河南电力气象系统研究与应用

李帅 李哲 梁允 崔晶晶

（1.河南恩湃高科集团有限公司，河南郑州 450052；2.国网河南省电力公司电力科学研究院，河南郑州 450052）

河南电力气象系统研究与应用

李帅1李哲2梁允2崔晶晶1

（1.河南恩湃高科集团有限公司，河南郑州 450052；2.国网河南省电力公司电力科学研究院，河南郑州 450052）

随着电网规模的不断扩大和延伸，灾害性天气对电网安全运行的影响越来越大，加强对电网生产造成严重影响的灾害性天气过程的预测预警，能够有效提升电网应对灾害性天气的效率和能力。河南电力气象系统将分散的电力、气象数据资源进行集中整合，实现一体化应用，针对夏季和冬季多发的大风、雷电、冰雹、覆冰和舞动等对电网生产造成影响的气象现象进行预测预警，为运维检修、电网调度、应急抢修等电网生产过程提供必要的气象预测预警信息支撑。

电网；强对流；覆冰舞动；山火监测；防汛

20世纪八九十年代，天气预报的主要服务对象仍以农林牧业和公共服务为主，进入21世纪以来，随着电网规模的不断扩大和延伸，灾害性天气对电网安全运行的影响越来越大，同时随着全球气候变暖、环流异常、灾害性天气产生概率的逐年上升，对电网安全运行的威胁不断增大。2009年至今，全球范围内因气候原因造成的电网故障，影响超过10万人的达28次，占电网大面积停电事故总量的56%。国内也发生了多次因气象原因导致的大面积停电事故，其中影响范围较大的有：2008年以湖南省为主的冰灾，造成大规模电网故障，据统计，此次冰灾共造成367万条线路停运，电网直接经济损失154.5亿元；2009年7月1-5日，广西出现大范围强降雨，造成广西电网10kV以上线路跳闸243条，停运配变（台区）3 362台等［1］。

全球范围内一些科研机构已开展了电力与气象相结合的研究。国外方面，美国Northeast Regional Climate Center，利用天气预报模型（WRF）和Ramer降水型算法对电网进行了短期积冰预测；加拿大等国家研究部门也利用天气因素进行负荷预测等工作。国内方面，近年来各网省电力公司积极加强与气象部门合作，国网江苏省电力公司于2010年部署了覆盖江苏全省的电网气象监测与分析系统；2010年，福建省电力公司与福建省气象台合作开发了福建电网气象信息预警系统；2010年，北京市电力公司调通中心气象展示平台正式投入运行。目前国内一些重要气象部门，如中国气象局公共气象服务中心，已经前瞻性地将电力气象预测预警作为一个重要方向，尝试前期研究及气象信息在电网中的应用［2］。

1 河南电力气象系统建设背景

1.1 河南电网概况

河南省位于中国中东部、黄河中下游，地势呈东低西高态势。河南电网位于华中、华北、西北联网枢纽位置，我国首条1 000kV晋东南-南阳-荆门特高压试验示范工程纵贯全省，2014年从新疆哈密至河南省郑州市的天中±800kV特高压直流工程顺利投运，截至2015年底，500kV主网架已基本形成“两纵四横”的梯形网络结构，220kV电网基本覆盖全省各县。

1.2 河南电力气象系统建设必要性

河南省位于中国中东部，是全国大风、强对流、雨雪天气高发区之一，恶劣天气对电网稳定运行和安全生产的影响较为严重，其中影响范围较大有：2007年夏季，开封地区发生强对流天气，造成多基输电杆塔倒塔；2009年夏季商丘地区强对流天气风速达11级，造成10kV以上电压等级多条输电线路跳闸；2012年7月开封地区强对流天气造成多条线路跳闸等。因此，建立一套有效的结合河南电网的气象预警系统显得尤为重要。

1.3 河南电力气象系统建设基础

国网河南省电力公司、河南省气象局于2010年共同签署了《关于提高电网气象防灾减灾能力的合作协议》，目前已基本形成了气象应急联动机制。同时，河南省气象局拥有121个国家级自动气象站、422个四要素气象站，6部新一代雷达，为相关基础数据的获取提供了有利保证，目前相关气象数据已通过互联网向省公司、电科院开放。

国网河南省电力公司电力科学研究院于2010年建设完成“河南电网监测中心”，并投入运行，对全省输电线路100余套微气象在线监测装置监测数据进行了整合。同时，电科院长期开展“覆冰导线气动力特性及输电线路舞动试验”“输电线路舞动气象预警”等多个课题。此外，国网重点实验室“输电线路舞动防治技术实验室”是我国第1座以研究线路覆冰舞动为主的试验基地，具备开展覆冰、舞动、风偏、微风振动等领域的试验研究能力。目前已借助该基地进行了大量的舞动、风偏等技术研究及验证。

2 河南电力气象系统框架体系及系统介绍

2.1 河南电力气象系统框架体系

近年来，极端气候条件引发的自然灾害严重危害着我国电网的安全生产，进而影响整个社会的生产生活。因此，无论是电网发展的客观要求还是气象部门的内在需求，都要建立一个涵盖电力生产各个阶段的“电力气象整体框架体系”。在集中整合电网、气象数据资源并提升基础工作的基础上，实现电网气象信息服务平台的建设，以此作为数据基础，根据不同的气象预测周期，结合电网主要生产阶段对气象预测预警的实际需求，开展电力气象框架体系研究，为电力气象相关内容的研究、开发和应用提供体系保障，如图1所示。

图1 电力气象框架体系三维关系图

电力气象框架体系，是在对规划设计、基础建设、电网运行、维护检修和应急抢险等主要电网生产阶段对气象预报的需求进行调研、分析的基础上，将电网因素和气象因素进行分类整理、研究，建立不同生产阶段中不同气象因素对不同电力设备的影响关系，并利用统计分析和机理分析的方法，对历史上由气象因素导致的电网故障进行统计分析，建立不同气象因素下，电网生产和设备故障概率预警模型，为电网生产的不同阶段提供不同的气象预测预警信息服务。

2.2 河南电力气象系统介绍

2.2.1 系统界面展示。在国网公司和河南省电力公司的大力支持下，河南省电科院在近几年的科研成果基础上研究开发了河南电力气象系统，主要气象数据来源于中国气象局和河南省气象局，目前已经能够为运行、检修、应急等电网生产全过程提供气象预警信息支撑。

图2为河南电力气象系统首页，主要包括3个功能区，左侧是系统功能菜单，中间是实况天气和预警信息情况的展示，右侧上是预警信息实时提示，右侧下是河南省短期天气预报。

图2 河南电力气象系统首页

2.2.2 系统功能介绍。河南电力气象系统的主要功能包括常规天气预报信息的展示、夏季强对流天气监测预警、冬季覆冰舞动监测预警、春秋季的山火监测预警和防汛功能。

①夏季强对流天气监测预警。迎峰度夏期间，系统针对强对流天气（大风、强降水、雷电和冰雹）监测和预警，主要是利用河南省气象局提供的多普勒雷达探空数据进行计算，通过强对流预警模型筛选出不同等级的预警信息，通过系统对强对流预警区域内的输电线路、变电站运维单位和人员发布预警信息，这样就可以有针对性采取防范措施，避免不必要的经济损失。

图3 线路跳闸前后系统强降水预警

图4 线路跳闸前后系统发布预警短信

图6 线路跳闸前后系统发布预警短信

②冬季覆冰舞动监测预警。迎峰度冬期间，系统针对输电线路的覆冰舞动监测和预警，主要是利用9km× 9km的数值天气预报结果和气象周报，制作并发布舞动预测周报。

③春秋季山火监测预警。春秋季，系统借助极轨气象卫星监测山火信息，实现对山火的监测和预警，自动搜索出火点附近1km范围内输电线路信息，计算和判断出火点与输电杆塔的距离和方位，以及对火点风速、风向进行判断的基础上，汇总生成预警信息通过短信发送至运维人员手机，作为线路巡视和维护的参考依据，保障输电线路和电网安全稳定运行。

④防汛功能。首先通过调研筛选出全省96座易受水淹和冲击的变电站，并在地图上加以标注，然后利用自动气象站实况数据系统计算出不同区域内连续降水量，连续降水量达到50mm的区域，系统自动生成预警短信发送至当地运维和应急人员手机，提示做好应急准备。

3 河南电力气象系统应用情况

自2013年6月投运以来，河南电力气象系统已面向全省18个市供电公司提供预警服务，累计发送预警短信3万余条次，多次成功预警强对流天气、线路覆冰舞动、区域性高强度降水、山火信息等过程，不仅有效减少了各供电公司经济损失，更大大提高了主、配网供电可靠性。

2015年7月29日-8月1日，因强对流天气造成河南电网7条主网输电线路跳闸，河南电气气象系统提前2h发出预警，锁定强对流发生区域为河南北部、西部部分地区，并向强对流区域输电线路、变电站运维单位及运维人员发送预警短信，提示做好应急准备工作，如图3和图4所示。

2015年11月22-24日，因覆冰舞动原因造成河南电网6条主网输电线路跳闸，河南电力气象系统提前12h～3d发出覆冰舞动预警，并发送预警短信提示覆冰舞动区域输电线路故障风险，如图5和图6所示。

4 结语

随着社会发展的加快，用电负荷的稳步攀升，电网规模也在不断扩大和延伸，灾害性天气对电网安全运行的影响越来越大，准确有效地将气象预警信息与电网生产结合起来，不但能提升电网防灾减灾能力和电网企业运营效益，而且能保障广大居民用电可靠性。目前电力气象领域的研究仍在研究验证阶段，仍然存在预警信息误报、漏报的情况，需要大量的数据和案例进行不断的验证完善，才能为电网安全稳定运行提供强有力支撑。

［1］周宁，熊小伏.电力气象技术及应用［M］.北京：中国电力出版社，2015.

［2］大气科学辞典编委会.大气科学辞典［M］.北京：气象出版社，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

国家电网公司重大基础前瞻科技项目（SG20141187）。

李帅（1987-），男，工程师，研究方向：输变电在线监测、电力气象。