輸電線路防災(zāi)減災(zāi)分析預(yù)警研究及應(yīng)用

張宗鈺+魏濤

【摘 要】搭建輸電線路全景地理信息平臺(tái)，建設(shè)一個(gè)輸電線路防災(zāi)減災(zāi)預(yù)警分析系統(tǒng)，以便于對(duì)輸電線路各種運(yùn)行狀態(tài)信息及氣象信息進(jìn)行收集、整理和分析，并由相應(yīng)模塊進(jìn)行診斷，及時(shí)地處理各種安全隱患，對(duì)自然災(zāi)害進(jìn)行提前預(yù)警，提高輸電線路運(yùn)行的安全性和可靠性。開(kāi)發(fā)氣象災(zāi)害分析預(yù)警模塊，實(shí)現(xiàn)輸電業(yè)務(wù)信息、氣象監(jiān)測(cè)信息、地理信息的交叉分析，挖掘氣象數(shù)據(jù)在線路運(yùn)行業(yè)務(wù)中的預(yù)警應(yīng)用功能；開(kāi)發(fā)災(zāi)情分析模塊，為災(zāi)害決策制定提供現(xiàn)場(chǎng)第一手資料，輔助及時(shí)制定搶修方案和有效進(jìn)行調(diào)度指揮，確保減災(zāi)抗災(zāi)和應(yīng)急搶修工作的快速順利開(kāi)展。

【關(guān)鍵詞】氣象信息；預(yù)警；防災(zāi)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0 引言

一個(gè)優(yōu)良的區(qū)域電網(wǎng)防災(zāi)減災(zāi)管理系統(tǒng)必須建立在一套運(yùn)行良好的電網(wǎng)信息系統(tǒng)之上。當(dāng)前，國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的進(jìn)步，推動(dòng)了電網(wǎng)的快速發(fā)展。隨著電網(wǎng)建設(shè)逐步完善，越來(lái)越密集、越來(lái)越復(fù)雜的電力設(shè)備網(wǎng)絡(luò)被搭建，這就要求電力企業(yè)對(duì)其龐大而繁雜的信息進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、分析和快速處理，傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)已無(wú)法滿足電網(wǎng)的建設(shè)和安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求。因此，建立一個(gè)基于地理信息平臺(tái)適合運(yùn)行維護(hù)管理220kV及以上輸電線路的智能化系統(tǒng)是很必要的。該項(xiàng)目基于建設(shè)一個(gè)輸電線路防災(zāi)減災(zāi)預(yù)警分析系統(tǒng)，以便于對(duì)輸電線路各種運(yùn)行狀態(tài)信息及氣象信息進(jìn)行收集、整理和分析，并由相應(yīng)模塊進(jìn)行診斷，及時(shí)地處理各種安全隱患，對(duì)自然災(zāi)害進(jìn)行提前預(yù)警，提高輸電線路運(yùn)行的安全性和可靠性。

1 系統(tǒng)概述

輸電線路運(yùn)維工作可分為三類，第一類是對(duì)輸電線路的監(jiān)測(cè)，并對(duì)可能發(fā)生的線路災(zāi)害進(jìn)行防護(hù)和預(yù)警，第二類是輸電線路日常運(yùn)維工作的開(kāi)展，包括線路的巡視、檢測(cè)、檢修、技改等工作，第三類是輸電線路相關(guān)工作的反饋和評(píng)估，為各項(xiàng)工作的改進(jìn)提供數(shù)據(jù)理論支撐。這三類工作會(huì)成為運(yùn)維指揮中心系統(tǒng)今后的發(fā)展方向，而輸電線路防災(zāi)減災(zāi)分析預(yù)警系統(tǒng)的搭建正是為了更好的實(shí)現(xiàn)輸電線路運(yùn)維工作中的災(zāi)害防護(hù)和預(yù)警的功能。

輸電線路防災(zāi)減災(zāi)分析預(yù)警系統(tǒng)將基于目前現(xiàn)有系統(tǒng)建設(shè)成果，利用多源狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)建立一體化綜合監(jiān)測(cè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)線路狀態(tài)信息、環(huán)境氣象信息和二維全景地理信息平臺(tái)的集中化分析處理與展示，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)信息和環(huán)境氣象信息相結(jié)合的災(zāi)害預(yù)警與監(jiān)測(cè)功能，能夠根據(jù)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)與抗災(zāi)能力的差異化評(píng)估和智能化預(yù)警，提早做好相關(guān)災(zāi)害的防范措施。防災(zāi)減災(zāi)分析預(yù)警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理流程按照數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)應(yīng)用4 個(gè)階段層次依次進(jìn)行。數(shù)據(jù)提取是該流程的基礎(chǔ)，從輸電線路現(xiàn)有的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)被加載到數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中，主要完成生產(chǎn)管理系統(tǒng)、雷電定位系統(tǒng)、覆冰監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等生產(chǎn)運(yùn)行及業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)各種實(shí)時(shí)信息的匯集和傳輸，成為之后數(shù)據(jù)深入挖掘的基礎(chǔ)。預(yù)警分析集合了數(shù)據(jù)分類和數(shù)據(jù)分析2個(gè)數(shù)據(jù)處理階段，先將各類分布的數(shù)據(jù)源中的數(shù)據(jù)根據(jù)數(shù)據(jù)的功能和特點(diǎn)進(jìn)行篩選，分類和集成，然后在各類子區(qū)塊中選擇相應(yīng)的專業(yè)處理軟件實(shí)現(xiàn)分析功能。風(fēng)險(xiǎn)判斷和輔助決策都屬于數(shù)據(jù)應(yīng)用階段，經(jīng)過(guò)分析的數(shù)據(jù)會(huì)根據(jù)其涉及到的狀態(tài)進(jìn)行各種功能的展示，包括了各種風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)警、防范措施、應(yīng)急預(yù)案、綜合治理方案等。通過(guò)這樣一個(gè)完善的防災(zāi)減災(zāi)分析預(yù)警系統(tǒng)加強(qiáng)了對(duì)輸電線路實(shí)時(shí)狀態(tài)的監(jiān)控、對(duì)信息數(shù)據(jù)的診斷和優(yōu)化，較為全面、精細(xì)地為輸電線路運(yùn)行檢修人員展現(xiàn)了電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，并給出相應(yīng)的監(jiān)視預(yù)警、分析統(tǒng)計(jì)、故障診斷、輔助決策等方案，使電網(wǎng)更加安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、高效的運(yùn)行。

2 研究?jī)?nèi)容

2.1 主要研究要點(diǎn)

結(jié)合貴州省輸電線路運(yùn)行管理工作的需求，確定新一代輸電線路防災(zāi)減災(zāi)分析預(yù)警系統(tǒng)的需求方案、概要設(shè)計(jì)方案及詳細(xì)設(shè)計(jì)方案。確定與信息平臺(tái)的接口，并編制相應(yīng)的軟件包，實(shí)現(xiàn)信息平臺(tái)上的生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)、在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)接入；搭建輸電線路全景地理信息平臺(tái)，開(kāi)發(fā)氣象災(zāi)害分析預(yù)警模塊，實(shí)現(xiàn)輸電業(yè)務(wù)信息、氣象監(jiān)測(cè)信息、地理信息的交叉分析，挖掘氣象數(shù)據(jù)在線路運(yùn)行業(yè)務(wù)中的預(yù)警應(yīng)用功能；開(kāi)發(fā)災(zāi)情分析模塊，為災(zāi)害決策制定提供現(xiàn)場(chǎng)第一手資料，輔助及時(shí)制定搶修方案和有效進(jìn)行調(diào)度指揮，確保減災(zāi)抗災(zāi)和應(yīng)急搶修工作的快速順利開(kāi)展。

（1）電網(wǎng)防災(zāi)減災(zāi)現(xiàn)狀調(diào)研

針對(duì)貴州省地理、地質(zhì)特征調(diào)研分析本地區(qū)多發(fā)的自然災(zāi)害，總結(jié)各類典型災(zāi)害的成災(zāi)因子及形成過(guò)程，對(duì)電網(wǎng)造成的影響，一般防范措施，挖掘電網(wǎng)防災(zāi)減災(zāi)業(yè)務(wù)需求，重點(diǎn)研究地質(zhì)、山火、覆冰、雷電、大風(fēng)等災(zāi)害情況發(fā)生時(shí)，如何有效利用現(xiàn)代化信息技術(shù)有效地預(yù)報(bào)、監(jiān)測(cè)災(zāi)情，如何利用有限的資源，提高電力企業(yè)對(duì)應(yīng)急事件快速反映和抗風(fēng)險(xiǎn)能力。

（2）氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)接入要求

氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)覆蓋范圍為貴州省全境，應(yīng)至少包括一般氣象要素監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、突發(fā)性災(zāi)害天氣警報(bào)數(shù)據(jù)、森林火險(xiǎn)氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；一般氣象要素獲取時(shí)間間隔應(yīng)為逐小時(shí)，突發(fā)災(zāi)害天氣警報(bào)數(shù)據(jù)獲取時(shí)間不高于1小時(shí)，監(jiān)測(cè)站以靠近35kV及以上輸變電線路為宜。該系統(tǒng)應(yīng)支持定時(shí)/不定時(shí)獲取氣象現(xiàn)狀數(shù)據(jù)和預(yù)報(bào)信息存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中，基于統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與輸變電線路分布圖等實(shí)現(xiàn)圖層疊加顯示。

（3）氣象災(zāi)害預(yù)警與評(píng)估模型研究

針對(duì)雷電、地質(zhì)、大風(fēng)、山火和覆冰等幾類貴州地區(qū)危險(xiǎn)輸電線路安全的主要災(zāi)害類型，結(jié)合氣象信息研究其成災(zāi)因子的發(fā)展變化規(guī)律，利用在線監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交叉分析，建立符合貴州地區(qū)時(shí)空分布規(guī)律的自然災(zāi)害分析預(yù)警模型，用于計(jì)算分析災(zāi)害的發(fā)生幾率、發(fā)展趨勢(shì)、災(zāi)害范圍、災(zāi)情統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)輸電設(shè)備的抗災(zāi)能力、災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)和受災(zāi)程度的評(píng)估。

（4）防雷專題模塊研發(fā)

防雷業(yè)務(wù)的構(gòu)建依賴于差異化防雷評(píng)估系統(tǒng)的支撐，實(shí)現(xiàn)對(duì)全網(wǎng)220kV及以上線路防雷差異化評(píng)估，明確每條線路防雷薄弱點(diǎn)，并提出具體防治措施，編制改造方案。本項(xiàng)目階段可實(shí)現(xiàn)雷電數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)展示，故障分析時(shí)雷擊因素的判別，地閃密度圖的計(jì)入展示；同時(shí)開(kāi)展防災(zāi)減災(zāi)系統(tǒng)的差異化防雷接口的設(shè)計(jì)，交互規(guī)約的設(shè)計(jì)，為以后業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫接入奠定基礎(chǔ)。下階段將繼續(xù)申請(qǐng)項(xiàng)，完全實(shí)現(xiàn)差異化防雷系統(tǒng)的接入和使用。endprint

（5）防山火專題模塊研發(fā)

結(jié)合山火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（衛(wèi)星遙感火情監(jiān)測(cè)資料、24小時(shí)森林防火等級(jí)、突發(fā)性災(zāi)害天氣預(yù)報(bào)、5天未來(lái)逐日最高溫度、最低溫度預(yù)報(bào)）、運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)森林防火等級(jí)警報(bào)、歷史火點(diǎn)數(shù)據(jù)查詢分析、山火分布監(jiān)測(cè)、火險(xiǎn)危險(xiǎn)程度評(píng)估、火情監(jiān)測(cè)報(bào)告、火險(xiǎn)預(yù)警提示、事故反查、山火控制措施等功能。

（6）防冰專題模塊研發(fā)

結(jié)合氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（最低溫度、相對(duì)濕度、降雨量、凝凍預(yù)報(bào)、重大氣象專題預(yù)報(bào)）、覆冰監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、運(yùn)維指揮中心系統(tǒng)、運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)冰災(zāi)預(yù)警、覆冰預(yù)警、覆冰監(jiān)控、覆冰日?qǐng)?bào)等功能。

（7）防風(fēng)專題模塊研發(fā)

結(jié)合氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（主導(dǎo)風(fēng)向數(shù)據(jù)）、運(yùn)行數(shù)據(jù)、風(fēng)偏、舞動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)線路設(shè)計(jì)參數(shù)管理、風(fēng)偏校核、大風(fēng)預(yù)警等功能。

（8）防地質(zhì)災(zāi)害專題模塊研發(fā)

結(jié)合全省地災(zāi)圖、氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（突發(fā)性災(zāi)害天氣預(yù)報(bào)、降雨量），實(shí)現(xiàn)暴雨點(diǎn)預(yù)警、泥石流預(yù)警等功能。

（9）氣象災(zāi)害預(yù)警模塊開(kāi)發(fā)

氣象災(zāi)害預(yù)警模塊主要研究利用氣象監(jiān)測(cè)信息結(jié)合在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)建立可靠的災(zāi)害預(yù)警計(jì)算模型，根據(jù)氣象災(zāi)害模型實(shí)現(xiàn)對(duì)氣象信息的實(shí)時(shí)計(jì)算分析，超出歷史經(jīng)驗(yàn)災(zāi)害閾值范圍則啟動(dòng)預(yù)警。實(shí)現(xiàn)輸電業(yè)務(wù)信息、氣象監(jiān)測(cè)信息、地理信息的交叉分析，挖掘氣象數(shù)據(jù)在線路運(yùn)行業(yè)務(wù)中的預(yù)警應(yīng)用功能，為輸電線路的防災(zāi)提供決策輔助。

（10）構(gòu)建氣象監(jiān)測(cè)災(zāi)害評(píng)估模型

結(jié)合輸電線路大范圍氣象數(shù)據(jù)特征對(duì)比分析線路走廊災(zāi)后自然環(huán)境破壞情況，電力設(shè)施損毀情況，災(zāi)害影響范圍及發(fā)展趨勢(shì)建立相應(yīng)參量模擬計(jì)算評(píng)估模型，使線路災(zāi)害的發(fā)生、發(fā)展都在監(jiān)控下，做到救災(zāi)搶險(xiǎn)的有的放矢，不盲從減災(zāi)方案的執(zhí)行。

（11）差異化防雷評(píng)估系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及接入

因差異化防雷評(píng)估軟件為獨(dú)立開(kāi)發(fā)并實(shí)施的系統(tǒng)平臺(tái)，其大部分功能有賴于完備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，其模型搭建、耐雷分析、評(píng)估結(jié)果、改造原則制定、防雷措施智能選擇、治理效果評(píng)估、報(bào)告生成等功能離不開(kāi)線路設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和地形地貌數(shù)據(jù)分析，故防災(zāi)減災(zāi)系統(tǒng)對(duì)差異化防雷評(píng)估結(jié)果的數(shù)據(jù)接入和展示都需要待差異化防雷評(píng)估系統(tǒng)開(kāi)發(fā)部署完畢后進(jìn)行。建議追加資金同時(shí)部署差異化防雷評(píng)估系統(tǒng)，可有效補(bǔ)充防雷基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、預(yù)警評(píng)估結(jié)果數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)防雷改造措施制定、耐雷水平計(jì)算、雷電參數(shù)調(diào)取分析、雷擊故障預(yù)警診斷、評(píng)估報(bào)告自動(dòng)生成等核心功能。

（12）輸電線路走廊的區(qū)域分析和綜合信息展示

開(kāi)發(fā)可直觀地展現(xiàn)輸電線路的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警范圍、災(zāi)害影響范圍、災(zāi)害分析及災(zāi)情影響范圍的綜合管理功能，實(shí)現(xiàn)可動(dòng)態(tài)分析的二維輸電線路電子沙盤(pán)，集合氣象監(jiān)測(cè)的分析處理結(jié)果，輔助制定抗災(zāi)減災(zāi)方案，支撐應(yīng)急搶修和災(zāi)后恢復(fù)重建工作。

2.2 擬解決的主要技術(shù)難點(diǎn)

（1）差異化防雷措施智能選擇及針對(duì)性改造方案制定功能研發(fā)

輸電線路耐雷性能的準(zhǔn)確分析計(jì)算以及雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的精細(xì)評(píng)估、差異化防雷措施的科學(xué)制定和有效、合理校驗(yàn)等需要對(duì)線路沿線走廊內(nèi)雷電活動(dòng)特征參數(shù)、輸電線路結(jié)構(gòu)參數(shù)及其絕緣配置、線路走廊內(nèi)地形地貌參數(shù)等多種參數(shù)進(jìn)行全方位的整體綜合統(tǒng)計(jì)。

（2）結(jié)合氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的防山火預(yù)警

各類山火監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的有效利用和多條件分析，需要結(jié)合運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、巡檢數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、山火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)建立評(píng)估計(jì)算模型，從而有效監(jiān)控和預(yù)警。

（3）結(jié)合氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警

需要對(duì)多種地質(zhì)災(zāi)害的成災(zāi)因子進(jìn)行研究，分析氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、地災(zāi)圖數(shù)據(jù)及實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的組合預(yù)警模式，構(gòu)建地災(zāi)預(yù)警評(píng)估模型。

3 結(jié)論

輸電線路防災(zāi)減災(zāi)分析預(yù)警系統(tǒng)建成后將完善輸電線路運(yùn)維指揮中心系統(tǒng)中對(duì)輸電線路相關(guān)信息數(shù)據(jù)分析處理能力的不足。該系統(tǒng)應(yīng)用氣象監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行災(zāi)害分析與成果展示，結(jié)合二維全景地理信息平臺(tái)實(shí)現(xiàn)氣象監(jiān)測(cè)技術(shù)在輸電線路風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、災(zāi)害預(yù)警、災(zāi)后評(píng)估及災(zāi)害分析方面的應(yīng)用，并對(duì)分析成果進(jìn)行展示，為線路災(zāi)害的防護(hù)和預(yù)警提供有力的技術(shù)支持。輸電線路防災(zāi)減災(zāi)分析預(yù)警系統(tǒng)對(duì)支撐技術(shù)的及時(shí)性和有效性提出很高的要求，這也為后續(xù)運(yùn)維指揮中心系統(tǒng)中日常運(yùn)維工作和反饋評(píng)估功能板塊的開(kāi)發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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