輸電線路防災減災分析預警研究及應用

張宗鈺+魏濤

【摘 要】搭建輸電線路全景地理信息平臺，建設一個輸電線路防災減災預警分析系統(tǒng)，以便于對輸電線路各種運行狀態(tài)信息及氣象信息進行收集、整理和分析，并由相應模塊進行診斷，及時地處理各種安全隱患，對自然災害進行提前預警，提高輸電線路運行的安全性和可靠性。開發(fā)氣象災害分析預警模塊，實現(xiàn)輸電業(yè)務信息、氣象監(jiān)測信息、地理信息的交叉分析，挖掘氣象數(shù)據(jù)在線路運行業(yè)務中的預警應用功能；開發(fā)災情分析模塊，為災害決策制定提供現(xiàn)場第一手資料，輔助及時制定搶修方案和有效進行調(diào)度指揮，確保減災抗災和應急搶修工作的快速順利開展。

【關鍵詞】氣象信息；預警；防災；系統(tǒng)設計

0 引言

一個優(yōu)良的區(qū)域電網(wǎng)防災減災管理系統(tǒng)必須建立在一套運行良好的電網(wǎng)信息系統(tǒng)之上。當前，國家經(jīng)濟建設的進步，推動了電網(wǎng)的快速發(fā)展。隨著電網(wǎng)建設逐步完善，越來越密集、越來越復雜的電力設備網(wǎng)絡被搭建，這就要求電力企業(yè)對其龐大而繁雜的信息進行采集、存儲、分析和快速處理，傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)已無法滿足電網(wǎng)的建設和安全經(jīng)濟運行要求。因此，建立一個基于地理信息平臺適合運行維護管理220kV及以上輸電線路的智能化系統(tǒng)是很必要的。該項目基于建設一個輸電線路防災減災預警分析系統(tǒng)，以便于對輸電線路各種運行狀態(tài)信息及氣象信息進行收集、整理和分析，并由相應模塊進行診斷，及時地處理各種安全隱患，對自然災害進行提前預警，提高輸電線路運行的安全性和可靠性。

1 系統(tǒng)概述

輸電線路運維工作可分為三類，第一類是對輸電線路的監(jiān)測，并對可能發(fā)生的線路災害進行防護和預警，第二類是輸電線路日常運維工作的開展，包括線路的巡視、檢測、檢修、技改等工作，第三類是輸電線路相關工作的反饋和評估，為各項工作的改進提供數(shù)據(jù)理論支撐。這三類工作會成為運維指揮中心系統(tǒng)今后的發(fā)展方向，而輸電線路防災減災分析預警系統(tǒng)的搭建正是為了更好的實現(xiàn)輸電線路運維工作中的災害防護和預警的功能。

輸電線路防災減災分析預警系統(tǒng)將基于目前現(xiàn)有系統(tǒng)建設成果，利用多源狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)建立一體化綜合監(jiān)測平臺，實現(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的集中化分析處理與展示，實現(xiàn)設備狀態(tài)信息和環(huán)境氣象信息相結(jié)合的災害預警與監(jiān)測功能，能夠根據(jù)設備運行狀態(tài)進行災害風險與抗災能力的差異化評估和智能化預警，提早做好相關災害的防范措施。防災減災分析預警系統(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)應用4 個階段層次依次進行。數(shù)據(jù)提取是該流程的基礎，從輸電線路現(xiàn)有的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)被加載到數(shù)據(jù)倉庫中，主要完成生產(chǎn)管理系統(tǒng)、雷電定位系統(tǒng)、覆冰監(jiān)測系統(tǒng)等生產(chǎn)運行及業(yè)務應用系統(tǒng)各種實時信息的匯集和傳輸，成為之后數(shù)據(jù)深入挖掘的基礎。預警分析集合了數(shù)據(jù)分類和數(shù)據(jù)分析2個數(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)的功能和特點進行篩選，分類和集成，然后在各類子區(qū)塊中選擇相應的專業(yè)處理軟件實現(xiàn)分析功能。風險判斷和輔助決策都屬于數(shù)據(jù)應用階段，經(jīng)過分析的數(shù)據(jù)會根據(jù)其涉及到的狀態(tài)進行各種功能的展示，包括了各種風險的預警、防范措施、應急預案、綜合治理方案等。通過這樣一個完善的防災減災分析預警系統(tǒng)加強了對輸電線路實時狀態(tài)的監(jiān)控、對信息數(shù)據(jù)的診斷和優(yōu)化，較為全面、精細地為輸電線路運行檢修人員展現(xiàn)了電網(wǎng)的運行狀態(tài)，并給出相應的監(jiān)視預警、分析統(tǒng)計、故障診斷、輔助決策等方案，使電網(wǎng)更加安全、可靠、經(jīng)濟、高效的運行。

2 研究內(nèi)容

2.1 主要研究要點

結(jié)合貴州省輸電線路運行管理工作的需求，確定新一代輸電線路防災減災分析預警系統(tǒng)的需求方案、概要設計方案及詳細設計方案。確定與信息平臺的接口，并編制相應的軟件包，實現(xiàn)信息平臺上的生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)、在線監(jiān)測數(shù)據(jù)與氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)接入；搭建輸電線路全景地理信息平臺，開發(fā)氣象災害分析預警模塊，實現(xiàn)輸電業(yè)務信息、氣象監(jiān)測信息、地理信息的交叉分析，挖掘氣象數(shù)據(jù)在線路運行業(yè)務中的預警應用功能；開發(fā)災情分析模塊，為災害決策制定提供現(xiàn)場第一手資料，輔助及時制定搶修方案和有效進行調(diào)度指揮，確保減災抗災和應急搶修工作的快速順利開展。

（1）電網(wǎng)防災減災現(xiàn)狀調(diào)研

針對貴州省地理、地質(zhì)特征調(diào)研分析本地區(qū)多發(fā)的自然災害，總結(jié)各類典型災害的成災因子及形成過程，對電網(wǎng)造成的影響，一般防范措施，挖掘電網(wǎng)防災減災業(yè)務需求，重點研究地質(zhì)、山火、覆冰、雷電、大風等災害情況發(fā)生時，如何有效利用現(xiàn)代化信息技術(shù)有效地預報、監(jiān)測災情，如何利用有限的資源，提高電力企業(yè)對應急事件快速反映和抗風險能力。

（2）氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)接入要求

氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)覆蓋范圍為貴州省全境，應至少包括一般氣象要素監(jiān)測數(shù)據(jù)、突發(fā)性災害天氣警報數(shù)據(jù)、森林火險氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)；一般氣象要素獲取時間間隔應為逐小時，突發(fā)災害天氣警報數(shù)據(jù)獲取時間不高于1小時，監(jiān)測站以靠近35kV及以上輸變電線路為宜。該系統(tǒng)應支持定時/不定時獲取氣象現(xiàn)狀數(shù)據(jù)和預報信息存儲于數(shù)據(jù)庫中，基于統(tǒng)一的坐標系統(tǒng)實現(xiàn)與輸變電線路分布圖等實現(xiàn)圖層疊加顯示。

（3）氣象災害預警與評估模型研究

針對雷電、地質(zhì)、大風、山火和覆冰等幾類貴州地區(qū)危險輸電線路安全的主要災害類型，結(jié)合氣象信息研究其成災因子的發(fā)展變化規(guī)律，利用在線監(jiān)測實時數(shù)據(jù)交叉分析，建立符合貴州地區(qū)時空分布規(guī)律的自然災害分析預警模型，用于計算分析災害的發(fā)生幾率、發(fā)展趨勢、災害范圍、災情統(tǒng)計，實現(xiàn)輸電設備的抗災能力、災害風險和受災程度的評估。

（4）防雷專題模塊研發(fā)

防雷業(yè)務的構(gòu)建依賴于差異化防雷評估系統(tǒng)的支撐，實現(xiàn)對全網(wǎng)220kV及以上線路防雷差異化評估，明確每條線路防雷薄弱點，并提出具體防治措施，編制改造方案。本項目階段可實現(xiàn)雷電數(shù)據(jù)的實時展示，故障分析時雷擊因素的判別，地閃密度圖的計入展示；同時開展防災減災系統(tǒng)的差異化防雷接口的設計，交互規(guī)約的設計，為以后業(yè)務實現(xiàn)無縫接入奠定基礎。下階段將繼續(xù)申請項，完全實現(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)測系統(tǒng)、氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)（衛(wèi)星遙感火情監(jiān)測資料、24小時森林防火等級、突發(fā)性災害天氣預報、5天未來逐日最高溫度、最低溫度預報）、運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)24小時森林防火等級警報、歷史火點數(shù)據(jù)查詢分析、山火分布監(jiān)測、火險危險程度評估、火情監(jiān)測報告、火險預警提示、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)測數(shù)據(jù)（最低溫度、相對濕度、降雨量、凝凍預報、重大氣象專題預報）、覆冰監(jiān)測系統(tǒng)、運維指揮中心系統(tǒng)、運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)冰災預警、覆冰預警、覆冰監(jiān)控、覆冰日報等功能。

（7）防風專題模塊研發(fā)

結(jié)合氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)（主導風向數(shù)據(jù)）、運行數(shù)據(jù)、風偏、舞動監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)線路設計參數(shù)管理、風偏校核、大風預警等功能。

（8）防地質(zhì)災害專題模塊研發(fā)

結(jié)合全省地災圖、氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)（突發(fā)性災害天氣預報、降雨量），實現(xiàn)暴雨點預警、泥石流預警等功能。

（9）氣象災害預警模塊開發(fā)

氣象災害預警模塊主要研究利用氣象監(jiān)測信息結(jié)合在線監(jiān)測數(shù)據(jù)建立可靠的災害預警計算模型，根據(jù)氣象災害模型實現(xiàn)對氣象信息的實時計算分析，超出歷史經(jīng)驗災害閾值范圍則啟動預警。實現(xiàn)輸電業(yè)務信息、氣象監(jiān)測信息、地理信息的交叉分析，挖掘氣象數(shù)據(jù)在線路運行業(yè)務中的預警應用功能，為輸電線路的防災提供決策輔助。

（10）構(gòu)建氣象監(jiān)測災害評估模型

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

（11）差異化防雷評估系統(tǒng)開發(fā)及接入

因差異化防雷評估軟件為獨立開發(fā)并實施的系統(tǒng)平臺，其大部分功能有賴于完備的基礎數(shù)據(jù)支撐，其模型搭建、耐雷分析、評估結(jié)果、改造原則制定、防雷措施智能選擇、治理效果評估、報告生成等功能離不開線路設備基礎數(shù)據(jù)和地形地貌數(shù)據(jù)分析，故防災減災系統(tǒng)對差異化防雷評估結(jié)果的數(shù)據(jù)接入和展示都需要待差異化防雷評估系統(tǒng)開發(fā)部署完畢后進行。建議追加資金同時部署差異化防雷評估系統(tǒng)，可有效補充防雷基礎數(shù)據(jù)、預警評估結(jié)果數(shù)據(jù)，實現(xiàn)防雷改造措施制定、耐雷水平計算、雷電參數(shù)調(diào)取分析、雷擊故障預警診斷、評估報告自動生成等核心功能。

（12）輸電線路走廊的區(qū)域分析和綜合信息展示

開發(fā)可直觀地展現(xiàn)輸電線路的風險預警范圍、災害影響范圍、災害分析及災情影響范圍的綜合管理功能，實現(xiàn)可動態(tài)分析的二維輸電線路電子沙盤，集合氣象監(jiān)測的分析處理結(jié)果，輔助制定抗災減災方案，支撐應急搶修和災后恢復重建工作。

2.2 擬解決的主要技術(shù)難點

（1）差異化防雷措施智能選擇及針對性改造方案制定功能研發(fā)

輸電線路耐雷性能的準確分析計算以及雷擊閃絡風險等級的精細評估、差異化防雷措施的科學制定和有效、合理校驗等需要對線路沿線走廊內(nèi)雷電活動特征參數(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)進行全方位的整體綜合統(tǒng)計。

（2）結(jié)合氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)的防山火預警

各類山火監(jiān)測數(shù)據(jù)的有效利用和多條件分析，需要結(jié)合運行經(jīng)驗、巡檢數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)、山火監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)建立評估計算模型，從而有效監(jiān)控和預警。

（3）結(jié)合氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)的地質(zhì)災害預警

需要對多種地質(zhì)災害的成災因子進行研究，分析氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)、地災圖數(shù)據(jù)及實際運行經(jīng)驗對地質(zhì)災害的組合預警模式，構(gòu)建地災預警評估模型。

3 結(jié)論

輸電線路防災減災分析預警系統(tǒng)建成后將完善輸電線路運維指揮中心系統(tǒng)中對輸電線路相關信息數(shù)據(jù)分析處理能力的不足。該系統(tǒng)應用氣象監(jiān)測技術(shù)進行災害分析與成果展示，結(jié)合二維全景地理信息平臺實現(xiàn)氣象監(jiān)測技術(shù)在輸電線路風險預警、災害預警、災后評估及災害分析方面的應用，并對分析成果進行展示，為線路災害的防護和預警提供有力的技術(shù)支持。輸電線路防災減災分析預警系統(tǒng)對支撐技術(shù)的及時性和有效性提出很高的要求，這也為后續(xù)運維指揮中心系統(tǒng)中日常運維工作和反饋評估功能板塊的開發(fā)奠定了堅實的基礎。

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