输电线路防灾减灾分析预警研究及应用

张宗钰+魏涛

【摘 要】搭建输电线路全景地理信息平台，建设一个输电线路防灾减灾预警分析系统，以便于对输电线路各种运行状态信息及气象信息进行收集、整理和分析，并由相应模块进行诊断，及时地处理各种安全隐患，对自然灾害进行提前预警，提高输电线路运行的安全性和可靠性。开发气象灾害分析预警模块，实现输电业务信息、气象监测信息、地理信息的交叉分析，挖掘气象数据在线路运行业务中的预警应用功能；开发灾情分析模块，为灾害决策制定提供现场第一手资料，辅助及时制定抢修方案和有效进行调度指挥，确保减灾抗灾和应急抢修工作的快速顺利开展。

【关键词】气象信息；预警；防灾；系统设计

0 引言

一个优良的区域电网防灾减灾管理系统必须建立在一套运行良好的电网信息系统之上。当前，国家经济建设的进步，推动了电网的快速发展。随着电网建设逐步完善，越来越密集、越来越复杂的电力设备网络被搭建，这就要求电力企业对其庞大而繁杂的信息进行采集、存储、分析和快速处理，传统的电力系统已无法满足电网的建设和安全经济运行要求。因此，建立一个基于地理信息平台适合运行维护管理220kV及以上输电线路的智能化系统是很必要的。该项目基于建设一个输电线路防灾减灾预警分析系统，以便于对输电线路各种运行状态信息及气象信息进行收集、整理和分析，并由相应模块进行诊断，及时地处理各种安全隐患，对自然灾害进行提前预警，提高输电线路运行的安全性和可靠性。

1 系统概述

输电线路运维工作可分为三类，第一类是对输电线路的监测，并对可能发生的线路灾害进行防护和预警，第二类是输电线路日常运维工作的开展，包括线路的巡视、检测、检修、技改等工作，第三类是输电线路相关工作的反馈和评估，为各项工作的改进提供数据理论支撑。这三类工作会成为运维指挥中心系统今后的发展方向，而输电线路防灾减灾分析预警系统的搭建正是为了更好的实现输电线路运维工作中的灾害防护和预警的功能。

输电线路防灾减灾分析预警系统将基于目前现有系统建设成果，利用多源状态监测数据建立一体化综合监测平台，实现线路状态信息、环境气象信息和二维全景地理信息平台的集中化分析处理与展示，实现设备状态信息和环境气象信息相结合的灾害预警与监测功能，能够根据设备运行状态进行灾害风险与抗灾能力的差异化评估和智能化预警，提早做好相关灾害的防范措施。防灾减灾分析预警系统的数据处理流程按照数据采集、数据分类、数据分析、数据应用4 个阶段层次依次进行。数据提取是该流程的基础，从输电线路现有的状态监测系统采集到的数据被加载到数据仓库中，主要完成生产管理系统、雷电定位系统、覆冰监测系统等生产运行及业务应用系统各种实时信息的汇集和传输，成为之后数据深入挖掘的基础。预警分析集合了数据分类和数据分析2个数据处理阶段，先将各类分布的数据源中的数据根据数据的功能和特点进行筛选，分类和集成，然后在各类子区块中选择相应的专业处理软件实现分析功能。风险判断和辅助决策都属于数据应用阶段，经过分析的数据会根据其涉及到的状态进行各种功能的展示，包括了各种风险的预警、防范措施、应急预案、综合治理方案等。通过这样一个完善的防灾减灾分析预警系统加强了对输电线路实时状态的监控、对信息数据的诊断和优化，较为全面、精细地为输电线路运行检修人员展现了电网的运行状态，并给出相应的监视预警、分析统计、故障诊断、辅助决策等方案，使电网更加安全、可靠、经济、高效的运行。

2 研究内容

2.1 主要研究要点

结合贵州省输电线路运行管理工作的需求，确定新一代输电线路防灾减灾分析预警系统的需求方案、概要设计方案及详细设计方案。确定与信息平台的接口，并编制相应的软件包，实现信息平台上的生产管理数据、在线监测数据与气象监测数据接入；搭建输电线路全景地理信息平台，开发气象灾害分析预警模块，实现输电业务信息、气象监测信息、地理信息的交叉分析，挖掘气象数据在线路运行业务中的预警应用功能；开发灾情分析模块，为灾害决策制定提供现场第一手资料，辅助及时制定抢修方案和有效进行调度指挥，确保减灾抗灾和应急抢修工作的快速顺利开展。

（1）电网防灾减灾现状调研

针对贵州省地理、地质特征调研分析本地区多发的自然灾害，总结各类典型灾害的成灾因子及形成过程，對电网造成的影响，一般防范措施，挖掘电网防灾减灾业务需求，重点研究地质、山火、覆冰、雷电、大风等灾害情况发生时，如何有效利用现代化信息技术有效地预报、监测灾情，如何利用有限的资源，提高电力企业对应急事件快速反映和抗风险能力。

（2）气象监测数据接入要求

气象监测数据覆盖范围为贵州省全境，应至少包括一般气象要素监测数据、突发性灾害天气警报数据、森林火险气象监测数据；一般气象要素获取时间间隔应为逐小时，突发灾害天气警报数据获取时间不高于1小时，监测站以靠近35kV及以上输变电线路为宜。该系统应支持定时/不定时获取气象现状数据和预报信息存储于数据库中，基于统一的坐标系统实现与输变电线路分布图等实现图层叠加显示。

（3）气象灾害预警与评估模型研究

针对雷电、地质、大风、山火和覆冰等几类贵州地区危险输电线路安全的主要灾害类型，结合气象信息研究其成灾因子的发展变化规律，利用在线监测实时数据交叉分析，建立符合贵州地区时空分布规律的自然灾害分析预警模型，用于计算分析灾害的发生几率、发展趋势、灾害范围、灾情统计，实现输电设备的抗灾能力、灾害风险和受灾程度的评估。

（4）防雷专题模块研发

防雷业务的构建依赖于差异化防雷评估系统的支撑，实现对全网220kV及以上线路防雷差异化评估，明确每条线路防雷薄弱点，并提出具体防治措施，编制改造方案。本项目阶段可实现雷电数据的实时展示，故障分析时雷击因素的判别，地闪密度图的计入展示；同时开展防灾减灾系统的差异化防雷接口的设计，交互规约的设计，为以后业务实现无缝接入奠定基础。下阶段将继续申请项，完全实现差异化防雷系统的接入和使用。endprint

（5）防山火专题模块研发

结合山火监测系统、气象监测数据（卫星遥感火情监测资料、24小时森林防火等级、突发性灾害天气预报、5天未来逐日最高温度、最低温度预报）、运行数据，实现24小时森林防火等级警报、历史火点数据查询分析、山火分布监测、火险危险程度评估、火情监测报告、火险预警提示、事故反查、山火控制措施等功能。

（6）防冰专题模块研发

结合气象监测数据（最低温度、相对湿度、降雨量、凝冻预报、重大气象专题预报）、覆冰监测系统、运维指挥中心系统、运行数据，实现冰灾预警、覆冰预警、覆冰监控、覆冰日报等功能。

（7）防风专题模块研发

结合气象监测数据（主导风向数据）、运行数据、风偏、舞动监测系统，实现线路设计参数管理、风偏校核、大风预警等功能。

（8）防地质灾害专题模块研发

结合全省地灾图、气象监测数据（突发性灾害天气预报、降雨量），实现暴雨点预警、泥石流预警等功能。

（9）气象灾害预警模块开发

气象灾害预警模块主要研究利用气象监测信息结合在线监测数据建立可靠的灾害预警计算模型，根据气象灾害模型实现对气象信息的实时计算分析，超出历史经验灾害阈值范围则启动预警。实现输电业务信息、气象监测信息、地理信息的交叉分析，挖掘气象数据在线路运行业务中的预警应用功能，为输电线路的防灾提供决策辅助。

（10）构建气象监测灾害评估模型

结合输电线路大范围气象数据特征对比分析线路走廊灾后自然环境破坏情况，电力设施损毁情况，灾害影响范围及发展趋势建立相应参量模拟计算评估模型，使线路灾害的发生、发展都在监控下，做到救灾抢险的有的放矢，不盲从减灾方案的执行。

（11）差异化防雷评估系统开发及接入

因差异化防雷评估软件为独立开发并实施的系统平台，其大部分功能有赖于完备的基础数据支撑，其模型搭建、耐雷分析、评估结果、改造原则制定、防雷措施智能选择、治理效果评估、报告生成等功能离不开线路设备基础数据和地形地貌数据分析，故防灾减灾系统对差异化防雷评估结果的数据接入和展示都需要待差异化防雷评估系统开发部署完畢后进行。建议追加资金同时部署差异化防雷评估系统，可有效补充防雷基础数据、预警评估结果数据，实现防雷改造措施制定、耐雷水平计算、雷电参数调取分析、雷击故障预警诊断、评估报告自动生成等核心功能。

（12）输电线路走廊的区域分析和综合信息展示

开发可直观地展现输电线路的风险预警范围、灾害影响范围、灾害分析及灾情影响范围的综合管理功能，实现可动态分析的二维输电线路电子沙盘，集合气象监测的分析处理结果，辅助制定抗灾减灾方案，支撑应急抢修和灾后恢复重建工作。

2.2 拟解决的主要技术难点

（1）差异化防雷措施智能选择及针对性改造方案制定功能研发

输电线路耐雷性能的准确分析计算以及雷击闪络风险等级的精细评估、差异化防雷措施的科学制定和有效、合理校验等需要对线路沿线走廊内雷电活动特征参数、输电线路结构参数及其绝缘配置、线路走廊内地形地貌参数等多种参数进行全方位的整体综合统计。

（2）结合气象监测数据的防山火预警

各类山火监测数据的有效利用和多条件分析，需要结合运行经验、巡检数据、气象数据、状态监测数据、山火监测系统数据建立评估计算模型，从而有效监控和预警。

（3）结合气象监测数据的地质灾害预警

需要对多种地质灾害的成灾因子进行研究，分析气象监测数据、地灾图数据及实际运行经验对地质灾害的组合预警模式，构建地灾预警评估模型。

3 结论

输电线路防灾减灾分析预警系统建成后将完善输电线路运维指挥中心系统中对输电线路相关信息数据分析处理能力的不足。该系统应用气象监测技术进行灾害分析与成果展示，结合二维全景地理信息平台实现气象监测技术在输电线路风险预警、灾害预警、灾后评估及灾害分析方面的应用，并对分析成果进行展示，为线路灾害的防护和预警提供有力的技术支持。输电线路防灾减灾分析预警系统对支撑技术的及时性和有效性提出很高的要求，这也为后续运维指挥中心系统中日常运维工作和反馈评估功能板块的开发奠定了坚实的基础。

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