概 要：本篇基于稳定运行达 15 年之久的配网地理单线图运维案例，严谨推论通用 GIS、关系型数据库广为采用的“图数分离”、“点线拓扑”及闭合、连续的图数建模技术，并不适合配网基础图数管理的实际需求，进而提出“目录图层”、“属性块”、“电网折扇”等静态图数建模新方法。这一简单易行的地理单馈线图数模型，完全吻合实际生产场景，能被基层外线工熟练掌握，还能完整诠释电网“分层分区”、“网络重构”等系统图数管理基本原理。
静态图数是电力系统设计、安装、运维、监控等全过程业务管理的基础，发、输、变、营、配、调等相关部门，都有一整套行之有效的规范标准，来组织、运维、更新、监控各自的基础图数。在计算机图数监控技术日益普及的今天，这些规范标准都被完整移植到信息化图数监控平台，大都获得较好的应用口碑。比较意外的是，配网领域研制开发近
20 年的电网 GIS 静态图数管理系统，至今达不到让配电线路工放手使用的预期效果。通用
GIS“手工绘制图形始终存在图模不一致的隐患，系统逻辑接线图的修改维护工作量大且出错概率高”[1]。繁杂、抽象、海量的“点线拓扑”、“图数关联”等手动操作过程，更给配网实际使用人员增添巨额负担。“界面混杂、响应迟缓、图数难符、图实难符”等弊端得不到有效控制，最常用的线、变“网络重构”[2]
无法及时同步。馈线线损、停电预告、资产管理等关键性业务，缺乏高效、简捷、可靠的技术保障，配网图数成了营配（调配、输配、变配）贯通“最后一公里”的技术瓶颈。
源自变电所树状分支、点状辐射的配网馈线，地理平面上沿布总是曲折无序、相互交叉，变电所附近更拥挤得像是“一团乱麻”（图例 1）。
图1 变电所出线实际沿布图
仔细剖析“一团乱麻”似的配网地理沿布图，它们每条馈线的等值电路十分简单，电气模型就是R-L
串联电路，几何模型就是源自变电所、带有树状分支的一条射线。“一般情况下一条馈线供电范围大致呈扇形”
[3]，它们的静态图数拓扑模型就是扇形地理单馈线系统图。出现“一团乱麻”界面的实际需求，是按变电所汇总、统计线、杆、变等属性参数，不会同时要求理清它们的几何模型。
图2 地理单线图
曾被称作桌面
GIS 的图例 2 界面，没有采用过任何“点线拓扑”、“图数关联”等手段，线、杆、变等属性参数已封装成类似图形符号
--“属性块”[4]，遵循“绘图即编码、看图即查询”的“图形编码”原理
[5]，只在地理平面上进行简单、直观的绘图、标注、存储等操作。这一“图数合一”的配网地理单馈线，完全吻合实际生产场景，并在失去开发商技术支撑的背景下，可靠运行达
15 年之久。类似于“路网节点”建模方式，基于闭合蜂窝六边形地理节点编码的通用GIS，将“一团乱麻”中诸多分支接点、分段（联络）开关，乃至杆塔附着设备都视作电气图数节点，除了必须在地理区块上准确定位外，还得再来一遍繁杂、抽象、海量的“点线拓扑”过程，才能从“一团乱麻”界面转换出横竖平直的馈线结构（运方）图。这是混淆了“路网节点”与“电气节点”的本质区别，配网单线图的“电气方向”只有一个：电源侧指向受电侧；“电气节点”也只有一个：变电主接线图中的馈线开关。线路联络开关只有配合其他开关的分合，才能算作半个“电气节点”。无论是图例
2 案例模型或是相关电气规范，都可以证明：配电线路所有设备的地理定位是必须的，“点线拓扑”并非必须。一直套用
GIS“点线拓扑”技术，除了系统自身原因外，还源自对图例 3 横竖平直配网结构（运方）图及其相关规程的误读。图例 2 与图例 3
的电气拓扑意义完全等价，图例 2 足够满足配网运行管理的日常需求，图例 3
是对诸多配网馈线的逻辑概括，并没有实际运维操作意义，只作为整体配网结构考评、改造的指导性目标。
图3 单环配网结构示意图 [2]
（三）目录图层
确保地理单线图所有点线设备及其参数，具有统一的归属性、连通性、方向性，完全可以用简单的“目录图层”理念来代替繁杂的“点线拓扑”。通用 GIS 也有类似的“图层”理念，但局限于可见界面，无法扩展到海量级的配电网络。图例 2 是将“图层”映射到计算机硬盘上的文件目录，以变电所为根目录（电气节点），分散存储各自所属的地理单线图文件，随时等待按需调用。
无论是单环或双环结构，“开环辐射运行”[6]是我国配网技术规范，十有八九的图数运维监控过程都是面对类似的图例 2 界面。配电线路工现场核对设备位置时，才需要叠加、拼接对应的地理背景图。图例 2 是将日常运维操控过程，限定在预设的图数拓扑平面，并取代了所有点线手动拓扑操作。
图4 电网折扇
图例 4 就是图例 2 配网地理单线图图数拓扑模型 --“电网折扇”，界面省略了杆塔、配变、开关、分支线等具体点线图符及其属性参数。源自变电所的扇形电气平面（X-Y 平面）是可叠加、可延伸、可穿越的，沿着 Z 轴方向可以“透明叠加”无限层电气平面。
“电网折扇”同时也是地理投影带模型，Z 轴方向的最后一层就是地理投影平面，即具有行政法规性质的地理投影带—高斯克吕格地理投影带。涉及地理测绘专业，不再展开说明。
“电网折扇”模型是将海量（无限）的、不连续的“电气平面”-- 地理单线图，作为图数建模的必要条件；地理投影带及其众多地理分幅图，只作为单线图的投影背景（充分条件）。按照“电网折扇”进行图数建模的地理单线图（图例 2），配网运维人员只有地理定位、属性标注、图数存储等简单直观的操控过程，不会再有“点线拓扑”、“图数关联”等复杂、抽象的手动操作要求，也就杜绝了各类逻辑错误。
图例5输变电网络
现行 GIS 都 会 将 图 例 5 误 读 为 由 35KV、110 KV、220KV、500KV 四层电压结构（分层），透明叠加在县级地理区域（分区）之上，并关闭了所有地理图层。其实，它只是在“电网折扇”平面，一次性按需叠加三十几条（层）输电单线图。通用
GIS 是将闭合蜂窝六边形地理分区作为必要条件，与地理区块相关的其他行业图数规范，只作为充分条件。换而言之，通用 GIS
的图数模型是“分区分层”：它的“电气分层”界面是有限的，闭合蜂窝六边形地理分区则是无限的。“电网折扇”的“分层分区”模型与之相反：“地理分区”是有限的，全国工程测绘精度的
1.5
度地理投影带也只有二十二个。作为配网最基本运行管理单位的每个县级供电公司，其所辖的配网设备肯定处在同一地理投影带，但高低压地理单线图可以是无限层的。 通用
GIS 理所当然地将配网接线图作为“一层”拓扑结构，叠加在图例 5
输变电网络界面，必然出现“一团乱麻”的人机界面。这违背了电力系统最基本规范：“系统可以看成是用一个假想面将其与环境和外部系统分开”
[7]，这一“假想面”就是指输配电地理单线图或变电主接线图，还应包括所有属性参数。“分层分区”原本是电力系统稳定运行的规范导则：“将不同规模的发电厂和负荷接到相适应的电压网络上（分层），形成一个供需基本平衡的区域（分区）”
[8]，主要涉及继电保护、短路电流等电网动态图数结构。“分区分层”的通用GIS 混淆了这一针对输变电动态图数的关键描述，一直误将 10KV
及以下配电网络视作“一层”拓扑结构，自然会衍生出繁杂的“点线拓扑”手动操作，来满足配网单线图管理需求。
配网静态图数还具有独特的“网络重构”需求
:伴随线路联络开关分合操作，两条联络馈线所有点线设备、属性参数的归属性、连通性、方向性都随之发生变化。通用 GIS
的图形界面，同一区块、毫无电气关系的馈线设备混杂显示。抽象关联的关系型数据库界面，面临日常“网络重构”需求，所属变电所、所属馈线等主索引关键字段又得逐一手动同步，各类逻辑错误随之产生，“界面混杂、响应迟缓、图数难符、图实难符”等弊端恶性循环。图例
2
模拟了两条有联络关系的馈线，按照实际需求进行“网络重构”操作。由于采用“图数合一”的建模手段，繁杂、抽象的“网络重构”理念，简化为单一、直观的图数文件叠加、另存操作，能够实现图数“一键同步”期望。所属变电所、所属馈线关键字段的本质含义，就是接线图理念。输变电也有类似的“网络重构”变动，例如变电所母分开关闭合操作，输变电主接线（网络）同样发生变化，但所属变电所这一关键图数特征并没有改变，无需在抽象关联的关系型数据库界面，进行手动同步操作。通用
GIS
的“分区分层”、“图数分离”等图数建模技术，在分布稀疏、少有变动的输变电专业尚能达到实用化效果，但在分布密集、变动频繁的配网领域，这一图数建模的系统缺陷显露无遗。
配网 GIS 的实用效果长期令人困惑，系统设计人员大都简单归咎于使用者的技术素养、工作责任心、部门协同能力等人为因素，乃至将图数运维整体外包。这是在回避转嫁矛盾，导致配电网基础图数管理的熵增效应日益尖锐。
简单可靠的“电网折扇”图数模型，真正集图、数、模于一体，完全吻合配网实际运维场景。使用者也无需特殊技能要求，就可在“电网折扇”界面，完成设计安装、运维调控等全过程业务流程。转变理念意味着技术突破，与通用 GIS 大相径庭、且已自主运维近二十年的基础图数案例，还能为“数据一个源、电网一张图、业务一条线”[9] 电力物联网建设目标提供原始参考模型，继而迭代完善、推广应用。
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