Применение геоинформационных систем

Геоинформационная система (ГИС) — информационная система, предназначенная для сбора, хранения, обработки, отображения и распространения данных, а также получения на их основе новой информации и знаний о пространственных объектах и явлениях. Так как электрические сети являются сложным комплексом, имеющим существенное пространственное распределение, применение ГИС становится все более и более востребованным для решения различных практических задач в электроэнергетике.

В то же время, на сегодняшний день отсутствует четкое понимание, где и когда можно и целесообразно применять геоинформационные системы. Внедрение ГИС происходит с двух сторон. Со стороны разработчиков основной задачей становится разработка более мощных и совершенных систем, однако они редко учитывают конкретные, сиюминутные задачи элетроэнергетиков. Результатом такого стиля является появление дорогих, мощных корпоративных ГИС, в которые загружены терабайты данных, практическая польза от которых стремится к нулю.

Другой крайностью становится желание полностью удовлетворить частные пожелания электросетевых компаний, решить небольшими частями узкоприкладные задачи. Результатом становится внедрение нескольких систем (не только ГИС), которые плохо стыкуются, обмен данными затруднен даже в рамках одной организации, и дальнейшее развитие такого комплекса невозможно. В данной статье предлагается попытка обзора информационных задач в электроэнергетике с точки зрения пользователя –— начиная от планирования развития сетей, проектирования и заканчивая эксплуатацией и мониторингом.

Также приводится обзор информационных технологий, применяемых для решения этих задач, указывается место ГИС и тот круг вопросов, для которых ГИС могла бы стать центральным или прикладным инструментом решения. Далее выделим концептуальный перечень задач, требующих информационной поддержки.

Задачи обоснования (развития)

Анализ текущих потребностей по электроснабжению. Данная задача встает в том случае, когда в некотором территориальном (или структурном) районе уже существуют потребители электроэнергии, но их потребности либо не выполняются, либо выполняются неудовлетворительно (например, там уже имеется сеть электроснабжения, но она охватывает не всех потребителей, или ее эксплуатационные показатели не удовлетворяют потребителей — например, слишком мала мощность).

Оценка эффективности систем электроснабжения.

Данная задача возникает, когда имеется необходимость снижения эксплуатационных затрат.

Она имеет место при планировании изменения объемов энергопередачи, при планировании проведения долгосрочных изменений в структуре сети (например, при выводе участков на реконструкцию) и при планировании технического перевооружения. Прогноз экономического развития регионов, районов. Решение данной задачи необходимо для долгосрочной оценки изменения энергопотребления, его структуры.

Данный прогноз может показать необходимость создания сети электроснабжения в тех местах, где ее до сих пор не было (например, в малонаселенной местности разведаны значительные запасы полезных ископаемых), либо отказ от вложения средств в сети, охватывающие неперспективные районы. Обоснование необходимости реконструкции и развития. Решение данной задачи является завершением этапа. При обосновании учитываются текущие и прогнозируемые потребности в электроснабжении, текущее состояние сети и ее резерв, а также оцениваются ожидаемые эффекты от реконструкции или развития: экономические, социальные и экологические.

Задачи проектирования

Разработка вариантов реконструкции и развития.

На основе материалов первого этапа (обоснования) даются общие варианты проведения реконструкции, технического перевооружения или нового строительства и ввода нового оборудования.

Эти варианты создаются с учетом текущих и планируемых нагрузок, а также с учетом существующей ситуации (ближнего окружения электрической сети). Оценка вариантов с учетом ситуации.

В рамках этих задач оцениваются сметные стоимости реконструкции и развития по предлагаемым вариантам, а также экономический и технический эффекты (стоимость последующей эксплуатации, доходность, надежность и другие факторы).

Проектные изыскания.

 Задачи проектных изысканий проводятся как для нового строительства (изыскания площадок и трасс на местности), так и при реконструкции (в частности, испытания существующего оборудования, измерение реальных технических характеристик, замеры). Проектирование реконструкции, строительства и монтажа. Здесь производится собственно проектирование строительной части, выбор необходимого оборудования и линий с учетом местных факторов, расчет нормальных режимов с учетом суточных графиков нагрузок абонентов, выбор и расчет защит, контрольно-измерительного оборудования.

Результатом является проектная документация, необходимая для выполнения работ.

Проектирование нового регламента эксплуатации.

Здесь производится планирование способов и средств управления сетью, а также типовые процедуры по эксплуатации сети (периодичность осмотров, ремонтов и т.п.). Кроме того, рассчитываются различные типовые варианты функционирования (варианты резервирования, вывода объектов в ремонт, порядок перехода от одного электрического режима к другому). Результатом является документ — регламент эксплуатации.

Задачи сопровождения строительства

Планирование работ, графиков. Эти задачи являются типовыми при любом производстве работ и решаются в рамках классической теории сетевого планирования. Сюда включается временное планирование, планирование ресурсов. Кроме того, при проведении работ на большой территории необходимо решение транспортных задач и оптимизации планов с их учетом. Документальное сопровождение строительства, монтажа, реконструкции. Сюда входят такие задачи, как ведение журналов работ с указанием исполнителей и материалов, а также ведение документов (нарядов, накладных и т.п.). Независимый мониторинг. Сюда входят задачи оценки экологического воздействия процесса строительства или реконструкции на окружающую среду, а также отслеживание самого процесса. Контроль качества. При контроле качества встают задачи ввода и учета результатов испытаний, а также оценки этих результатов (как простой количественной, так и экспертной). Создание исполнительной документации. Создание исполнительной документации сопровождается внесением изменений в проектную документацию, документированием параметров объектов сети, проведением исполнительной съемки и паспортизации при наличии сильных отклонений от проектного решения.

Задачи управления эксплуатации

Периодический мониторинг технического состояния объектов.

В рамках данной задачи производятся осмотры, измерения параметров объектов и обновление их паспортов в информационной системе. При этом важно ведение «истории» по предыдущим значениям параметров для последующего ретроспективного анализа.

Отслеживаются изменения технологических схем.

Объекты и оборудование, выводимые в ремонт и вновь вводимые в эксплуатацию, должны своевременно соответствующим образом помечаться на схемах, планах и в каталогах. Оперативный мониторинг состояния сети. Данная задача особенно актуальна при оперативном диспетчерском управлении сетью. Здесь должны решаться следующие подзадачи: отображение нормальной и реальной схем сети, обновление реальной схемы сети по данным телеметрии (состояния коммутаторов, замеры в контрольных точках), отображение текущих параметров оборудования, его состояния (в работе, в ремонте, в резерве).

Периодический анализ технического состояния объектов сети.

В рамках данной задачи производится ряд расчетов.

Во-первых, это оценка износа и надежности оборудования по результатам испытаний и измерений с учетом динамики изменения характеристик.

Во-вторых, это расчет загруженности оборудования по данным расчетов режимов и данных о переданной за период мощности. В результате анализа и экспертной оценки возможно выявление «слабых мест».

Оперативный анализ состояния сети.

Эта задача необходима при оперативном управлении сетью. Сюда входят такие подзадачи, как выделение цветами подключенных и отключенных частей сети, абонентов, потерявших услуги в результате незапланированных отключений, расчет вариантов резервирования питания с учетом загрузки оборудования и требований надежности защит, расчет режима сети, расчет загрузки трансформаторов и линий по току и контроль превышения, анализ селективности работы защит, контроль и учет потерь в сети и в отдельных объектах, контроль и учет потребления электроэнергии абонентами.

Планирование регламентных и профилактических мероприятий.

Данная задача решается на основе результатов анализа технического состояния сети и требований регламента. Сюда входит составление перечня работ, формирование сетевых графиков с учетом ресурсов, транспортной доступности и сведений о порядке вывода объектов в профилактику и резервирования, формирование нарядов на производство работ, а также последующий контроль за их исполнением.

Оперативное управление сетью. Сюда включается весь комплекс телеуправления, а также оперативной связи между диспетчерами и бригадами.

Планирование ремонтно-восстановительных мероприятий.

Данная задача решается на основе сведений оперативного мониторинга и анализа состояния сети. Как правило, при экстренном планировании мероприятий производится оценка срочности среди необходимых работ, расчет оптимальных маршрутов движения, транспортной доступности и сведений о порядке вывода объектов в профилактику и резервирования, формирование нарядов на производство работ, а также последующий контроль за их исполнением.

Документальное сопровождение эксплуатации.

Сюда относятся задачи ведения документов: хранения, структурирования, передачи по различным этапам документооборота, а также составление отчетов, ведомостей работ, учет расходования средств, отчеты по движению оборудования и вводу/выводу объектов и оборудования в эксплуатацию.

Периодический анализ общего состояния сети и необходимости модернизации. Данная задача предусматривает комплексный анализ состояния сети: частоту аварий, отключений, перегрузок, процент потерь энергии, надежность оборудования, соответствие режима качества требованиям абонентов, прогноз дальнейшего состояния сети при отсутствии модернизации, реконструкции или развития. На основе данного анализа принимается решение о необходимости начала работ по обоснованию необходимости реконструкции, модернизации или развития сети.

Обоснование затрат на содержание.

Данная задача включает в себя оценку остаточной стоимости оборудования и объектов сети, оценку объемов ремонтов на предстоящий период, нормативную оценку объемов объектов и оборудования, а также анализ местных факторов (климат, местность и т.п.). Исходя из этих расчетов, составляются предварительные сметы на содержание сети.

Задачи контроля и учета

Мониторинг состояния.

Данная задача включает в себя отслеживание изменений технического состояния объектов и оборудования сетей, а также ее ближнего окружения, учет воздействия на окружающую среду.

Паспортизация объектов сети.

Данная задача включает в себя сбор данных по трассам линий (координаты, провис, марки опор, проводов, тросов и т.п.), станциям и подстанциям (координаты, планы, схемы основных, вторичных и сигнальных цепей, марки и технические характеристики оборудования), а также внесение информации по кадастровым делам, сведения о прошедших ремонтах, неисправностях.

Анализ эффективности эксплуатации.

Эта комплексная задача включает в себя расчет реальных затрат на эксплуатацию (расход материалов, стоимость работ по содержанию сети, убытки от аварий, убытки от технических и коммерческих потерь), снижение остаточной стоимости сетей, а также соотнесение этих затрат с поставленными целями (получение прибыли, обеспечение выполнения сетями своего назначения, способствование экономическому и социальному развитию).

Оценка остаточной стоимости и износа.

Данная задача заключается в расчете износа оборудования и объектов с учетом проведения мероприятий по ремонту и реконструкции, а также с учетом сведений об авариях, количестве прошедших циклов переключений с учетом влияния перегрузок, наблюдавшихся на оборудовании. Исходя из износа, рассчитываются многие показатели, в том числе и остаточная стоимость, а также формируются долгосрочные планы замены и модернизации оборудования.

Базовые информационные технологии и их применение

Естественно, что решение всех информационных задач не сводится к одной или двум информационным технологиям. Существенная разноплановость задач приводит к тому, что необходимо четко вычленить их составные части и привести базовые информационные технологии, необходимые для их решения. Под термином «базовая информационная технология» будем понимать определенный класс программных продуктов, необходимый для реализации того или иного элемента задачи. Речь идет о специализированных программных комплексах, в которых реализованы готовые решения ряда задач, и об их компонентах — например, системах управления базами данных, системах подготовки чертежей и т.п.

Кроме приведенных базовых технологий, используется большое число прикладных средств (ПС).

Специализированные системы разрабатываются для комплексного решения той или иной задачи и могут также использовать ту или иную комбинацию этих технологий. Рассмотрим, какие технологии необходимы для решения перечисленных задач. Как видно из данной таблицы, практически каждая задача требует совместного использования нескольких технологий.

Системы управления базами данных необходимы в 18 случаях, геоинформационные системы – в 17 и так далее. Конечно, здесь идет речь о широте круга решаемых задач, а не о том, «какая система важнее». Исходя из этого, можно сказать, что геоинформационные технологии являются очень актуальными для решения информационных задач электроэнергетики. Так как геоинформационные системы интегрируют геометрические данные и данные из СУБД, то применение этих технологий становится просто необходимым.