的台阶。为了更好地使用和推广GIS，现将宿州公司GIS情况进行简单的总结，以供分享。
GIS简介
城市配电网络是一个纵横交错的巨大网络，具有十分复杂的空间和非空间属性。传统工作方式中，这些信息一般经图纸图表描述(例如，施工和竣工资料图表)，采用人工管理，长期以来，我们在管网资料的管理方面一直沿用这种做法。各种图档、资料的不齐全使我们在管理这样一个庞大的管网时感到力不从心。电网调度和对电网的设备管理时缺乏依据，遇到紧急情况无法及时得知有关信息采取相应措施。有关资料只存在一些有经验的技术人员的头脑里，因大规模市政建设而日益变化的参考建筑，使有些电网资料失去了其原有的价值，设备管理相当困难，电网设计也很难优化。为了彻底改变这一现状，必须引入计算机技术-地理信息系统来管理我们的电网资料。要实现对供电网络图形数据资料的科学管理，只是依赖网络和数据库技术还显不够，必须采用最新的GIS（地理信息系统）技术。没有GIS的管理系统，只是对电网设备属性数据的管理，其直观的地理位置等图形信息则依然无法获得。而普通意义上的MIS（Management Information System，简称MIS，即管理信息系统），主要使用基于字符的信息（包括数字型、文字型等），它并不包括描述空间位置和形状的坐标信息，描述空间关系的拓扑信息等；然而供电网络中的设备信息绝大部分含有空间信息，而利用空间信息进行空间分析更是供电行业电网管理信息化的重要特点。如供电管网中的电杆、变压器等电力设备在城市中的分布。由于MIS缺乏对空间信息的管理，自然也就谈不上进行空间分析。管理人员只能进行统计报表处理、属性数据查询等工作，而不能立即建立对其所管理业务的空间概念。没有图形的单纯数据库管理使管理者只能看到设备的属性数据而对其地理位置的分布依然是一无所知，设备信息不仅很不直观，而且容易混淆不清。GIS中的GMIS（空间管理信息系统，Geographical Management Information System）功能就解决了MIS所存在的这个问题。它的基本实现手段就是在MIS功能的基础上，能够同时对空间信息进行分析和管理，简而言之，就是在MIS上加了空间图形信息。例如在普通的MIS系统中，一根电缆只包含了诸如编号、型号材质、长度等属性数据，而在GMIS系统中，除了包含上述属性数据外，还包含了这根电缆在城市街区图中的走向分布以及与变压器等其它设备间的拓扑连接关系。
现在我们通过从空间可视化、空间导向和空间思维三个方面重新认识地理信息系统。
1.1空间可视化(Spatial Visualization)
空间地物轮廓特征的可视化
信息系统是对现实世界的计算机模拟，而地理信息
系统则突出了它对现实世界空间关系的模拟。使用我们对于在空间中各事物的状态有一个非常直观的感受。无论是在屏幕上展示一幅可以无级缩放和信息查询的地图，还是展现一幅三维的地形模型，都使我们对现实世界空间关系的认识更为直观、具体。或许我们可以用计算机科学中常用的“所见即所得”一词来解释这一点。
具有空间参照特点的地物专题属性信息的可视化
地理信息系统的空间可视化功能还包括对空间分布的地物的属性信息的图形可视化，这一点是由地理信息系统的一个重要特征来保证的，即GIS实现了空间信息和属性信息的集成管理，并能够完善地建立二者之间的联系。这样空间地物的专题属性特征就可以通过地理信息系统工具实现具有空间参照信息的可视化。
1.2空间导向(Spatial Navigation)
利用地理信息系统，我们不仅可以纵览研究区域的全域，还可以利用缩放和漫游等GIS所提供的基本功能深入到我们更感兴趣的区域去研究。一个完善的地理信息系统提供了空间数据库功能，使用我们可以以小比例尺查看全局，以中比例尺查看局部，以大比例尺查看细部。在比例尺不断增大的同时，展现给用户的空间信息内容会不断更新。这些与地图学中强调的制图综合的概念是相似的。地理信息系统的空间导向功能还可以从空间查询功能中得到体现。例如我们可以通过空间查询找到“城市中的公园”，并即时将地图的显示范围缩放到所有“公园”空间分布的范围内，这样同样是空间导向作用的体现。
1.3空间思维(Spatial Thinking)
地理信息系统的空间数据库在存贮各地物的空间描述信息的同时，还存贮了地物之间的空间关系，这一特点为进行空间分析提供了基础。地理信息系统的空间思维，就是要利用GIS数据库中已经存贮的信息，通过GIS的工具(例如缓冲区分析、叠置分析)，生成GIS空间数据库中并存贮的信息。地理信息系统将许多空间分析工具集成起来，并提供二次开发工具。在进行空间分析时，用户将各种分析工具按所研究领域的专业模型组织成一个程序(即计算机可以识别和操作的思路)，交由地理信息系统完成，最后提供空间可视化的分析结果。地理信息系统的空间思维功能使我们能够揭示空间关系、空间分布模式和空间发展趋势等其它类型信息系统所无法完成的任务.
2系统的基本配置
2.1软件配置
操作系统： Windows2000；WindowsXP；
数据库：Oracle8i ；
GIS开发平台：Intergraph Gframme；
开发工具： VB；
2.2 硬件配置
主服务器HPLH6000U3（2台）
网桥服务器PC（1台）
主交换机Cisco6509（2台）
交换机Cisco2950（5台）
3COM（3台）
PC机（多台）
3. 系统管理的区域及主要使用对象
系统管理的区域为宿州市城区20km2中的10kV及以下电力设备。其中城区10km2按1：500的地形图建立地理背景，其它地区为1：10000的地形图建立地理背景。实时监视范围为全市的所有100kV及以下的线路、设备。配网GIS的主要使用对象为：配电工区、客户中心、市区所、计量所、电力工程公司及其它有关部门和领导。
4. 主要功能
4.1编辑维护功能
该功能可分为图层编辑和数据编辑两部分，所谓图层编辑，即可以在相应地图层上增加、删除、修改基本地理信息单元。如增加一条道路，一座建筑物等；所谓数据编辑功能，即在GIS上增加、删除、修改电力设施的属性数据，如改变杆塔位置、增加或删除一条线路等，我公司的线路数据档案就是在该功能的基础上进行维护。
4.2查询分析功能
可以在地图上查到高低压线路、配变、开关箱、电表箱等各种电力设施的位置，以及该电力设施的各种技术参数；可以按选定的要求，查询如配变型号、供电半径、导线规格而列出相应的线路或和配变的数据等。
4.3调度SCADA信息查询
通过接口，将调度SCADA数据存入GIS数据库，在GIS平台上就可以看到类似于调度SCADA系统画面，显示各条10KV线路的所有实时遥测、遥信量，使调度SCADA的该项功能，扩展到所有GIS10KV线路上去。同时，在GIS上可以查看某一线路的任意时段内的负荷曲线。另外，还具有负荷报警功能，即根据导线规格及定值确定的最大负荷电流，当线路电流大于设定值时，会出现红字报警。
4.4电网故障定位功能
当电力用户出现故障或停电时，只要报出用户名，就可在GIS上查出该用户的配变名称，以及配变在地图上的位置。同时列出控制该配变所在线路的隔离开关及断路器，为快速找到故障点，及时隔离故障创造条件。
4.5停电范围显示
在GIS上拉开断路器时，地图上由该断路器及单刀控制的线路的颜色由红色转为绿色，并列出所有停电的用户。
5 配网GIS系统的应用
5.1 基础运行资料的管理
我公司城区各供电所的所有10kV线路、低压线路以及变压器、断路器等各种电力设备的基础资料均已输入GIS，可以在GIS上看到以地图为背景的所有电力设施的位置。点击电杆后，可显示出该电杆上的所有电力设备，以及每种电力设备的技术参数。为了保证线路定位的准确性，城区采用1：500的2000年版本的电子地图，我们直接在地图上进行线路数据维护。结合MIS的应用，目前全公司所有线路、配变、断路器、隔离开关等基础资料，以及线路巡视、缺陷、事故、检修等运行维护资料，均已用MIS及GIS进行管理。
5.2 “十一五”城网规划
(1)：对城区进行划块。宿州市城区面积约20km2，按地理位置及负荷水平，把城区划成5个供电区域，共计28块，每块由变电所一条10kV主线供电，并用彩色打印机打印，使划块方案一目了然。
(2)：测出块内最大负荷。通过与调度SCADA接口，自动查询线路历史最高负荷，并根据块内配变分配情况，按容量分配法计算出块内最大负荷。
(3)：找出配网薄弱环节。在配网GIS地理信息系统中，可按查询要求，自动统计并列出导线规格等于某种型号的导线，列出某种型号的配变、闸刀、熔断器、避雷器，列出各线路供电半径和各线路线损的大小，从而找出配网的薄弱环节进行分析，为配网规划提供依据。
(4)：供电块面积的计算，GIS中有一项功能，只要在地图上圈住一块地块，就会自动计算出该块地的面积。
(5)：GIS中的标尺功能。用此功能，在GIS上可轻易量出线路长度和供电半径。
(6)：电网布置图。通过线路层、地理层的随意叠加，可以很清楚地得到线路、电缆等分布图，并可打印。
5.3配网设计
在城网建设与改造中，根据城区电网现状及划块要求，我们在进行配网改造或设计时在GIS上标出并打印后，到现场进行核对、校正，以进一步根据环境情况确定位置，然后制订相关规划图，打印后送交建委进行协商。由于进行了规划图的认真准备，使得建委根据我们提供的图纸到现场校对后，马上确定了规划方案。在GIS上，我们根据线路的现状、规划的变电所、设备、线路等，仅用一天就能完成整个城区配网的运行方案，并可以列出具体的方案图。同时，我们在GIS中可以直接量出本期工程新建线路的长度，以确定工程量和所需材料，并可比较准确地计算出工程概算。
5.4 故障点定位
以我公司10kV城南107线路故障为例。10kV城南107线路，从110kV城南变出线至汴河路，全长3.65km。在2004年7月22日发生单相接地，我们在调用GIS后，根据地理图形及设备参数，判断故障点可能在光明公司至淮河路附近，通过现场检查，光明公司门前39＃杆绝缘瓷瓶击穿一只，使故障得到了及时处理。同时配合使用电缆故障测试仪和GIS系统，可以准确判断电缆故障点的位置，但由于我公司全电缆线路没有，因此还没有使用过这种功能。
5.5在停电管理中的应用
利用MIS及GIS可汇集各生产部门的月度生产计划,自动完成全公司月度停电计划。运用GIS，可统计停电造成的时间和户数、停电区域、所有高低压停电用户。同时，用户还可以报上用户名称，在GIS上查询所在线路、地域，结合MIS，获得停电信息。
5.6理论线损
GIS在10kV配网理论线损计算的应用上，有三大优点：
①实时数据由接口自动转入，不必由人工抄录。
②10kV配网数据库的维护由市区所在MIS及GIS上完成，使理论线损计算人员省去了这方面的工作量。MIS和GIS的数据维护，是其基础数据管理的一项基本内容，MIS及GIS的应用，使其线路资料的管理更直观、更科学、更快捷，减轻了其工作量。
③理论线损的计算结果更为准确。实践证明，其效果很好。
5.7其他功能
系统还具有GPS模块功能、网络管理功能、多媒体功能、拓扑功能等，为用户提供了很大的方便。宿州供电公司用电管理系统融入电力地理信息系统后，通过WEB方式发布，使各部门的数据共享有一个质的飞跃，使信息产业与管理工作结合的完美程度得到很大的提高。
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