河南電力氣象系統研究與應用

李帥 李哲 梁允 崔晶晶

（1.河南恩湃高科集團有限公司，河南鄭州 450052；2.國網河南省電力公司電力科學研究院，河南鄭州 450052）

河南電力氣象系統研究與應用

李帥1李哲2梁允2崔晶晶1

（1.河南恩湃高科集團有限公司，河南鄭州 450052；2.國網河南省電力公司電力科學研究院，河南鄭州 450052）

隨著電網規模的不斷擴大和延伸，災害性天氣對電網安全運行的影響越來越大，加強對電網生產造成嚴重影響的災害性天氣過程的預測預警，能夠有效提升電網應對災害性天氣的效率和能力。河南電力氣象系統將分散的電力、氣象數據資源進行集中整合，實現一體化應用，針對夏季和冬季多發的大風、雷電、冰雹、覆冰和舞動等對電網生產造成影響的氣象現象進行預測預警，為運維檢修、電網調度、應急搶修等電網生產過程提供必要的氣象預測預警信息支撐。

電網；強對流；覆冰舞動；山火監測；防汛

20世紀八九十年代，天氣預報的主要服務對象仍以農林牧業和公共服務為主，進入21世紀以來，隨著電網規模的不斷擴大和延伸，災害性天氣對電網安全運行的影響越來越大，同時隨著全球氣候變暖、環流異常、災害性天氣產生概率的逐年上升，對電網安全運行的威脅不斷增大。2009年至今，全球范圍內因氣候原因造成的電網故障，影響超過10萬人的達28次，占電網大面積停電事故總量的56%。國內也發生了多次因氣象原因導致的大面積停電事故，其中影響范圍較大的有：2008年以湖南省為主的冰災，造成大規模電網故障，據統計，此次冰災共造成367萬條線路停運，電網直接經濟損失154.5億元；2009年7月1-5日，廣西出現大范圍強降雨，造成廣西電網10kV以上線路跳閘243條，停運配變（臺區）3 362臺等［1］。

全球范圍內一些科研機構已開展了電力與氣象相結合的研究。國外方面，美國Northeast Regional Climate Center，利用天氣預報模型（WRF）和Ramer降水型算法對電網進行了短期積冰預測；加拿大等國家研究部門也利用天氣因素進行負荷預測等工作。國內方面，近年來各網省電力公司積極加強與氣象部門合作，國網江蘇省電力公司于2010年部署了覆蓋江蘇全省的電網氣象監測與分析系統；2010年，福建省電力公司與福建省氣象臺合作開發了福建電網氣象信息預警系統；2010年，北京市電力公司調通中心氣象展示平臺正式投入運行。目前國內一些重要氣象部門，如中國氣象局公共氣象服務中心，已經前瞻性地將電力氣象預測預警作為一個重要方向，嘗試前期研究及氣象信息在電網中的應用［2］。

1 河南電力氣象系統建設背景

1.1 河南電網概況

河南省位于中國中東部、黃河中下游，地勢呈東低西高態勢。河南電網位于華中、華北、西北聯網樞紐位置，我國首條1 000kV晉東南-南陽-荊門特高壓試驗示范工程縱貫全省，2014年從新疆哈密至河南省鄭州市的天中±800kV特高壓直流工程順利投運，截至2015年底，500kV主網架已基本形成“兩縱四橫”的梯形網絡結構，220kV電網基本覆蓋全省各縣。

1.2 河南電力氣象系統建設必要性

河南省位于中國中東部，是全國大風、強對流、雨雪天氣高發區之一，惡劣天氣對電網穩定運行和安全生產的影響較為嚴重，其中影響范圍較大有：2007年夏季，開封地區發生強對流天氣，造成多基輸電桿塔倒塔；2009年夏季商丘地區強對流天氣風速達11級，造成10kV以上電壓等級多條輸電線路跳閘；2012年7月開封地區強對流天氣造成多條線路跳閘等。因此，建立一套有效的結合河南電網的氣象預警系統顯得尤為重要。

1.3 河南電力氣象系統建設基礎

國網河南省電力公司、河南省氣象局于2010年共同簽署了《關于提高電網氣象防災減災能力的合作協議》，目前已基本形成了氣象應急聯動機制。同時，河南省氣象局擁有121個國家級自動氣象站、422個四要素氣象站，6部新一代雷達，為相關基礎數據的獲取提供了有利保證，目前相關氣象數據已通過互聯網向省公司、電科院開放。

國網河南省電力公司電力科學研究院于2010年建設完成“河南電網監測中心”，并投入運行，對全省輸電線路100余套微氣象在線監測裝置監測數據進行了整合。同時，電科院長期開展“覆冰導線氣動力特性及輸電線路舞動試驗”“輸電線路舞動氣象預警”等多個課題。此外，國網重點實驗室“輸電線路舞動防治技術實驗室”是我國第1座以研究線路覆冰舞動為主的試驗基地，具備開展覆冰、舞動、風偏、微風振動等領域的試驗研究能力。目前已借助該基地進行了大量的舞動、風偏等技術研究及驗證。

2 河南電力氣象系統框架體系及系統介紹

2.1 河南電力氣象系統框架體系

近年來，極端氣候條件引發的自然災害嚴重危害著我國電網的安全生產，進而影響整個社會的生產生活。因此，無論是電網發展的客觀要求還是氣象部門的內在需求，都要建立一個涵蓋電力生產各個階段的“電力氣象整體框架體系”。在集中整合電網、氣象數據資源并提升基礎工作的基礎上，實現電網氣象信息服務平臺的建設，以此作為數據基礎，根據不同的氣象預測周期，結合電網主要生產階段對氣象預測預警的實際需求，開展電力氣象框架體系研究，為電力氣象相關內容的研究、開發和應用提供體系保障，如圖1所示。

圖1 電力氣象框架體系三維關系圖

電力氣象框架體系，是在對規劃設計、基礎建設、電網運行、維護檢修和應急搶險等主要電網生產階段對氣象預報的需求進行調研、分析的基礎上，將電網因素和氣象因素進行分類整理、研究，建立不同生產階段中不同氣象因素對不同電力設備的影響關系，并利用統計分析和機理分析的方法，對歷史上由氣象因素導致的電網故障進行統計分析，建立不同氣象因素下，電網生產和設備故障概率預警模型，為電網生產的不同階段提供不同的氣象預測預警信息服務。

2.2 河南電力氣象系統介紹

2.2.1 系統界面展示。在國網公司和河南省電力公司的大力支持下，河南省電科院在近幾年的科研成果基礎上研究開發了河南電力氣象系統，主要氣象數據來源于中國氣象局和河南省氣象局，目前已經能夠為運行、檢修、應急等電網生產全過程提供氣象預警信息支撐。

圖2為河南電力氣象系統首頁，主要包括3個功能區，左側是系統功能菜單，中間是實況天氣和預警信息情況的展示，右側上是預警信息實時提示，右側下是河南省短期天氣預報。

圖2 河南電力氣象系統首頁

2.2.2 系統功能介紹。河南電力氣象系統的主要功能包括常規天氣預報信息的展示、夏季強對流天氣監測預警、冬季覆冰舞動監測預警、春秋季的山火監測預警和防汛功能。

①夏季強對流天氣監測預警。迎峰度夏期間，系統針對強對流天氣（大風、強降水、雷電和冰雹）監測和預警，主要是利用河南省氣象局提供的多普勒雷達探空數據進行計算，通過強對流預警模型篩選出不同等級的預警信息，通過系統對強對流預警區域內的輸電線路、變電站運維單位和人員發布預警信息，這樣就可以有針對性采取防范措施，避免不必要的經濟損失。

圖3 線路跳閘前后系統強降水預警

圖4 線路跳閘前后系統發布預警短信

圖6 線路跳閘前后系統發布預警短信

②冬季覆冰舞動監測預警。迎峰度冬期間，系統針對輸電線路的覆冰舞動監測和預警，主要是利用9km× 9km的數值天氣預報結果和氣象周報，制作并發布舞動預測周報。

③春秋季山火監測預警。春秋季，系統借助極軌氣象衛星監測山火信息，實現對山火的監測和預警，自動搜索出火點附近1km范圍內輸電線路信息，計算和判斷出火點與輸電桿塔的距離和方位，以及對火點風速、風向進行判斷的基礎上，匯總生成預警信息通過短信發送至運維人員手機，作為線路巡視和維護的參考依據，保障輸電線路和電網安全穩定運行。

④防汛功能。首先通過調研篩選出全省96座易受水淹和沖擊的變電站，并在地圖上加以標注，然后利用自動氣象站實況數據系統計算出不同區域內連續降水量，連續降水量達到50mm的區域，系統自動生成預警短信發送至當地運維和應急人員手機，提示做好應急準備。

3 河南電力氣象系統應用情況

自2013年6月投運以來，河南電力氣象系統已面向全省18個市供電公司提供預警服務，累計發送預警短信3萬余條次，多次成功預警強對流天氣、線路覆冰舞動、區域性高強度降水、山火信息等過程，不僅有效減少了各供電公司經濟損失，更大大提高了主、配網供電可靠性。

2015年7月29日-8月1日，因強對流天氣造成河南電網7條主網輸電線路跳閘，河南電氣氣象系統提前2h發出預警，鎖定強對流發生區域為河南北部、西部部分地區，并向強對流區域輸電線路、變電站運維單位及運維人員發送預警短信，提示做好應急準備工作，如圖3和圖4所示。

2015年11月22-24日，因覆冰舞動原因造成河南電網6條主網輸電線路跳閘，河南電力氣象系統提前12h～3d發出覆冰舞動預警，并發送預警短信提示覆冰舞動區域輸電線路故障風險，如圖5和圖6所示。

4 結語

隨著社會發展的加快，用電負荷的穩步攀升，電網規模也在不斷擴大和延伸，災害性天氣對電網安全運行的影響越來越大，準確有效地將氣象預警信息與電網生產結合起來，不但能提升電網防災減災能力和電網企業運營效益，而且能保障廣大居民用電可靠性。目前電力氣象領域的研究仍在研究驗證階段，仍然存在預警信息誤報、漏報的情況，需要大量的數據和案例進行不斷的驗證完善，才能為電網安全穩定運行提供強有力支撐。

［1］周寧，熊小伏.電力氣象技術及應用［M］.北京：中國電力出版社，2015.

［2］大氣科學辭典編委會.大氣科學辭典［M］.北京：氣象出版社，1994.

Research and Application of Henan Electric Power Meteorological System

Li Shuai1Li Zhe2Liang Yun2Cui Jingjing1
（1.Henan EPRI Hitech Group Co.Ltd.，Zhengzhou Henan 450052；2.Electric Power Research Institute of State Grid Henan Electric Power Company，Zhengzhou Henan 450052）

With the continuous expansion and extension of the power grid scale,the impact of disastrous weather on the safe operation of the power grid is becoming more and more large,to strengthen the forecast and early warning of disastrous weather process caused by the production of power grid,can effectively improve the efficiency and capacity of power grid to respond to disaster weather.Henan electric power meteorological system integrated distributed power and meteorological data resources,realized the integrated application,made forecast and early warning of meteorological phenomena caused by the production of power grid,such as strong wind,thunder,hail,ice coating and galloping in summer and winter,to provide the necessary meteorological forecast and early warning information support for the operation and maintenance,power grid dispatching,emergency repair and other power grid production processes.Strong winds,thunder and lightning,hail,ice and dancing

power grid；strong convection；ice coating galloping；fire monitoring；flood prevention

TM734；P49

A

1003-5168（2016）11-0026-03

2016-10-10

國家電網公司重大基礎前瞻科技項目（SG20141187）。

李帥（1987-），男，工程師，研究方向：輸變電在線監測、電力氣象。