输变电及通信设备管理地理信息系统技术方案.doc

输变电及通信设备管理地理信息系统技术方案输变电及通信设备管理地理信息系统技术方案1. 需求分析1.1 企业概况佛山供电分公司是广东省广电集团有限公司下属的特大型供电公司，管辖的佛山地区电网覆盖了本部以及直属的南海、顺德、三水、高明四个供电分公司。至2003年底，公司运行管理的110千伏及以上变电站100多座，年供电量超249亿千瓦时。1.2 现状1.2.1 网络应用现状目前集团公司电力SDH/PDH通信传输网覆盖各直属公司及大部分厂站，佛山供电分公司也敷设了覆盖各直属供电分公司、110kV等级以上变电站的SDH传输网，且主要传输通道基本实现光纤化。根据广东省广电集团佛山供电分公司 “十五”通信网络规划，到2004年底，佛山地区主干网络基本实现千兆网，网络将覆盖到直属供电分公司镇一级供电所及各变电站。1.2.2 计算机应用现状目前，在佛山供电分公司输变电生产和通信管理上应用的计算机软件系统主要有：系统名称功能数据类型高压MIS输变电设备管理及信息查询Oracle 8i雷电定位系统雷电定位输变电可靠性管理信息系统输变电可靠性统计、分析FOXPROFDMIS-输电管理系统输电设备台帐及报表变电站运行日志系统变电站运行日志管理通信网管系统上述部分系统（如高压MIS、FDMIS-输电管理系统等）的功能将会在即将建设的生产管理信息系统中涵盖了，为此在本系统的建设中，需要详细考虑与生产管理信息系统的建设进度相配合，统一部署，统一规划，界面划分和统一业务流程处理等问题。1.2.3 电子地图现状佛山供电分公司现有的电子地图包括有：佛山禅城区1：500电子地图、南海区1:10000电子地图。1.3 项目目标1) 按照“遵循规划、统一管理、优化资源、业务规范”的原则，建设佛山大市（包括禅城区、南海区、顺德区、三水区和高明区）的基于GIS平台的输、变电网，以及通信网络管理的图形数据平台，为电网设备管理、通信网管、电网规划等应用提供图形和数据支持；2) 按“数据集中、应用分布”的原则，在公司总部对服务器系统、存储系统、电子地图和应用系统进行统一部署和维护，各应用单位配置相应的应用软件功能模块，通过建成的各级网络进行业务处理。1.4 项目建设阶段目标由于本系统与生产管理信息系统管理有密切的关系，所以本系统的建设应该与生产管理信息系统的建设进度相配合，统一部署，统一规划。按照“统一规划、分步实施”的原则，本系统的建设分两个阶段进行。1.4.1 第一阶段目标1) 搭建系统的软、硬件平台；2) 实现公司本部输电网和变电站设备的图形化管理、通信网管的图形化管理； 3) 建立与上述网络相适应的拓扑及分析模型，开发实施与生产管理信息系统接口，雷电信息分析、SCADA信息显示、特殊区域管理等功能模块；4) 为未来的基于GIS的逐步建设提供全开放和高度可扩展的性能。1.4.2 第二阶段目标1) 实现覆盖到全佛山（禅城区、南海区、顺德区、三水区和高明区）的输、变电网，以及通信网络设备管理。2) 开发实施与配网空间资源管理系统接口，实现故障测距定位分析、故障抢修最短路径/最佳巡视路线、停电范围分析和挂牌管理等功能模块的开发。2. 技术方案2.1 设备配置目前，支撑佛山配电空间资源管理系统只有一台Unix服务器，该服务器配置低，容量小，逐渐不能满足业务的需要，所以该方案将对输配电GIS两系统的硬件设备进行统一考虑，对目前使用的服务器进行升级作为数据库服务器，并把原有的配电GIS的业务数据迁移到新的设备中运行。序号名称主要指标数量备注1数据库服务器A参考设备：HP RP4440（1GMHZ）Unix操作系统支持8路处理器配置4个CPU/1.0GHz8GB内存2*73GB硬盘PCI 2GB Fibre Channel Adapter，光纤卡PCI 1000Base-SX Gigabit Ethernet Adpt，网卡PCI 10/100Base-T LAN Adptr，网卡DVD drive (read only) for 4U chassisCD-ROM (disk only)外置磁带机/机柜及配件/集群及镜像软件1新购与数据库服务器B作集群（由于数据库服务器B已经采用了HP服务器，该服务器也必须采用HP的服务器才能作群集的功能）2数据库服务器BHP-UX 11i操作系统440MHz 双CPU（原为440MHz 单CPU）4GB内存（原为1GB）36GB+18.2GB硬盘（原为18.2GB）10/100MBPS网卡 * 21追加与数据库服务器A作集群3应用服务器/WEB服务器参考设备：HP DL580 G2Windows操作系统支持4路处理器配置4个Intel Xeon 处理器 MP 3.0GHz8GB内存2*72GB Universal 热插拔 Ultra 320 10K 1“ 硬盘2*PCI-X 10/100/1000 千兆以太网卡24x IDE CDROM2新购集群4磁盘阵列及配套设备参考设备：可冗灾磁盘阵列HP EVA300042U EVA cab 50Hz ALL,2米机柜EVA3000 Cntrlr pair w/encl，控制器EVA3000 Cntrlr accessory kit，控制软件Storage Mgmt Appliance，控制台2*M5314 FC Drive Enclosure，双连接控制器12*FC HDD INT CTO 72G 15K Fact，硬盘6*5m SW LC/LC FC Cable ALLVCS HSV100 Media Kit 3.0HP OV SOM 1.0 EVA Media/ doc kit，工具HP OV SOM v1.0 1TB LTU，许可证2*SP HP 1 LTU/CD 3.0C all，许可证光纤交换机2* SAN Switch 2/8 EL,交换机2* 5 meter AC power cord，电源线16* Fbr Optic Cable 16m LC Duplex 50/125 M/M，光纤16* Short Wave SFP - Field Install，交换机接口1新购5备份设备及备份软件参考设备：HP磁带库6030，双驱动器MSL6030 2-dr, Ultrium 460, LVDS, RM Lib,机器MSL Tape Library Rackmount Kit2*SCSI Cable 10m VHDTS68 M/M Multimdultrium universal cleaning cartridge，清洁带5 meter AC power cord，电源线31*hp ultrium data cartridge,400GB，磁带备份软件OV Data Protector Cell Manag Win. LTU CDOV Data Protector Single Serv Ed Win LTUOV Data Protector Drive Windows etc LTUOV Data Protector On-line ext. UNIX LTU，在线数据库备份软件1新购2.2 技术实现方案2.2.1 系统要求2.2.1.1 系统基本要求(1) 系统考虑由GE SmallWorld 4.0和 GE SmallWorld SIAS 2.1基础平台之上和运行在该平台之上的多个相对独立并互有联系的应用子系统组成，是一个符合供电生产现代化管理要求的、分布式、开放式、模块化、可扩充的综合信息管理系统。（佛山配网GIS在2001年选择用GE SMALLWORLD作为建设平台，现出于平台的统一性考虑，建议采用GE SMALLWORLD作为本系统的建设平台。若需要另选平台，则还要考虑费用的问题。）(2) 本系统采用多层架构，除部分系统管理功能模块和编辑管理模块外，所有客户端采用基于Windows的浏览器方式进行操作；(3) 满足佛山供电分公司10年内的业务发展需求，远期至少支持300个应用终端处理各种业务和统计分析的需要；(4) 开放性要求：支持多种硬件平台，采用通用软件开发平台开发，具备良好的可移植性，采用标准开放接口，支持与其它系统的数据交换和共享，支持与其它商品软件的数据交换；(5) 标准化要求：所有各项软件开发工具和系统开发平台应符合我国国家标准、信息产业部部颁标准、国家电力公司相关技术规范和要求；(6) 参数化要求：必须实现完全模块化设计，支持参数化配置，支持组件及组件的动态加载；(7) 容错性要求：提供有效的故障诊断及维护工具，具备数据错误记录和错误预警能力；具备较高的容错能力，在出错时具备自动恢复功能；(8) 安全性要求：用户认证、授权和访问控制，支持数据库存储加密，数据交换的信息包加密，数据传输通道加密，可采用64位DES加密算法，发生安全事件时，能以事件触发的方式通知系统管理员处理；(9) 可靠性要求：应能够连续724小时不间断工作，平均无故障时间8760小时，出现故障应能及时告警，软件系统应具备自动或手动恢复措施，自动恢复时间15分钟，手工恢复时间12小时，以便在发生错误时能够快速地恢复正常运行，软件系统要防止消耗过多的系统资源而使系统崩溃；(10) 兼容性要求：满足向下兼容的要求，软件版本易于升级，任何一个模块的维护和更新以及新模块的追加都不应影响其它模块，且在升级的过程中不影响系统的性能与运行；(11) 易用性要求：应具有良好的简体中文操作界面、详细的帮助信息，系统参数的维护与管理通过操作界面完成；(12) 非统计性查询响应时间5秒（包括基于图形的展示查询）。2.2.1.2 系统管理技术要求2.2.1.2.1 权限管理1) 对各级组织结构、操作员号、权限应具备相应的管理功能，并通过统一的身份认证机制实现身份认证和权限控制；2) 按照组织结构对各级部门单位和操作员进行统一编码；3) 采用分级的管理方式，提供分级别、分角色、分用户、高安全性、易操作的安全保障，上一级可以设置下一级的管理权限，保证从上往下进行管理；4) 权限设置必须由被授权的系统管理员完成，管理员不能设置大于自身权限的权限。2.2.1.2.2 操作日志管理1) 系统对操作员的重要操作进行详细记录日志，并提供统计查询功能；2) 系统可查询、统计、打印所有或单个操作日志内容，提供操作员的各种操作统计报表；3) 操作员可自行检查自己有关操作日志。2.2.1.2.3 软件版本管理1) 本系统中必须具备其详细的软件版本信息，包括软件版本号、软件启用时间、测试时间等；2) 应用系统应在登录界面上显示系统软件名称及软件版本号等信息；3) 软件版本号可分为主版本号、次版本号、补丁号；4) 版本号的修改应根据软件修改内容范畴而做相应的修改；5) 应用系统能自动判断新的软件版本并支持自动或手工下载新软件。2.2.1.2.4 备份管理1) 数据备份设备要求有良好的安全性、可靠性；2) 数据备份设备可与多种厂家的主机系统相连；3) 数据备份设备应具有一定的平滑扩充能力，包括系统设备容量的扩充及I/O能力的扩充等；4) 数据备份设备应支持先进的存储、备份方式，例如SAN技术等；5) 数据备份应包含必要的系统软件，支持同步和异步方式，提供方便快捷的数据同步和恢复手段，提供运行情况监控，并严格保证数据的一致性；2.2.1.2.5 系统接口的技术要求系统的接入平台应满足下列基本要求：1) 高性能：接入平台应该实现对外部系统的接入提供企业级的支持，在系统的高并发和大容量的基础上提供安全可靠的接入；2) 可伸缩性：保证在充分利用系统资源的前提下，实现系统平滑的移植和扩展，同时在系统并发增加时提供系统资源的动态扩展，以保证系统的稳定性；3) 高可用性：实现企业级724小时的高可用性，具备容错和自动恢复的功能，支持多机集群的部署方式，并能实现透明地故障迁移和数据恢复；4) 可靠性：应防止非系统级的数据丢失或出错，同时提供对系统级的数据丢失和出错实现恢复和容错的机制；5) 可扩展性：在进行扩容、新业务扩展和系统接口连接中，提供快速、方便和准确的实现方式；6) 健壮性：提供可靠的运行环境，保证系统在内部、外部的不可预知的出错情况下，能够提供正确的处理机制；7) 安全性：提供完善的信息安全机制，以实现对信息的全面保护，保证系统的正常运行；8) 可管理性：提供良好的系统管理机制，保证可在系统的运行过程中提供给管理员方便的管理方式，以处理各种情况。2.3 系统功能要求2.3.1 系统功能模块总览图2.3.2 系统结构总览图2.3.3 系统功能2.3.3.1 地理信息及图形管理2.3.3.1.1 基本图形功能1) 图形显示：将基础地形图、各电压等级的输、变电线路及设备，以及电力通信网络设备进行综合图形显示，具体功能至少应包括：l 图形无级缩放；l 图形平滑漫游；l “鹰眼”显示；l 图形信息疏密效果协同校正：系统在进行无级缩放时，可自动根据当前视窗的比例尺，调整显示图层数和某一图层中信息量的疏密关系及效果，保证最佳的视觉效果和最快的显示速度；l 动态路名：具有类似道路结构的图形，随着放大、缩小、开窗、漫游和旋转等操作在窗口中不断发生位置、大小和完整性等方面的变化，其上所标示的“路名”信息将随着此图形的变化动态实时调整，始终以完整的信息在相应的图形上进行标示，始终以完整的信息伴随该图形的出现与消失。2) 图层管理：所有图层可以分为基本地理信息和专业信息两大部分，本系统应提供灵活的图层管理功能：l 基本地理信息：主要是指基本的地理背景，具体图层包括地名、建筑物、河流、绿地、铁路、道路等，将依照电子地图具体指定，由于电子地图所处理的是海量的地理信息数据，根据规模可将电子地图分区分块处理，以提高系统性能；l 专业信息：专业信息主要指系统应用的专业所涉及到的图形信息层，又可以大致分为几大类：变电站位置和电气接线图、输电线路走向和设备位置分布图、通信线路走向分布图和沿布图、网络接线拓扑图等。3) 显示设置：可以根据国家标准或个人习惯，对各个图层的图形单元的特征进行个性化定制。2.3.3.1.2 辅助图形功能1) 量度尺：提供方便的图形长度和面积测量工具；2) 沿路跟踪：可迅速查询路段的起止点，以及此路段附近其它路段、设备等各种图形的分布情况；3) 空间查询：可对GIS中的图形信息和属性信息（数据库信息）进行灵活多样的双向空间查询；4) 输出打印：本系统应能供提供全面的图形和数据输出工具；5) 图形和数据转换：包括在不同GIS平台文件格式间提供图形文件、数据文件的数据转换，以及支持对主流关系型商用数据库接口进行数据输入和转换等。2.3.3.1.3 图形编辑功能1) 基本图形编辑：提供通用的基本图形编辑工具，编辑点、线、多边形、文本等标准图形实体；2) 地理图形编辑：地理图形的各层单独处理，如地名、建筑物、河流、绿地、铁路、规划线、地面高程、道路（路口、路段、路名、路边线）等；3) 图例自定义：根据需要自定义地理实体或设备实体图例的形状和默认属性信息，定义好的图例选中后，带入默认属性信息插入到电子地图中；4) 辅助编辑工具：提供光栅网格等辅助图形编辑工具；5) 属性信息编辑：对电子地图上任何图形的属性资料进行添加、修改、删除、保存等编辑。2.3.3.2 设备管理1) 设备位置属性管理：管理设备在电子地图上的地理位置属性；2) 设备台帐属性管理：对变电站、输电线路及设备、电力通信线路及设备的概况、结线图设备台帐资料、平面图设备台帐资料等进行管理；3) 一致性检查和处理，包括：l 图数的关联性：包括没有在地图上定位的数据库记录、应该命名但没有命名的设备；l 设备连接关系：包括检查没有做连接关系的设备，通电属性不一致的设备等；l 编码变更：根据编码体系原则，根据实际设备变更关联，自动对设备进行检查和重新编码。4) 设备运行管理：设备运行管理主要属于生产管理信息系统的范畴，但在本系统中必须提供以设备为核心的查询和维护的入口，并且与生产管理信息系统的设备数据保持同步和一致，还应考虑在功能模块设计上的相互关联和调用，设备运行主要包括：l 变更管理；l 异常管理；l 缺陷管理；l 试验管理；l 评级管理；l 检修管理；l 巡视管理。2.3.3.3 网络拓扑建模1) 连接关系：定义边（包括电力线路和电力通信线路）和节点（各类设备）的连接属性，建立网络节点的连接关系，建立电网和通信网络的拓扑模型；2) 连通显示：查询与指定设备或线路具有连接关系的所有线路及设备等，并以高亮度闪烁显示；3) 向上查询：又称电源追踪，查询与指定设备或线路以上直到电源点，并与其具有电气连接关系的所有电站、电房、线路及设备等，并以高亮度闪烁显示；4) 向下查询：又称供电范围查询，查询与指定设备或线路以下，并与其具有电气连接关系的所有电站、电房、线路及设备等，并以高亮度闪烁显示；5) 通电显示：查询已经指定电源点的所有建立良好电气连接关系的电站、电房、线路及设备的总和，并以高亮度闪烁显示；6) 环网检测：在进行拓扑关系重构时，自动检查所建立的拓扑关系的完整性和合理性，一旦发现环网，将自动给出环网相关的线路和设备列表，以便于用户检查和修改。2.3.3.4 自动绘图本系统的专题图主要包括：1) 电力网络结线图；2) 通信网络结线图；3) 单线线路结线图；4) 杆塔单线图、相序图等。专题图集中表现线路和设备的连接关系，实际地理分布显示影响了专题图连接关系的突出显示效果。系统应根据网络拓扑模型，结合可设置的专题图的生成规则，利用图形的编辑功能和AM工具，自动生成各种专题图。系统还应提供调整、美化专题图的工具，保证专题图的生成基于地理分布图，又可以美化调整后显示，调整后的图纸可通过打印模块打印成图。2.3.3.5 GIS高级应用2.3.3.5.1 SCADA信息显示在GIS系统中与调度自动化SCADA系统进行实时联网，在GIS系统中可实时显示输电网的动态信息。（1） 显示遥测信息，包括电流、电压、功率等；（2） 接收SCADA正常变位信息；（3） 接收SCADA故障变位信息；（4） 利用SCADA历史库中信息，显示SCADA各种历史曲线。2.3.3.5.2 雷击信息分析GIS系统与雷电定位系统实时联网，GIS系统从雷电定位系统中获取雷击时间和位置等实时信息，可进行如下分析：（输电）（采用何种集成方式，有无坐标系问题）（1） 雷击点在GIS图上实时显示；（2） 自动搜索雷击影响范围内的输电线路及设备；（3） 根据雷击点，给出抢修或巡查车辆的最佳路径分析。对于历史的雷击信息可进行如下的GIS分析：（1） 以不同颜色显示雷击信息情况；（2） 查询单点雷击详细信息；（3） 任意区域内查询雷击点信息；（4） 统计个地区雷击情况。2.3.3.5.3 故障测距定位分析利用电网（电缆）故障测距仪，在GIS图上进行GIS定位分析。通过获取（自动或手动）故障测距仪侧得的故障点的距离，在GIS系统上直观显示故障测距的位置，并以地理图为背景，自动推出故障点位置图。（主要用于通信，去输电调研）2.3.3.5.4 故障抢修最短路径分析/最佳巡视线路分析系统为巡视和抢修车辆提供一点到多点和多点到一点的最优路径分析以及供电最短路径分析。2.3.3.5.5 停电范围分析制定停电计划和故障停电时，根据电网拓扑关系，进行停电范围分析。（主网停电与配网停电有无区别）与生产系统的接口2.3.3.5.6 特殊区域管理污区、雷害区、风害区、滑坡沉陷区等特殊区域在地形图上的编辑和显示，提供相应的特殊区域的查询统计功能，盐密点监控功能，利用环保局大气污染信息或电力局测试数据生成各种大气污染的分布强度图，输电网图与大气污染图叠加空间分析，自动生成高压瓷瓶清扫周期和更换周期分析表。（管理部门是哪个，现状如何）2.3.3.5.7 挂牌管理挂牌是在电力设备运行、故障或检修时，为了给调度员一个醒目的提示而设置标志铭牌。在实际应用中，一般会用到几种不同的挂牌类型，如检修、故障、接地等。通过标挂各种提示标识及警示铭牌，同时记载挂牌时间、操作人员、挂牌时间、挂牌原因等，对上述各类挂牌操作进行有效管理，以保证工作效率和操作的安全。系统可根据地理图或网络图中进行操作模拟预演，验证操作的合理性。系统将由于检修故障停电拒绝误操作并给出警示提示，模拟预演完成后电力图自动恢复当前状态，不影响电网真正的运行情况。从而防止挂牌误操作，保证电网安全。挂牌操作包括：1) 保护性挂牌操作：此类挂牌具有闭锁操作功能，在挂牌前首先需判断挂牌的对象是否带电，带电则给出警告，设备检修结束后要合闸时，程序先通过网络分析，判断是否该线路上有处于挂牌保护状态的设备，如果有系统发出警告，提醒用户必须先摘牌再合闸；2) 提示性挂牌操作：此类挂牌作设备设置标示用，不需分析设备带电状态，可直接挂牌。（与生产系统接口）2.3.3.6 综合查询在图形信息系统中，应用较多的是多向交叉拾取（MDCA）查询。通过将地理图、专题图及属性数据库信息的关联，可以以任意入口、深度、方向完成“图数”、“数图”查询，实现图形管理与数据管理的一体化操作。2.3.3.6.1 基本查询1) 提交完整查询信息进行精确查询；2) 提交部分查询信息进行模糊查询。2.3.3.6.2 高级查询提供比基本查询更加强大的查询功能，具体包括：1) 支持丰富强大的条件运算符；2) 直观显示复杂的复合条件；3) SQL语言支持。2.3.3.7 统计分析2.3.3.7.1 自由报表系统应提供自由报表工具，利用该自由报表工具，用户既可以通过向导快速、方便地生成报表，也可以根据需要定制或修改报表的内容。用户可以任意选者报表的数据表、字段、内容、条件、图形、格式等，并实现存盘、打印等功能。使用时用户调用以前保存的格式报表或重新生成新的报表，其报表的数据部分，将在使用时根据数据库的实际内容动态更新。另外，属性数据的输出支持向EXCEL格式的自动转换。2.3.3.7.2 统计方法本系统主要考虑按以下条件对各类信息进行统计：1) 按变电站；2) 按线路；3) 按台区；4) 按设备运维单位；5) 地理区域；6) 按线路起止点。2.3.3.7.3 辅助分析除前述各种高级应用分析功能外，系统还应提供以下简易实用的分析手段：1) 表格结合图形的展示，包括结构图、趋势图、进度图等；2) 按层次关系的钻取分析；3) 按约束维度的旋转、切片分析等；4) 根据历史运行状态提供的故障预测和故障处理等。2.3.3.8 系统管理系统管理功能主要包括：1) 用户权限管理；2) 运行日志管理；3) 设备对象模型定义；4) 报表模板定义；5) 个性化用户操作环境设置；6) 运行方式管理：可任意设置模拟运行和在线运行等多种运行方式。2.3.4 系统接口要求2.3.4.1 与生产管理信息系统的接口本系统与生产管理信息系统的关系非常密切。在生产管理信息系统中，将包含有所有的在线的输变电设备及其所有的投运、缺陷、试验和维修等全面的资料，同时生产管理信息系统也提供了强大的设备运行管理功能和业务流程的流转功能，为此，关于设备维护和管理的具体工作，可在生产管理信息系统中完成，在本系统可以触发设备检修、缺陷、操作票、挂牌等生产管理动作，实现输变电设备检修、试验及运行等工作的流程化管理。而涉及到图形操作和网络拓扑分析等功能，如设备的定位、区域管理、停电分析等等，则可由本系统完成，同时本系统中部分拓扑分析的结果，也应该能在生产管理信息系统表现出来。由于在生产管理系统和本系统之间的交互比较多，为了保证两个系统之间的无缝连接，需要确定一个保证数据源的唯一性的方案。2.3.4.2 与雷电定位系统的接口雷电定位系统是广电集团公司下发的系统，主要实现实时雷击信息分析和历史雷击信息分析两方面功能。本系统主要需要从雷击定位系统中获取雷击时间、雷击位置（经纬度）和雷击电流极性等雷击信息，实现实时雷击信息的基于GIS显示和分析功能，例如雷击点在GIS图上的显示、自动搜索在雷击点影响范围内的输电线路及设备、自动给出抢修或巡查车辆的最佳路径分析等功能。2.3.4.3 与SC