Хомич О.В., ТОО «Казахстанский центр геоинформационных систем»,
г. Астана, Казахстан, e-mail: oksanah@gis-center.kz, Web: www.gis-center.kz
GIS for the management of power supply networks infrastructure in Kazakhstan
В статье описываются основные этапы выполнения проекта по электроэнергетике – новой для Казахстана отрасли внедрения ГИС. До этого энергетика здесь была широко представлена только разработками для нефтегазовой промышленности.
Введение
Прогрессивным направлением применения информационных технологий является внедрение геоинформационных систем (ГИС) в различных прикладных областях. В 2011 г. стартовал проект создания «ГИС объектов электрических сетей», его заказчик – Акционерное общество «Казахстанская компания по управлению электрическими сетями» (Kazakhstan Electricity Grid Operating Company, далее АО «KEGOC»). Проект разрабатывается для целей визуализации и анализа современного состояния и вариантов развития электросетевых объектов на территории Республики Казахстан, причем находящихся в балансовой принадлежности не только АО «KEGOC», но и сторонних организаций. От применения нового ИТ направления – геоинформационных систем – Заказчик ожидает получить ряд важных преимуществ. Но, естественно, возник и ряд вопросов и задач, от быстрого и грамотного решения которых в значительной степени зависела эффективность использования «нововведений».
Как все начиналось
Одной из первостепенных задач проекта являлись работы по паспортизации электросетевых объектов. Под объектами электрических сетей подразумевались воздушные линии электропередачи (далее ВЛ) и подстанции (далее ПС). При этом наиболее трудоемкой частью работы были ВЛ, насчитывающие десятки тысяч элементов только для одной составляющей (опоры). Без использования соответствующего программного обеспечения, позволяющего автоматизировать процесс создания баз данных по схемам, паспортным и электрическим параметрам, эффективно решить задачу паспортизации электросетевых объектов практически не представлялось возможным.
Традиционно, инвентаризация электросетевых объектов с ручной проверкой и уточнением параметров и схем, хранящихся в многочисленных разрозненных материалах и документах (бумажных и электронных), превращается в мучительную кропотливую работу, требующую значительных затрат труда и времени и сопряженную с рядом ошибок и неточностей. Для оптимизации и ускорения процесса на данном этапе проекта были созданы специализированные модули для сбора и структурирования накапливаемых данных по ВЛ и ПС в мини-базы (access) с целью их последующей конвертации в «серьезную» СУБД (рис. 1).
Рис. 1. Модули сбора данных.
Автоматизируя процесс паспортизации электросетевых объектов и создания баз данных, мы тем самым создали информационную основу для последующего решения целого ряда задач, в которых эти данные необходимы.
Превращение бумажных «материй» в электронные карты
Рутинная работа на проведении инвентаризации не закончилась. Нас ждал не менее кропотливый труд: сбор и структуризация ведомостей координат электросетевых объектов, перевод бумажных носителей в электронный вид. Работы по векторизации данных осуществлялись посредством профессиональных программных средств ArcGIS, Easy Trace.
Было принято решение в качестве базового картографического материала использовать цифровую общегеографическую карту территории Республики Казахстан М 1:1000 000. В ее состав вошли следующие векторные слои: административно-территориальное деление, гидрографическая сеть (водоемы, водотоки, источники), гидротехнические сооружения, автодороги, пути и транспортные сооружения, железные дороги и сооружения (при железных дорогах), населенные пункты (поселения), грунты, растительный покров, рельеф местности (рис. 2).
Рис. 2. Фрагмент базовой карты, формат ArcGIS.
Бумажные носители (схемы, ведомости координат) послужили для создания специализированных слоев: воздушные электрические линии, волоконно-оптические линии связи (ВОЛС), подстанции и электростанции (ТЭЦ, ГЭС), опоры, муфты, необслуживаемые усилительные пункты (НУПы), а также база геоданных по климатическим условиям, включая районирование при гололеде, ветре, грозах (рис. 3).
Рис. 3. Фрагмент специализированной карты, формат ArcGIS.
Свершилось
Колоссальный труд был проделан, мы получили атрибутивную и пространственную «чудо-базу» данных по электросетевым объектам. Теперь, для консолидации всей имеющейся информации нам также помогут ГИС!!! Главная отличительная особенность ГИС состоит в том, что они позволяют осуществлять паспортизацию активов с привязкой любых графических объектов (схем, карт) к профессиональным электронным географическим картам различного масштаба, выполнять различные пространственные запросы к созданным геоинформационным базам данных. То есть пришла пора приступить к творчеству – к проектированию нашей будущей ГИС объектов электрических сетей.
Рождение ГИС
База данных ГИС по объектам электрических сетей была разработана в СУБД Oracle, в ее состав вошли следующие основные таблицы:
- организационные и территориальные данные;
- аварийные отключения;
- паспорта электросетевых объектов (ВЛ, ПС);
- нормативно-справочная информация (типы, виды, марки, классы оборудования, опор, местности);
- характеристики оборудования;
- информационно-графические связи (отношение ВЛ к МЭС, ВЛ к ТЭС, опоры к ВЛ, оборудования к ПС, опор к переходам) и т.д.
Архитектура системы была организована согласно структуре организации производственной деятельности АО «KEGOC». Было принято решение построить ГИС объектов электрических сетей по территориально-иерархическому принципу: консолидация данных в центре, на едином корпоративном сервере АО «KEGOC», с возможностью организации рабочих мест для администрирования, редактирования и просмотра атрибутивных и пространственных данных через Web-интерфейс (рис. 4).
Рис. 4. Общая архитектура ГИС АО «KEGOC».
Набор необходимых функций ГИС предопределил выбор программной ГИС-платформы, в арсенале которой присутствовал бы набор элементов серверной и клиентской составляющих для формирования корпоративной геоинформационной системы на базе Web-решения. Естественный выбор пал на настольные и серверные продукты компании Esri: ArcGIS for Server Enterprise (Standard) и ArcGIS for Desktop Standard (ArcEditor).
Применение ArcGIS for Server Enterprise уровня Standard позволило организовать устойчивую серверную платформу для создания корпоративной геоинформационной системы, позволяющей хранить, управлять, публиковать геоданные и созданные карты в среде Internet, организовать к ним удаленный многопользовательский доступ. Для эффективного управления и редактирования данных, находящихся на сервере, для создания правил пространственного поведения объектов через топологию данных, а также под задачи организации АРМ администратора ГИС достаточной функциональностью обладает ArcEditor.
В качестве «клиентов» ГИС были предусмотрены рабочие места множества пользователей, ориентированных на выполнение:
- функций, обеспечивающих создание, управление единой базой данных, аутентификацию пользователей;
- функций просмотра и анализа данных, контроля за их наполнением и достоверностью, подготовки отчетов, иллюстраций и бумажных копий фрагментов пространственных данных, закрепленных за «читателями» и аналитиками геоинформационной системы.
Клиентская часть использовала стандартные средства Internet-браузера для работы в среде Web.
Аппетит приходит во время еды
Чем более ясной становилась картина проекта «ГИС объектов электрических сетей» для Заказчика, тем труднее было остановить мчащийся на всех парах его «поезд желаний». Но всё же здравый смысл восторжествовал (был учтен лимит времени, предусмотренного для завершения проекта), и функционал системы был определен.
На данный момент ГИС KEGOC представляет собой портальное решение с удобным пользовательским интерфейсом (рис. 5). Главная страница ГИС-портала состоит из трех основных разделов: Каталог объектов, Карта, Легенда.
Рис. 5. Интерфейс ГИС АО «KEGOC».
Раздел «Каталог объектов» предназначен для работы с атрибутивной информацией по электросетевым объектам и имеет непосредственную связь с разделом «Карта». Информация в разделе представлена в удобном каталогизированном виде согласно характера принадлежности собранных данных, а именно в разрезе курирующих территориальных организаций («Межсистемные электрические сети», «Территориальные электрические сети») и габаритов. В разделе представлен ряд пиктограмм для выполнения основных функциональных задач проекта (рис. 6).
Рис. 6. Раздел «Каталог объектов» (фрагмент).
Просмотр паспорта объекта – при выборе данной функции имеется возможность отображения сокращенной и развернутой формы «Паспорт объекта». Паспорт содержит ряд подразделов, отвечающих за основные и технические характеристики объекта. В их состав входит перечень атрибутивной и графической информации в виде карт, схем: схемы линии электропередач, схемы расположения проводов и грозозащитных тросов и расстояния между ними на опоре, схемы фазировки.
«Отобразить на карте» – при выборе данного инструмента автоматически осуществляется приближение карты к выбранному из каталога объекту и его «подсвечивание» с отображением информации по объекту (рис. 7).
Рис. 7. Отображение объекта в разделе «Карта».
«Отключить ВЛ» – функция предусмотрена для осуществления аварийного отключения выбранного объекта, в частности ВЛ. При активации данной пиктограммы осуществляется вызов диалогового окна «Паспорт отключений» для внесения причин и характеристик отключения. После ввода необходимых данных и подтверждения отключения выбранный ВЛ-объект (линия) на карте отображается красным цветом. Все факты отключений фиксируются в Журнале аварийных отключений, который можно просмотреть посредством пиктограммы «Каталог отключений ВЛ» (рис. 8).
Рис. 8. Фрагмент «Паспорта отключений».
«Каталог отключений» – функция предназначена для формирования и просмотра отчетных форм: «Перечень аварий на линиях электропередач 1150-110 кВ, находящихся в балансовой принадлежности АО KEGOC», «Классификация и количество отключений», «Сводный отчёт по аварийным отключениям на линиях электропередач 1150-110 кВ», «Справка об аварийных отключениях ВЛ АО KEGOC».
«Фильтр данных» – функция предназначена для формирование отчетных форм в разрезе балансовой принадлежности и габаритов объектов электрических сетей.
Функция «Диаграммы» – позволяет формировать различные диаграммы по количественным и качественным характеристикам объектов АО KEGOC» (рис. 9).
Рис. 9. Пример формирования диаграмм.
Раздел «Карта» предусмотрен для визуализации пространственных объектов на карте. Он также содержит инструментальную панель для осуществления операций с пространственными данными, включая командные кнопки и элементы навигации: приближениеотдаление области на карте, ручное перемещение по карте, отображение всей карты в экстенте окна раздела «Карта», отображение предыдущегоследующего вида карты, отображение выбранного фрагмента в отдельном окне, идентификация объектов на карте, измерение расстояния, ориентирование по расположению объектов на карте (миникарта) (рис. 10).
Рис. 10. Пример визуализации в разделе «Карта».
Раздел «Легенда» предназначен для управления слоями цифровой карты. Каждый из слоев соответствует определенному виду объектов, изображенных на карте, и имеет свои условные обозначения, показанные на панели легенды. Отображение слоя и, соответственно, объектов на карте регулируется при помощи включения или сброса флажка слева от названия слоя (рис. 11).
Рис. 11. Интерфейс раздела «Легенда».
Перечисленные возможности ГИС АО KEGOC» отражают начальный этап формирования полноценной масштабной многофункциональной геоинформационной системы АО «Казахстанская компания по управлению электрическими сетями».
Вперед и только вперед
В планах на ближайшую, уже реализуемую, и более отдаленную перспективу развития ГИС АО KEGOC предусмотрено решение следующего ряда задач:
- Автоматизация работы технических служб.
- Автоматизация работы диспетчерской службы (контроль электроэнергии, контроль переключений для профилактики или реконструкции).
- Автоматизация работы технической службы (ведение истории профилактики или реконструкции объектов, планирование мероприятий по обслуживанию объектов, расчет маршрутов).
- Автоматизация работы аварийных бригад (оперативное выявление аварийных участков, расчет ресурсов для локализации аварии, выдача рекомендаций по локализации аварийных участков).
- Сбор и отображение информации: сбор и отображение оперативных технических данных с действующих АСУ (SCADA), отображение данных распределения нагрузки/перегрузки сети и ее участков, сбор технико-технологических, экономических, производственных и прочих данных (MES, ERP).
- Анализ оперативных технических данных (текущее техническое состояние электротехнических объектов, расчет зоны покрытия).
- Анализ производственных показателей (соответствие производственных показателей требованиям и нормам (планируемые/фактические), расчет потребления по регионам (планируемые/фактические), расчет нагрузки по объектам, зонам, линиям).
- Ситуационное моделирование (моделирование нагрузки при работе в различных режимах, моделирование увеличения/уменьшения производственных мощностей, моделирование процессов профилактики и реконструкции, моделирование аварийных ситуаций, выявление зон обесточивания при аварийных ситуациях, моделирование новых электросетевых объектов).
- Прогнозирование (прогнозирование нагрузки при работе в различных режимах, прогнозирование работы в зависимости от внешних факторов (времени года, метеоусловий и др.), прогнозирование ресурсов (времени, материалов, трудовых ресурсов) при профилактике и реконструкции, прогнозирование аварийных ситуаций, выявление «узких» мест (участков, подверженных риску аварий), прогнозирование ресурсов для локализации аварий, расчет времени реагирования, расчет маршрутов, прогнозирование ресурсов при создании новых электросетевых объектов).
- Планирование мероприятий (по профилактике/реконструкции, по обеспечению надежности системы, планирование системы обеспечения безопасности, планирование оперативного резерва (резерв мощности, имеющийся в наличии для замены первичного и вторичного регулирования частоты после аварии), планирование резерва замещения (резерв мощности для замены краткосрочного выхода из строя генерирующей установки или долговременного отсутствия генерации, которая не может быть восстановлена из первичного источника).
Выводы
Созданная Геоинформационная система АО «Казахстанская компания по управлению электрическими сетями» (АО KEGOC) является основой для решения комплекса задач по управлению и эксплуатации электросетевых объектов на территории Республики Казахстан.
ГИС АО KEGOC является эффективным средством для паспортизации объектов электрических сетей, что является важнейшей задачей переходного периода от регулируемого к конкурентному рынку электроэнергии, от централизованного управления объектами электрических сетей к реформированной их структуре.
Создание ГИС АО KEGOC является одним из важнейших этапов перехода от традиционной (бумажной) инвентаризации объектов, оборудования электрических сетей к развертыванию и применению полномасштабной корпоративной ГИС для автоматизации процесса.
Экономическая эффективность создания и эксплуатации ГИС напрямую зависит от количества и качества состыкованных в проекте функциональных задач (что предусматривает дальнейшее развитие системы).
Процесс поддержания работоспособности и актуальности ГИС АО KEGOC полностью зависит от принципиального подхода Заказчика к эксплуатации полученных результатов и развитию данного проекта.
