結(jié)合氣象條件的電網(wǎng)事故跳閘預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計

陳剛 李偉 花潔

摘 要：近幾年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展環(huán)境問題越來越嚴(yán)重，氣候變化也日益明顯，強(qiáng)對流天氣逐漸增多，各類自然災(zāi)害事件也頻繁發(fā)生，這些因素對電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來較大的威脅。各種惡劣天氣造成電網(wǎng)受到雷擊、風(fēng)刮異物的影響引發(fā)故障跳閘事件頻發(fā)，甚至發(fā)生大范圍的停電現(xiàn)象，更嚴(yán)重的災(zāi)害事件對電網(wǎng)所造成的危害更是不可估量，因此結(jié)合氣象條件設(shè)計電網(wǎng)事故跳閘預(yù)警系統(tǒng)的具有極大的價值和重要意義。本文針對這些情況，結(jié)合近幾年的電網(wǎng)事故跳閘的概率，分析了引起電網(wǎng)跳閘事故的主要因素，并結(jié)合氣象條件設(shè)計了電網(wǎng)事故跳閘預(yù)警系統(tǒng)，有效地結(jié)合氣象條件將電網(wǎng)事故跳閘降至最低，在電網(wǎng)的防災(zāi)預(yù)警方面提供參考。

關(guān)鍵詞：氣象條件;電網(wǎng);事故跳閘;預(yù)警系統(tǒng)

中圖分類號：TM732 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）05-0156-03

Design of Early Warning System for Power Grid Accident Tripping Combined with Meteorological Conditions

Chen Gang， Li Wei， Hua Jie

（Foshan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co.， Ltd.， Foshan 528000， China ）

Abstract：In recent years， with the development of economy， environmental problems become more and more serious，climate change is also increasingly obvious， severe convective weather? is increasing gradually， various natural disasters also occur frequently. These factors have brought great threat to the safe operation of power grid. Various bad weather caused the power grid to be affected by lightning and wind blowing foreign matters，causing frequent fault tripping events， and even large-scale power outages. More serious disasters can cause immeasurable harm to the power grid. Therefore， it is of great value and significance to design the early warning system for power grid accident tripping combined with meteorological conditions. In view of these situations， this paper analyzes the main factors causing power grid trip accident based on the probability of grid accident trips in recent years， and designs an early warning system for power grid accident tripping based on meteorological conditions， which effectively reduces the grid accident trip to the lowest and provides reference for the power grid disaster prevention and early warning.

Key words：meteorological conditions; power grid; accident tripping; early warning system

0 引言

電網(wǎng)作為我國的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，應(yīng)當(dāng)安全、可靠的為廣大人民提供電力，因此對電網(wǎng)的基本要求便是安全、經(jīng)濟(jì)、可靠、優(yōu)質(zhì)。隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高，人們對于電網(wǎng)供電的安全性和可靠性要求越來月嚴(yán)格。然而，隨著全球環(huán)境形勢越來越嚴(yán)峻，氣候逐漸變化，惡劣天氣頻發(fā)，電網(wǎng)受到臺風(fēng)、雷擊、暴雨等天氣的影響，發(fā)生一系列的短路、跳閘等事故，尤其是最近幾年，跳閘事故頻發(fā)，給電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來極大的威脅。雖然說隨著技術(shù)的進(jìn)步，氣象部門近幾年來對天氣災(zāi)害預(yù)測和預(yù)警的準(zhǔn)確性逐漸提高，但是相對來說形式較為單一，在某些方面其預(yù)測不夠精確，與電力防災(zāi)的要求有一定的差距。為了提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性，應(yīng)該有效地結(jié)合氣象信息設(shè)計預(yù)警系統(tǒng)，將其對電網(wǎng)運(yùn)行的安全威脅降到最低。因此，在電力運(yùn)行過程中為了電網(wǎng)跳閘事故的頻發(fā)，保障電網(wǎng)的安全性，文章進(jìn)行了結(jié)合氣象條件的電網(wǎng)事故跳閘預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計，便于相關(guān)工作人員及時做出有效的預(yù)防措施，避免電力事故的發(fā)生。

1 電網(wǎng)氣象災(zāi)害預(yù)警研究現(xiàn)狀

氣象條件的變化對電網(wǎng)造成的影響不容小視，結(jié)合氣象條件進(jìn)行電網(wǎng)預(yù)警的研究已經(jīng)獲得了國內(nèi)外研究學(xué)者的關(guān)注和重視，尤其是國外的相關(guān)研究，已經(jīng)獲得了比較成熟的技術(shù)。我國經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)展都較為緩慢，因此，對于此方面的相關(guān)研究起步較晚，但經(jīng)過堅持不寫的努力，我們在這方面也取得了較好的研究成果。

1.1 國外研究現(xiàn)狀

國外發(fā)達(dá)國家對于電網(wǎng)氣象災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)的研究起步較早。例如，美國利用某地區(qū)的歷史氣象數(shù)據(jù)，經(jīng)變電站設(shè)計規(guī)劃，對該地區(qū)一年內(nèi)的風(fēng)速、溫度、降水量等參數(shù)進(jìn)行預(yù)算，再利用當(dāng)?shù)氐膶嶋H氣象條件修正預(yù)算值，為電網(wǎng)氣象災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)的開發(fā)提供了指導(dǎo)。日本的專家根據(jù)溫度、降雨量、冰層厚度等參數(shù)建立相關(guān)檢測臺，并將監(jiān)測到的參數(shù)數(shù)據(jù)與實際的天氣數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，若監(jiān)測數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)相差不大則采用，否則直接舍棄。其他的發(fā)達(dá)國家也針對電網(wǎng)氣象災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行了大量的研究，對于電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供了支持和依據(jù)。

1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

以國外的相關(guān)研究為參考，國內(nèi)的很多學(xué)者、專家也對電網(wǎng)氣象災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)的研究也投入了大量的人力物力，并取得了不錯的研究成果。國內(nèi)的研究主要集中于，結(jié)合電網(wǎng)和當(dāng)?shù)貧庀蟮南嚓P(guān)資料，利用數(shù)學(xué)算法或者其他計算方式，研究各天氣參數(shù)與電力事故之間的關(guān)系。例如，2013年，李彥斌等通過建立相應(yīng)模型研究了各氣象參數(shù)對電網(wǎng)安全運(yùn)行的影響;2014年，葉劍華等建立了基于氣象參數(shù)的電網(wǎng)靜態(tài)安全評估模型;2017年，霍林等結(jié)合電力生產(chǎn)研究了電網(wǎng)氣象災(zāi)害的主要地區(qū)分布，并研究了相關(guān)的災(zāi)害防御研究，對于電網(wǎng)在惡劣天氣下的安全運(yùn)行提供了重要參考依據(jù)。最近幾年來，隨著我國雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，氣象數(shù)據(jù)資源的準(zhǔn)確性越來越高，雷達(dá)回波圖分析技術(shù)提高了電網(wǎng)氣象災(zāi)害預(yù)測的準(zhǔn)確性，使電網(wǎng)氣象災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)取得一定實效。

2 引起電網(wǎng)跳閘的主要因素分析

本節(jié)對某地區(qū)近幾年來電網(wǎng)跳閘事故進(jìn)行了統(tǒng)計，具體的統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表1所示。另外，本節(jié)還針對電網(wǎng)跳閘事故主要影響因素進(jìn)行了分析，具體的跳閘原因及其所占比例如表2所示。

由表1和表2中的數(shù)據(jù)可以明顯得出結(jié)論，近幾年來，由氣象災(zāi)害引起的電網(wǎng)跳閘事故占50%以上，而在電網(wǎng)跳閘事故中有氣象災(zāi)害所引發(fā)的跳閘事故所占比例更是高達(dá)81.24%。盡管多年來對于電網(wǎng)跳閘事故的預(yù)防手段在不斷地改革和傳新，但是由氣象原因引發(fā)的電網(wǎng)跳閘事故次數(shù)和比例仍是居高不下，電網(wǎng)跳閘事故預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計迫在眉睫。

3 預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計

3.1 預(yù)警系統(tǒng)功能設(shè)計

該預(yù)警系統(tǒng)的主要功能有，獲取天氣的實況數(shù)據(jù)，例如溫度、濕度、降水量等;數(shù)據(jù)存儲和處理，將上述獲取相關(guān)數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，利用相關(guān)的數(shù)學(xué)算法計算跳閘事故的概率，并保存;在電網(wǎng)跳閘事故的發(fā)生概率較大時，發(fā)出預(yù)警信號。

3.2 預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計方案

本文中設(shè)計的預(yù)警系統(tǒng)主要由氣象數(shù)據(jù)采集裝置、動態(tài)預(yù)警監(jiān)控裝置、反向物理隔離裝置、數(shù)據(jù)橋接工作站、可視化系統(tǒng)交換機(jī)、數(shù)據(jù)服務(wù)器六部分組成。該系統(tǒng)整體的設(shè)計方案如圖1所示。

氣象數(shù)據(jù)采集裝置主要通過IE端口Document調(diào)取氣象數(shù)據(jù)，將所需要的氣象數(shù)據(jù)篩選出來之后，通過反向物理隔離裝置發(fā)送到數(shù)據(jù)服務(wù)器，數(shù)據(jù)服務(wù)器根據(jù)如表3所示的方式進(jìn)行氣象數(shù)據(jù)的存儲，并對獲得的氣象數(shù)據(jù)和電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行分析，通過相關(guān)數(shù)學(xué)模型計算得出跳閘事故的發(fā)生概率，將數(shù)據(jù)信息反饋給動態(tài)預(yù)警監(jiān)控裝置，及時做出相應(yīng)的預(yù)警提醒。

3.3 預(yù)警系統(tǒng)主要功能模塊設(shè)計

本預(yù)警系統(tǒng)的主要功能模塊包括十個部分的設(shè)計，分別為氣象數(shù)據(jù)接入模塊、氣象數(shù)據(jù)預(yù)處理和存儲模塊、氣象信息分析與查詢模塊、數(shù)據(jù)展示模塊、WEB氣象信息展示模塊、電網(wǎng)運(yùn)行限值動態(tài)調(diào)整模塊、運(yùn)行斷面監(jiān)視分析模塊、現(xiàn)場檢修作業(yè)監(jiān)視預(yù)警模塊、靜態(tài)安全分析模塊、氣象風(fēng)險在線評估與預(yù)警模塊等。各個功能模塊的主要用途分析如下。

氣象數(shù)據(jù)接入模塊通過IE端口Document獲取氣象數(shù)據(jù);氣象數(shù)據(jù)預(yù)處理和存儲模塊，篩選出所需的氣象數(shù)據(jù)資料，并進(jìn)行存儲;氣象信息分析與查詢模塊主要用于氣象數(shù)據(jù)的分析、處理和查詢;數(shù)據(jù)展示模塊，對經(jīng)過分析、處理的氣象數(shù)據(jù)通過相應(yīng)的方式進(jìn)行展示;WEB氣象信息展示模塊主要用于對WEB系統(tǒng)上的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行展示;電網(wǎng)運(yùn)行限值動態(tài)調(diào)整模塊，根據(jù)上述分析結(jié)果和相應(yīng)的參數(shù)，對電網(wǎng)運(yùn)行設(shè)備的運(yùn)行限制進(jìn)行修正;運(yùn)行斷面監(jiān)視分析模塊，主要用于分析電網(wǎng)運(yùn)行的斷面，分析斷面部分設(shè)備失去后的電網(wǎng)運(yùn)行狀況;現(xiàn)場檢修作業(yè)監(jiān)視預(yù)警模塊，結(jié)合氣象預(yù)警信息指導(dǎo)電網(wǎng)內(nèi)的現(xiàn)場檢修作業(yè);靜態(tài)安全分析模塊，主要用于對可能發(fā)生故障的設(shè)備進(jìn)行掃描，得出相應(yīng)的分析結(jié)果;氣象風(fēng)險在線評估和預(yù)警模塊是預(yù)警系統(tǒng)的核心部分，其詳細(xì)的結(jié)構(gòu)框架如圖2所示。

氣象風(fēng)險在線評估和預(yù)警模塊在上述模塊的基礎(chǔ)上，通過計算電網(wǎng)電路的氣象跳閘故障概率和電網(wǎng)各點(diǎn)的狀態(tài)，從而得到電網(wǎng)氣象評估指標(biāo)，從而在各個層面對當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)的安全風(fēng)險進(jìn)行評估和預(yù)警。

4 結(jié)語

近年來，臺風(fēng)、暴雨等極端的天氣災(zāi)害頻發(fā)，所引發(fā)的跳閘事故也越來越頻繁，給國家電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來巨大的威脅，隨著智能電網(wǎng)戰(zhàn)略的逐漸推進(jìn)，以及人們對于生活質(zhì)量的要求越來越高，對于電網(wǎng)的安全運(yùn)行也提出了更高的要求。為了實現(xiàn)電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行，電網(wǎng)工作人員除了要檢測、監(jiān)督電網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以外，還要結(jié)合氣象條件，例如溫度、降水量等參數(shù)，通過這些信息對電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，預(yù)測并計算這些因素可能導(dǎo)致的電網(wǎng)事故跳閘的概率，并及時的采取應(yīng)對措施，保證電網(wǎng)正常、安全的運(yùn)行?；诖?，本文研究了結(jié)合氣象條件的電網(wǎng)事故跳閘預(yù)警系統(tǒng)，通過對氣象數(shù)據(jù)的及時獲取和有效分析、計算，得出電網(wǎng)事故跳閘的概率，便于工作人員及時采取控制措施。

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