锦屏水电厂GIS可视化信息共享平台构建方案.pdf

Y电力安全技术第15卷(2013年第12期)锦屏水电厂GIS可视化信息共享．平台构建方案黄建琼，季杰(锦屏水力发bY-，四川西昌615000)[摘要]针对大型水电厂建设和运行管理的需要，提出了锦屏水电厂GIS可视化信息共享平台的构建方案。该平台依托地理信息系统，对全厂的设施设备、文档资料等进行管理，并通过与各个自动化系统的通信连接，将厂内各种图形、地图、数据信息统一管理并达到共享，以提高设备及其信息的可视化程度和管理的智能化水平，为设备的状态检修提供策略。(关键词]地理信息系统；可视化；信息共享；设备管理；状态检修0引言本文从理论上提出了锦屏水电厂GIS可视化信息共享平台的构建方案。该平台依托地理信息系锦屏水电厂包括锦屏一级和锦屏二级2个电统，以三维立体模型作为基本构架，在各模型中建站，总装机840万kW，是雅砻江上装机规模最大立数据库，存储对象的屙f生数据和空间数据，对全的水电站。目前锦屏电厂处于建设时期，施工周期厂的设施设备、文档资料等进行管理。该平台还要长，洞室群结构复杂，电力设施数量庞大，且绝大具备与电厂其他自动化系统的通信能力，采集运行多数是地下管网，复杂程度高。如何对电站建设时的实时数据，并具有在三维图形上实时显示和对数期的大量图纸、文档资料进行有效管理，并对电站据进行综合分析的功能。这样，就建立了基于空间投运后设施设备的运行、维护、管理、扩建和决策和时间的可视化信息共享平台。提供及时可靠的信息，使得电厂的设施设备建设与管理实现高效、合理和科学，有效提高工作效率和1地理信息系统概述经济效益，是锦屏水电厂需要及时解决的问题。传统方式采用手工对图纸和数据进行管理，更GIS(GeographicInformationSystem地理信新难度大，一致性难以保证。在大量的数据图纸中息系统)是一种可视化的技术，它以地理数据为对进行手工检索效率较低，也难以对数据进行综合分象，以空问数据库为核心，采用多种数据分析与建析，且图纸资料容易破损，不便于长期保存。目前，模方法，实时提供多种空间数据和属性数据，是部分水电企业已采用二维信息系统进行管理，但缺为科研、管理和决策提供服务的计算机应用系统。少地理背景环境，不能完整体现不同空间位置的设GIS能够将图纸直观地显示在屏幕上，并提供对图备状况，限制了设备的可视化和智能化管理水平。纸的绘制、修改及检索，还可以根据所提供的大量当管线或设备出现故障时，不能及时确定故障所在数据进行综合分析，提高决策的科学性。位置，延误抢修时间，影响电厂的正常运行及安全。在国外电力行业中，GIS应用已经步入成熟阶因此，利用GIS技术，建立电厂可视化信息共享平段，各大电力公司纷纷将GIS引入日常的管理之台，准确可靠地显示地下管线、设备、厂房的分布、中，如美国爱迪生公司的配电图形管理信息系统走向、埋深及相关专业信息，对电厂进行实时化、(CADIMAGE)。目前，在国内电力行业中，尤其自动化管理已成为水电厂信息管理系统发展的必然是电网系统也已将GIS作为企业信息管理的重要辅趋势。助工具。但在电厂管理中，GIS的应用并不普遍，一p一 第l5卷(2013年第12期)电力安全技术Y这主要是由电厂自身特点决定的。原因主要在于电(9)提供多种分析处理工具，以利于分析结果，厂的地理范围比较小，而且生产管理高度集中统一，进行决策；协助维修人员了解设备状况，为状态检实时l生比较强，这与传统的GIS应用有一定的差异。修提供全面的数据资料和便捷的监测手段。研究发现，尽管电厂地理范围较小，但电厂的(10)实现设备的全生命周期管理。基于GIS各种管线、设备、厂房、科室等许多要素涉及地理的可视化信息共享平台，建立以历史资料为基础，位置。如果能将GIS应用于电厂的日常缺陷管理，实时数据管理为目标的全生命周期管理信息系统结并将其和设备状态检修历史记录管理结合起来，与构。历史数据应从电厂设计选型开始，包含了设备电厂自动化系统实现数据共享，实时采集各种运行的采购、设联会、出厂验收、机电安装、调试投运、数据，用于综合分析设备运行状况，将会使电厂设运行维护和技改退役这几个完整的全生命阶段。为备缺陷管理、设备状态管理更加集中、形象、科学，提高设备的管理效率，设备的历史数据应有专人负为生产、经营提供现代化的管理手段和决策支持，责整理归档，并贯穿设备生命周期的各阶段。在设从而有效提高电厂的工作效率。备运行年限到达或者不能满足运行的可靠性时，通过对历史数据和运行实时数据的联合分析，可以系2锦屏水电厂地理信息系统构建方案统全面地发现设备存在的问题，进而提出解决方案，科学有序地进行技术改造，实现设备运行的闭环管2．1系统功能理模式。锦屏水电厂GIS地理信息系统应能实现以下2．2系统结构模式对比功能。随着网络技术的发展，GIS地理信息系统先后(1)真实和直观地再现电厂的建筑、设备、地出现了3种主要结构模式：集中式结构模式，C／S表信息以及地下管道等的三维景观。(Client／Server)客户机／服务器结构模式和B／S(2)资源定位。输入某资源标示(名称、编号等)，(Browser／Server)浏览器／服务器结构模式。可定位其地理图形位置。(1)集中式结构模式是GIS地理信息系统向网(3)空间区域分析。根据用户选择的图形实体，络发展的早期结构，由终端和服务器组成。在该模按照用户定制的条件，对该实体进行以目标为中心式下，信息库的存储、浏览、查询、检索和维护等的缓冲区域搜索，以目标位为圆心的圆形区域搜索工作都集中于服务器，其功能基本依赖于服务器。及任意多边形区域搜索，从而找到选定图形实体特由于该模式对服务器性能要求极高，一般需配置专定范围内的管线、沟道、建筑物等图形实体。用服务器，因而提高了系统的造价。(4)管线横剖面、纵剖面分析，管线冲突检查，(2)C／S结构模式与集中式相比有了较大突添加管线等。破。在该结构模式下，客户端和服务器通过电缆相(5)基于网络、浏览、查询、检索各种实体的连接，可以将复杂的计算任务分配到客户机和服务属性信息，管理电厂庞大的基础数据库，包括设备器中，应用软件在前台运行，而数据库管理则在后信息、设计图纸等。台服务器上运行。因此，在该结构模式下，信息共(6)设置数据库管理员和操作人员权限，防止享能力得以大幅度提升，同时增强了系统运行的稳数据被非法查询、修改和删除。通过权限设置，使定性。其缺点是，系统资源冗余、跨平台性差、升用户根据自己的权限享用相应的功能。级困难，因此该模式也存在着一定的封闭性。(7)提供准确的三维地理及信息数据。当设备(3)随着Intemet的发展，B／S结构模式扩展设施出现故障时，能快捷、准确地进行设备的维修、了c／s结构模式，其运行机制采用了标准的c／s更换、改造等，减少或避免由于信息不清导致的误分布式处理。不同于传统结构，用户界面将全部采挖、误伤及资源浪费。用浏览器Web页面访问服务器信息，从浏览器向(8)建立基于GIS的数据共享平台，提供与电服务器提交服务请求，服务器将处理结果通过网络厂其他自动化系统的通信接口，在三维图形上实时返回到浏览器端。在该模式下，访问不同的服务器显示设备运行状况，建立实时数据库。并不需要启动不同的客户端，因此用户界面的友好一一 Y电力安全技术第l5卷(2013年第12期)性和一致性得以满足，降低了系统开发和维护成本，aonal、Geomedia、MapCAD以及国产软件MAPGIS、便于系统的安装升级，使其更容易被广大普通用户GROW—POWER等。根据电厂地理区域不大，只所接受。有少量专业人员有权限进行维护修改的特点，同时锦屏水电厂可采用C／S结构与B／S结构相结考虑GIS平台建设维护成本，可以选择MapInfo合的体系，如图1所示。这是由于C／S结构性能Professional。稳定，软件产品比较成熟，但其客户端管理、维护2．4系统设计量大，因此适合作为系统维护使用；B／S结构用收集锦屏电厂的设计图和施工图，利用三维可户客户端仅是一个简单的浏览器，便于浏览，而不视GIS提供的各种方便快捷的三维建模工具，可以作为系统维护使用。2种结构模式结合的方式可以严格按照设计尺寸创建三维模型，并附以真实的建取长补短，发挥各自优势，满足不同用户的需求。筑物纹理，以达到虚拟现实的效果。C／S结构为专业管理人员使用，具有授权的管理GIS对数据的处理分为空间数据和非空间数人员可以在客户机上对图纸和设备数据进行修改和据。空间数据是指描述目标对象的空间位置、几何管理，修改后的信息将自动更新服务器。B／S结构形状及与其它对象的空间关系数据，如电厂管道所为非专业管理人员使用，对于公司授权的员工，可在的地理位置、形状、颜色及与其它管道的相交关通过浏览器在互联网上查询设备的相关信息。系等。实际的数字化过程必须考虑实际地图的大小，选择合适的比例精度。非空间数据(也称为属性数据)主要指与空间位置没有直接关系的数据，如管道的编号、名称、长度、内管径、外管径、材质等。屙l生是反应一个地理实体相对其他实体的区别的具体体现。将空间数据与屙l生数据分别存人空间数据库和属性数据库，并建立空间数据和属性数据的绑定，使地理对象和相关属性有机结合，从而实现图文互动。根据锦屏电厂选择的C／S和B／S相结合的结图1c／s和B／s混合结构体系构模式，将不同模式的功能进行区分。在C／S结构中主要完成以下功能。2．3软件平台选择(1)系统管理功能。包括用户权限管理、密码为了建立实用的GIS地理信息系统，选择合修改、页面设置、图纸输出等。适的软件平台至关重要。它关系到用户投资、系统(2)地图操作。实现地图的放大、缩小，地图建立的难易程度、实用性、人员培训、数据共享等标注，窗口定位，距离测量等。各方面问题。(3)图纸管理。实现对图纸的查询、修改、图常用服务器端的操作平台主要有Unix、层添加、删除。Linix、Windows操作系统。考虑到系统的易用性、(4)绘图、编辑功能。界面的友好性等方面的要求，服务器端和用户端的(5)数据库管理。包括历史数据库、实时数据操作系统平台可选用Windows操作系统。库的管理。目前数据库产品主要有SOLServer、Sybase、(6)设备管理。包括设备查询、属性修改、设Informix、Oracle等。其中，SQLServer是运行备维修查询等。设备查询是查询某一图层上所有设在Windows平台下的最好数据库产品，具有使用备的属性数据。属性修改指修改某一选中设备的属方便、价格便宜、可灵活伸缩的优点。对于电厂这性数据。当对设备进行维修时，对维修情况、维修种管理集中，数据规模不算太大的系统，可以选择日期等进行记录。SQLServer数据库。(7)空间区域分析。提供区域搜索、剖面分析、比较常用的GIS专业软件有MaplnfoProfes一及各种挖坑的模拟操作。一一 第15卷(2013年第l2期)电力安全技术Y(8)实时监测。包括实时数据点的选取、删除，表和故障诊断等功能。独立的运行确保了各系统的实时数据在三维画面上的显示。稳定性，但也导致了数据相对孤立。因而在设备出(9)综合分析，提供决策支持。现故障，需要跨专业、跨系统分析时，数据获取相(1O)与厂内其他自动化系统的数据共享。对滞后；或者在对设备运行状况进行评估、领导需与C／S结构的功能相比，用户不能使用B／S要决策支持时，不能迅速准确地提供厂内各个系统结构对图纸进行修改，不能对图层进行增加、删除的完整信息。因此，有必要构建一个信息共享平台，等，也不能对图片进行增加、删除。B／S结构具体对厂内各种图形、地图、数据信息进行统一管理并功能如下。达到共享。(1)地图操作。提供属性数据的查询、设备图由此，本文将GIS地理信息系统功能进行扩展，片的查询、设备定位、测量距离等。提出了基于GIS的可视化信息共享平台理念，以电(2)空间分析功能。．厂三维地理信息系统为载体，通过与各个自动化系(3)维修管理。提供对设备维修记录的登记查统的通信连接实现数据共享。采集各个系统运行数询等。据，实时显示在三维设备图形上，能更直观、准确、构建的锦屏水电站GIS地理信息框架如图2及时地反映设备运行状态，并且为综合分析、决策所示。支持提供更全面的信息。锦屏电厂为千兆主干网，只要单独的自动化系统具备与外部通信的条件，便可通过光纤接人GIS地理信息系统。由于全厂实时区圆圈：J-【．．．．．．二．J：信息量庞大，因此不需要将所有的实时数据上送，图形编辑，图形数据、属性数据录入只采集必要的信息。另外，为了保证各自动化系统的安全，可视化信息共享平台采用单向数据传送方三维建模ll等高线生成式，即由自动化系统定时向GIS传送数据，而不能回i图纸查看向自动化系统返回任何信息。纹理编辑，恢复地物、地面的纹理锦屏电厂GIS可视化信息共享平台网络结构信息查询方案如图3所示。恢复和重现三维世界定位设备空间分析GIS地理信息系统网络交换机绝缘在线监测差ll量II翼lI蓁il薹llIl嘉llll攀网络单向隔离装置继电保护信息处理一子站GIS数据库服务器故障录波图2地理信息系统框架3可视化信息共享平台竺l图3信息共享平台网络结构“无人值班，少人值守”是锦屏水电厂投产后的运行模式，因此对厂内各个自动化系统有较高要4结语求。锦屏电厂主要的自动化系统有：计算机监控系统、机组状态在线监测、大坝在线监测、绝缘在线由于GIS地理信息技术在大型水电站设施设监测、继电保护信息处理子站、故障录波系统、辅备、文档资料管理中的应用价值，本文从锦屏水电机及公用系统控制、励磁、调速系统等。这些系统厂信息管理的实际需要出发，提出了GIS地理信息有各自独立的数据采集和分析系统，且具备智能报系统的构建方案，并对其功能进行扩展，通过与厂一一 Y电力安全技术第15卷(2013年第l2期)小区变电站远程监控系统及通信规约的研究刘浩，袁伟民(镇江供电公司，江苏镇江212001)[摘要]为使小区变能实现安保、消防、监控等多项功能，系统地阐述了小区变远程监控系统的工作原理及组成，并重点介绍了适合于本系统的基于RS-485现场总线的Modbus通信规约。[关键词]小区变；监控系统；Modbus；通信规约0前言同的设备连接成工业网络，提高了系统的集成度，降低了设备采购、软件开发的费用。在国民经济飞速发展的今天，由于城市工业和民用负荷的快速增长，对供电企业安全可靠供电的1小区变远程监控系统的工作原理及组成要求也越来越高。但由于小区变电站(简称小区变)分布广、数量大，供电企业往往难以及时发现其运1．1系统的工作原理行中出现的问题，从而造成设备故障或事故，导致根据远程监控系统的需要，可设置多种类型的用户停电的情况时有发生。检测传感器。在日常的监控管理中，传感器能实时国家电网公司的智能电网战略(配电网侧主要采集到相应的检测信号，并通过通讯总线传送至现是配电自动化)，主要是解决配电网盲调问题，实场监控主机。这些信号经过处理、运算、分析后通现对电力设备和电气量的“三遥”功能，对诸如小过通讯模块，借助如GPRS等移动无线公网上传区变等配电设施的门禁、安防、温湿度等方面的辅至集控中心服务器。当现场发生异常状况时，如火助监控未有涉及。小区变综合监控系统是一种基于灾、人员闯入、SF气体泄漏超标、氧气含量偏低等，无线公网的远程监控系统，旨在解决长期以来困扰报警系统将同步向预先设置的维护人员手机和管理小区变难以有效管理的难题，目前已在实际应用中终端单元发送报警短信。同时，运行维护人员也可取得了良好的效果。以通过客户端后台，远程控制现场大门开启，对风通信规约是系统进行通信时，收发双方数据传扇、空调、除湿机进行起停等。并可预留配电自动达的格式。在小区变监控系统中，使用了Modbus化接口，实现对现场电气设备和电气量的遥信、遥规约，Modbus规约透明、可靠，可以方便地将不测和遥控等“三遥”功能。内各个自动化系统的数据通信，实现基于GIS的可中的应用[J]．电力系统自动化，2003，27(18)：74—78．视化信息共享。该系统能有效提高设备及其信息的3吕炜，张光，陈轶谦，王罡．基于MapX组件可视化程度和管理的智能化水平，为设备的状态检的GIS系统在发电厂中的应用[JJ．电力信息化，2004，修提供策略。但该方案只是理论上的研究，在系统2(9)：73—76．的实际建设过程中，还需更深入地研究和完善。4马素霞，齐林海，孙立辉，刘文霞．基于网络的电厂地理信息系统研究[J]．中国电力，2000，8(33)：64—67．参考文献：5田宜平，张戈，刘兴无，王绍宏．三维可视地理信息1正刘荔．发电企业GIS应用初探fJ]．电力信息化，系统在禹州电厂的应用[J]．电力系统自动化，2005，2006，4(1)：77-79．5(29)：88—92．2翁颖钧，朱仲英．地理信息系统技术在电力系统自动化(收稿日期：2013-07—23)一一