智能电网气象防灾减灾预警系统v0.9

智能电网气象防灾减灾预警系统

一、概述

中国是一个灾害多发的国家，在频繁发生的自然灾害中，气象灾害约占70%，每年都给国民经济带来巨大损失。电网的正常运行与气象条件息息相关，气象的变化对电网负荷高峰出现的时间及峰值等有明显的影响，而气象灾害更会影响到电网的安全运行。2008年1月我国南方低温雨雪冰冻灾害造成大范围电网瘫痪，直接经济损失1516亿元。据中国电力科学研究院近20年的统计结果显示，自然灾害己成为造成电网系统稳定破坏事故当中仅次于设备故障的第二大因素。

因此随着社会、经济的发展，了解本地区气象灾害的特征，分析对电力系统影响的工作势在必行，怎么样提高防灾减灾能力是摆在电力系统面前的一个迫切问题，这些工作做好必会有效地抵御和减轻气象灾害造成的损失，对防灾减灾有着重要意义。

应充分整合应用信息系统、计算机技术及通讯技术等高新技术，对气象灾害进行实时的监测预警评估，为电力相关专业部门提供及时、准确、可靠的信息，使防灾减灾有充分的科学预警依据，智能电网的气象防灾预警是智能电网建设和运行以及电力系统精细化管理平台的重要组成部分。

二、气象灾害对电力运行的影响

随着电力建设的快速发展，供电质量的可靠性指标要求日益提高，“提高供电可靠性，确保主网安全运行”是电网发展的根本要求。随着社会经济发展,气象灾害对电力生产的影响越来越明显，由于架空输电线路点多面广，变电站多数一次设备常年累月暴露于大自然中，一旦遇到气象灾害如：狂风暴雨、雷电、冰雪等来临时，电力系统安全运行就面临巨大考验，线路跳闸常有发生，严重影响着电力系统生产安全。下面就影响电力系统安全运行的主要天气情况做一简单介绍，以便于自然灾害的致灾原因和防范对策进行分析和探讨。

(一)热带气旋危害

热带气旋是影响我国沿海及部分内陆地区的主要灾害性天气系统之一。国家标准（ GB/T 19201 -2006 ）将我国预报责任区内的热带气旋划分为：热带低压（ tropical de-pression ， TD ）、热带风暴（ tropical storm ， TS ）、强热带风暴（ severe tropical storm ， STS ）、台风（ typhoon ， TY ）、强台风（ severe typhoon ， STY ）和超强台风（ super typhoon ， SUTY 或SuperTY ）等 6 个等级。

热带气旋对电网的影响主要有强风及暴雨两种方式，其中强风危害主要有：

1)线路倒杆（塔）断线。

2)导线风偏放电。线路中有大跨越、大档距、弧垂的导线，在强风作用下

产生较大风偏，使导与距离较近的建筑物、树木、其他交叉跨越的线等

因电气距离不足而造成放电。

3)线路杆塔上的跳线和变电站构架上的跳线风偏放电。

4)变电站设备引线线夹固定不牢脱落放电。

5)间接危害主要是强风造成线路及变电站以外的其他设备（物品）倒塌或

飞落，导致电力设备的故障。

暴雨的危害主要有：

1)造成线路杆塔倾倒。

2)暴雨侵害变电站电气设备绝缘，致使设备运行异常或故障，或造成二次

控制回路接地、短路故障，导致保护及开关误动。

3)暴雨引起的城市内涝造成水淹地下（或低洼地带）的配电网开关站、配

电室、电缆环网柜等，造成重要用户的长时间停电。

(二)微风危害

输电线路长期处于风速较低的环境，这种持续反复的振动可能造成杆塔螺栓连接松动和构件疲劳破坏。同时由于铁塔与导地线的振动耦合作用，挂点部位钢管构件的高频振动会与导线的高阶振动产生共振，影响导地线防振器的减振效果。水平或接近水平构件的高频振动也会对攀塔维护人员带来身体不适。

(三)雷电危害

特别是大范围的雷暴对高压输电线路和变压器等供电设备危害极大。其不利影响，可以分为机械的、热力的和电磁的影响。机械的影响主要的是各种建筑物

（例如电杆、烟囱和房屋等）的劈裂、倒塌；热力的影响主要是各种导线、避雷针有可能被雷电流熔化甚至蒸发；雷电对电力系统的电磁的影响，就是对绝缘物加以很高的冲击过电压，从而可能引起闪络或击穿现象，这个过电压是感应过电压（又叫感应雷或间接雷）或直击雷。一般的规律是：热而潮湿的区域要比冷而干燥的区域多雷暴；陆地上要比海上多雷暴；山坡上要比平原上多雷暴。

(四)冰雪灾危害

雪灾冻害造成的输电线路覆冰是造成重大事故的主要原因。当导线表面的覆冰超过导线自重及所覆冰重力产生的拉力将通过导线、绝缘子等传递给杆塔，杆塔又将拉力传给拉线，只要导线、绝缘子、杆塔、拉线等其中一个环节承受不住所受拉力，就将会出现倒塔(杆)和断线的事故。

积冰一般会造成电网机械性损伤，如杆塔倒塌、导线断线等，恢复时间长，难度大；电网经济损失严重，恢复重建投资巨大；恶劣天气有发生和发展过程，可以预测。

(五)雾霾污闪

雾霾天气易造成电网设备绝缘性降低，发生污闪、雾闪或导线覆冰，加之气温降低，用电负荷增大，对电网安全运行带来考验。

(六)寒潮危害

寒潮造成的电线积冰对电网造成的影响大得多，其特点是影响范围广。一般在初冬或冬末初春季节，寒潮降温天气产生的云中过冷却液态降水碰到地面物体后会直接冻结成冰，形成雨凇。寒潮引发的冻雨天气会造成使电线上积满雨凇，雨凇最大的危害是使供电线路中断，高压线高高的钢塔在下雪天时，可以会承受2－3倍的重量，但是如果有雨凇的话，可能会承受10－20倍的电线重量，电线或树枝上出现雨凇时，电线结冰后，遇冷收缩，加上风吹引起的震荡和雨凇重量的影响，能使电线和电话线不胜重荷而被压断，几公里以致几十公里的电线杆成排倾倒，造成输电、通讯中断，严重影响当地的工农业生产，历史上许多城市出现过高压线路因为雨凇而成排倒塌的情况。

另外寒潮来袭，还会加重电力部门的负荷，根据电力部门常年的经验，天越冷，电网负荷就会越大，并且增长幅度每年递增。

通过上述分析可以看出诸多气象条件对电力系统的运行安全及调度都会产

生重要影响，电力系统急需对气象变化提前感知并制定一定的管理预案，以便减少极端气象原对电网的不良影响，提高电网运行安全及供电可靠性。

三、气象防灾减灾预警系统可实现的基础

(一)输变电在线监测数据的逐步完善

随着我国统一坚强智能电网的建设，我国电网正在逐步形成大规模、大容量和高电压的，具有信息化、自动化和互动化特征的全国互联电网。在电网的输电环节实现智能输电线路将是保障智能电网安全的重要手段，通过对输电线路运行状态的在线实时监测，实施对输电线路运行状态的信息化、自动化和互动化管理，对预防及减少事故发生，提高输电系统的安全性、可靠性和稳定性可起到十分重要的作用。

输电线路的状态参数主要有实时数据、离线检测数据和试验数据三种，具体分为以下几类:

1) 电线类。包括导线、地线和架空地线复合光缆 ( OPGW) ，主要的状态量有导线温度、张力、微风振动、舞动、覆冰、弧垂和风偏等。

2) 金具类。包括连接金具、接续金具和防护金具，主要的状态量有金具温度、微风振动等。

3) 绝缘子串类。主要的状态量有盐密、灰密、泄漏电流和风偏角等。

4) 杆塔类。包括钢管塔、组合角钢塔，主要的状态量有杆塔倾斜、杆塔应力和杆塔振动等。

5) 基础类。主要的状态量有基础滑移、不均匀沉降、接地电阻及接地网腐蚀等。

6) 外部环境类。包括气象条件、大气环境和通道环境，主要的状态量有风速、风向、气温、湿度、光辐射、降雨量、气压、大气污染物和通道环境状况等。

(二)各级气象局数据及预报水平的提高

气象部门的预报预测准确率和精细化水平在稳步提升，晴雨预报准确率从2006年的83.5%提高到2011年的87.1%；台风24小时、48小时路径预报和沙尘暴数值预报水平达到了世界先进水平；通过推进全国标准化与地方化结合的短时

临近预报业务系统（SWAN）平台的集成应用，使大城市、农村、中小河流域防汛和山洪地质灾害防治精细化气象预报以及灾害性天气落区精细化预报水平得到提升。

而在气候预测方面，多模式超级集合、动力与统计集成等客观化气候预测新技术的研发和应用，实现了第二代月动力延伸预测模式的准业务化运行；第一代动力气候模式预测系统正式投入业务，使我国成为世界上少数几个能够制作气候预测产品的国家之一。近年来，平均汛期降水气候预测准确率保持在70%以上，较前五年平均提高9%左右；全国月气候预测准确率达66%，达到世界先进水平。

(三)电网应对气象的技术及管理水平的提高

设计方面：

国家电网公司提出《差异化规划设计指导意见》，推行差异化设计的基本思路和原则，旨在提高电网抵御自然灾害的能力，提升电网运行的安全水平，保障国家的经济安全。国家电网公司决定在普遍提高设计标准的基础上，对不同线路、不同区段进行差异化设计，确定一批抵御严重自然灾害能力更强的重要线路，提高其设防标准。经差异化设计后，在面临重大自然灾害时，要线路组成的网架及最小骨干网架能够保证电网安全、稳定运行。

技术方面：

国网公司通过制定相关设备的技术功能标准，规范关键设备工艺选材、制造水平及检测标准，通过在线路及变电站安装设备在线监测、雷电定位等系统等技术手段提高应对气象不良因素的技术水平。

管理方面：通过和当地气象部门深度合作，及时掌握气象变化对。电网企业将根据有关预报预警信息，及时调整系统运行方式，相关部门做好应急预案及时应对极端天气的恶劣影响。

但是目前国网应对对气象危害存在的技术系统分散，相关支持数据共享程度低，数据综合处理能力低及和气象部门的合作相对比较松散，气象数据传输实时性不强等不足，急需一套智能气象防灾预计系统，统一整合目前电网相关气象应急数据及加强和气象部门数据整合，以便提高整个电网应对极端气象的能力及效果，提高电网稳定性保证供电可靠性。

四、气象信息平台主要框图

调度

运维检修

五、智能气象减灾主要系统特点

1、多源数据叠加

2、海量数据加载

3、气象信息实时更新

4、在线决策分析

六、气象减灾信息平台系统功能

(一)气候资源动态监管信息系统

气候资源动态监管地理信息系统集信息获取/分析、信息处理/管理、信息应用于一身，能够满足气象行业信息获取与处理的高速、实时与应用的高精度、可定量化分析的要求，因此，在气象行业通过将这些技术的综合集成应用,可以实现气象资源信息的快速采集和处理,为气象决策提供强有力的基础信息资料和决策支持。

气候资源动态监测管理信息系统包括气候资源分类图层管理、气候资源档案管理、气候资源动态监测、气候资源专题分析、气候资源情况报表等五个子系统，各个系统高度集成，为气候资源信息管理和决策提供强有力的技术支持和科学依

据。

(二)气象信息Web发布信息系统

系统使用B/S(Browser/ Server) 网络结构,用户可以通过标准的浏览器来访问气象服务。因为后台数据库与图形数据均和气候资源动态监管信息系统C/S结构相同，使用同一数据。客户端只需要安装图形浏览插件，就可在因特网上或在公示触摸屏上，查询气象及相关信息。

系统主要包括有WEB信息管理模块、行政区域地理信息查询、气象信息查询、气象自动站要素信息查询（包括单站单要素查询、极值查询、平均值查询、差值查询、单一要素全省分布查询）等。系统还可通过各种气象专题分析模型及时向公众发布气象灾害预告和预警。

(三)大气成分监测子系统

大气成分监测系统可以辅助气象部门更好地了解和掌握大气成分分布特征及变化情况，研究其对天气和气候变化的影响，引入天气气候相关预测模式，提高气候预测准确率。

其功能模块如下：

ν 实时数据分析模块

系统可以在特定时间段，定时进行数据更新，并以曲线图的形式，将各项大气监测子标分层显示出来，为气象部门在第一时间判断大气成分的走向提供参考。实时数据分析功能结合大屏幕显示，可以为气象监测提供第一时间的数据分析资料。

ν 多精度数据查询

系统支持五种查询精度，包括分钟查询，十分钟查询，小时查询，日查询，月查询。分钟查询、十分钟查询、日查询等较高精度的查询方式可以提供微观变化的数据分析依据，月查询则提供了宏观上的数据分析依据。

ν 按观测点或大气要素进行数据对比分析

系统可以在一个动画上显示同一要素在不同观测点的多条变化曲线，为观察某一要素在不同观测点环境下的特性和变化规律提供分析依据;多要素数据显示则可以结合要素特性的不同对不同观测点的实际情况进行分析。

ν 可定制数据报表生成与下载

系统能根据用户指定的大气成份、时间段、观测点等要素生成对应的数据报表，并提供Excel电子表格形式的文件供用户下载。

ν 直观丰富的显示形式

系统以动画的形式来表现大气成分的变化趋势，支持曲线图、K线图两种表现形式。

(四)电力气象信息共享与发布信息系统

当前在电力结构调整、电力增收致富和农产品市场发展的新形势下，广大电力决策者、电力科技人员和电力生产者对电力气象信息的需求更加迫切。电力气象信息共享与发布信息系统不同于一些静态的分析产品和图像，它能够提供交互的、动态的信息查询，并能结合GIS技术提供地图空间查询的功能，满足决策者、生产者对于获取更详细、更丰富信息的需求。利用GIS中的缓冲区分析、叠置分析等空间分析手段，可以将气象信息、电力适宜性条件与基础地理信息相结合。

系统包括有电力气象信息查询子系统、电力气象灾害监测子系统。具体功能如下：

ν 电力气象信息查询功能

利用ODBC技术，在WebGIS中直接连接、访问分布式数据库，根据用户选择的空间地理位置和输入的电力气象属性查询条件，索取数据库中相应的数据，实现要素或多要素空间到属性的双向查询，在查询到某点的基本资料后，还可以查询该点相应的历史变化情况，并在客户端以图表方式显示，查询的项目主要包括全基本电力气象信息（温度、降水、日照等）、农作物生长状况信息（发育期、长势、株高等）、土壤水分状况信息（10cm、20cm、50cm、70cm、100cm 土壤水分相对湿度和干土层厚度）、主要电力气象灾害信息（干旱、洪涝、台风、暴雨、低温冷害、冻害、霜冻、寒露风、干热风、连阴雨、渍害等电力气象灾害及其分布、时间、范围、作物、面积、程度等）的历史数据。

ν电力气象信息专题分析功能

目前，发布电力气象信息专题地图主要是包括实时光、温、水基本气象信息及其与历史同期对比分析、作物生长发育过程及相关气象条件信息、土壤水分状况分析、主要电力气象灾害发生的受害情况等。这些实时信息通过分析加工后，

结合相关的地理背景数据，以等级符号、独立值、点密度、饼图、直方图方式进行区域显示。

电力气象灾害监测功能

该模块可在局域网中获取各级地面观测日资料，提取其中的温度、降水量、日照等气象要素，根据电力气象灾害评估指标进行分析，计算出当前时间发生的电力气象灾害种类和等级。系统充分利用GIS功能，提供可视化检索查询、比较、动态追踪等功能。同时可通过Internet网络，提供多用户服务。

(五)气象灾害信息系统

气象灾害信息系统的研究开发是气象行业发展的内在需要, 随着当代信息技术和技术快速发展, 气象灾害信息系统的功能将越来越强大, 应用前景也越来越广阔。也将为气象灾害信息管理提供更有效的分析手段和工具, 进一步提高防灾减灾能力。

气象灾害信息系统可以将遥感图像与已有的各种专题地图进行匹配，利用地理信息系统模糊查询功能，实现对发生气象灾害的地理位置的定位，或者根据经纬度、大地坐标交互式地在地图上确定气象灾害，并将有关的信息显示给指挥者。系统包含有气象灾害监测子系统、气象灾害评估分析子系统、气象灾害预警发布子系统。

具体功能如下：

气象灾害监测

系统设计开发基于GIS 和新一代多普勒天气雷达的突发性气象灾害监测系统,利用GIS 将空间雷达回波信息与地理属性数据有机地融合在一起，在探测要素、探测空间密度、探测时间密度上全方位地进行业务体制改革，提供定时、定点、定量和连续滚动的预警。

气象灾害预测

利用GIS 分析气象数据，可以对未来潜在的突发事件进行预测。

气象灾害评估

对气象灾害可能发生的部位、对象、影响形式等做出判断，在特定的气象评估分析模型中，充分应用GIS软件自带的空间分析模块中的缓冲区分析、叠置分析，进行评估计算。

气象灾害区划查询

当用户在屏幕上点击某一发生地、或气象灾害小班时，系统即显示相应的气象灾害信息或该小班相关的发生地。利用站点格式的资料文件, 可以通过气象填图形式查询显示每一个站的气象灾害。

气象预警有效性分析

有效性分析归结起来涉及到两个时间，TE为对气象灾害的有效预报时间，TS 为预警系统的响应时间。从气象灾害(或潜在发生气象灾害环境)被探测到的一刻开始，到用户收到预警信号时刻为止，为全过程所需要的时间。在一次气象灾害预警服务中，当满足：TE > TS，则该次气象预警为有效。

构筑在GIS系统基础上的气象预警系统可以大幅度地降低TS，提高预警的有效性，从而使过去某些无法开展的预警工作成为可能。

气象预警发布

预警信号不同于天气预报，传统的“台风警报”等属于天气预报的范畴,相当于信息公告；而“预警信号”相当于应急预案的行动指令，它是一个城市(或地区)防御气象灾害的基本对策。故而气象预警的发布不仅是要将预警信息公告，更是将预警信号传达给各个相关部门，并根据预警评估的范围，通知灾害可能发生区域的行政有关部门，提早做好防治措施。

(六)重点工程气象保障信息系统

平台还提供了自主开发接口，气象部门可以根据具体工程需要，针对项目需求，对项目区域潜在的自然气象灾害及人为灾害进行分析预测。根据项目对气象条件的要求差异，设定阈值，提供项目进行参考意见。如奥运气象保障服务系统、长江三峡建设气象保障服务子系统。

附件：气象资料在设计电力线路的用途表