河南電力氣象系統(tǒng)研究與應(yīng)用

李帥 李哲 梁允 崔晶晶

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

河南電力氣象系統(tǒng)研究與應(yīng)用

李帥1李哲2梁允2崔晶晶1

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

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大和延伸，災(zāi)害性天氣對電網(wǎng)安全運行的影響越來越大，加強對電網(wǎng)生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響的災(zāi)害性天氣過程的預(yù)測預(yù)警，能夠有效提升電網(wǎng)應(yīng)對災(zāi)害性天氣的效率和能力。河南電力氣象系統(tǒng)將分散的電力、氣象數(shù)據(jù)資源進(jìn)行集中整合，實現(xiàn)一體化應(yīng)用，針對夏季和冬季多發(fā)的大風(fēng)、雷電、冰雹、覆冰和舞動等對電網(wǎng)生產(chǎn)造成影響的氣象現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)測預(yù)警，為運維檢修、電網(wǎng)調(diào)度、應(yīng)急搶修等電網(wǎng)生產(chǎn)過程提供必要的氣象預(yù)測預(yù)警信息支撐。

電網(wǎng)；強對流；覆冰舞動；山火監(jiān)測；防汛

20世紀(jì)八九十年代，天氣預(yù)報的主要服務(wù)對象仍以農(nóng)林牧業(yè)和公共服務(wù)為主，進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大和延伸，災(zāi)害性天氣對電網(wǎng)安全運行的影響越來越大，同時隨著全球氣候變暖、環(huán)流異常、災(zāi)害性天氣產(chǎn)生概率的逐年上升，對電網(wǎng)安全運行的威脅不斷增大。2009年至今，全球范圍內(nèi)因氣候原因造成的電網(wǎng)故障，影響超過10萬人的達(dá)28次，占電網(wǎng)大面積停電事故總量的56%。國內(nèi)也發(fā)生了多次因氣象原因?qū)е碌拇竺娣e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(zāi)，造成大規(guī)模電網(wǎng)故障，據(jù)統(tǒng)計，此次冰災(zāi)共造成367萬條線路停運，電網(wǎng)直接經(jīng)濟(jì)損失154.5億元；2009年7月1-5日，廣西出現(xiàn)大范圍強降雨，造成廣西電網(wǎng)10kV以上線路跳閘243條，停運配變（臺區(qū)）3 362臺等［1］。

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

1 河南電力氣象系統(tǒng)建設(shè)背景

1.1 河南電網(wǎng)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(tài)勢。河南電網(wǎng)位于華中、華北、西北聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)架已基本形成“兩縱四橫”的梯形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，220kV電網(wǎng)基本覆蓋全省各縣。

1.2 河南電力氣象系統(tǒng)建設(shè)必要性

河南省位于中國中東部，是全國大風(fēng)、強對流、雨雪天氣高發(fā)區(qū)之一，惡劣天氣對電網(wǎng)穩(wěn)定運行和安全生產(chǎn)的影響較為嚴(yán)重，其中影響范圍較大有：2007年夏季，開封地區(qū)發(fā)生強對流天氣，造成多基輸電桿塔倒塔；2009年夏季商丘地區(qū)強對流天氣風(fēng)速達(dá)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(qū)強對流天氣造成多條線路跳閘等。因此，建立一套有效的結(jié)合河南電網(wǎng)的氣象預(yù)警系統(tǒng)顯得尤為重要。

1.3 河南電力氣象系統(tǒng)建設(shè)基礎(chǔ)

國網(wǎng)河南省電力公司、河南省氣象局于2010年共同簽署了《關(guān)于提高電網(wǎng)氣象防災(zāi)減災(zāi)能力的合作協(xié)議》，目前已基本形成了氣象應(yīng)急聯(lián)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(dá)，為相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取提供了有利保證，目前相關(guān)氣象數(shù)據(jù)已通過互聯(lián)網(wǎng)向省公司、電科院開放。

國網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院于2010年建設(shè)完成“河南電網(wǎng)監(jiān)測中心”，并投入運行，對全省輸電線路100余套微氣象在線監(jiān)測裝置監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了整合。同時，電科院長期開展“覆冰導(dǎo)線氣動力特性及輸電線路舞動試驗”“輸電線路舞動氣象預(yù)警”等多個課題。此外，國網(wǎng)重點實驗室“輸電線路舞動防治技術(shù)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(fēng)偏、微風(fēng)振動等領(lǐng)域的試驗研究能力。目前已借助該基地進(jìn)行了大量的舞動、風(fēng)偏等技術(shù)研究及驗證。

2 河南電力氣象系統(tǒng)框架體系及系統(tǒng)介紹

2.1 河南電力氣象系統(tǒng)框架體系

近年來，極端氣候條件引發(fā)的自然災(zāi)害嚴(yán)重危害著我國電網(wǎng)的安全生產(chǎn)，進(jìn)而影響整個社會的生產(chǎn)生活。因此，無論是電網(wǎng)發(fā)展的客觀要求還是氣象部門的內(nèi)在需求，都要建立一個涵蓋電力生產(chǎn)各個階段的“電力氣象整體框架體系”。在集中整合電網(wǎng)、氣象數(shù)據(jù)資源并提升基礎(chǔ)工作的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)電網(wǎng)氣象信息服務(wù)平臺的建設(shè)，以此作為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，根據(jù)不同的氣象預(yù)測周期，結(jié)合電網(wǎng)主要生產(chǎn)階段對氣象預(yù)測預(yù)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(guān)內(nèi)容的研究、開發(fā)和應(yīng)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(guān)系圖

電力氣象框架體系，是在對規(guī)劃設(shè)計、基礎(chǔ)建設(shè)、電網(wǎng)運行、維護(hù)檢修和應(yīng)急搶險等主要電網(wǎng)生產(chǎn)階段對氣象預(yù)報的需求進(jìn)行調(diào)研、分析的基礎(chǔ)上，將電網(wǎng)因素和氣象因素進(jìn)行分類整理、研究，建立不同生產(chǎn)階段中不同氣象因素對不同電力設(shè)備的影響關(guān)系，并利用統(tǒng)計分析和機理分析的方法，對歷史上由氣象因素導(dǎo)致的電網(wǎng)故障進(jìn)行統(tǒng)計分析，建立不同氣象因素下，電網(wǎng)生產(chǎn)和設(shè)備故障概率預(yù)警模型，為電網(wǎng)生產(chǎn)的不同階段提供不同的氣象預(yù)測預(yù)警信息服務(wù)。

2.2 河南電力氣象系統(tǒng)介紹

2.2.1 系統(tǒng)界面展示。在國網(wǎng)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(chǔ)上研究開發(fā)了河南電力氣象系統(tǒng)，主要氣象數(shù)據(jù)來源于中國氣象局和河南省氣象局，目前已經(jīng)能夠為運行、檢修、應(yīng)急等電網(wǎng)生產(chǎn)全過程提供氣象預(yù)警信息支撐。

圖2為河南電力氣象系統(tǒng)首頁，主要包括3個功能區(qū)，左側(cè)是系統(tǒng)功能菜單，中間是實況天氣和預(yù)警信息情況的展示，右側(cè)上是預(yù)警信息實時提示，右側(cè)下是河南省短期天氣預(yù)報。

圖2 河南電力氣象系統(tǒng)首頁

2.2.2 系統(tǒng)功能介紹。河南電力氣象系統(tǒng)的主要功能包括常規(guī)天氣預(yù)報信息的展示、夏季強對流天氣監(jiān)測預(yù)警、冬季覆冰舞動監(jiān)測預(yù)警、春秋季的山火監(jiān)測預(yù)警和防汛功能。

①夏季強對流天氣監(jiān)測預(yù)警。迎峰度夏期間，系統(tǒng)針對強對流天氣（大風(fēng)、強降水、雷電和冰雹）監(jiān)測和預(yù)警，主要是利用河南省氣象局提供的多普勒雷達(dá)探空數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，通過強對流預(yù)警模型篩選出不同等級的預(yù)警信息，通過系統(tǒng)對強對流預(yù)警區(qū)域內(nèi)的輸電線路、變電站運維單位和人員發(fā)布預(yù)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(jīng)濟(jì)損失。

圖3 線路跳閘前后系統(tǒng)強降水預(yù)警

圖4 線路跳閘前后系統(tǒng)發(fā)布預(yù)警短信

圖6 線路跳閘前后系統(tǒng)發(fā)布預(yù)警短信

②冬季覆冰舞動監(jiān)測預(yù)警。迎峰度冬期間，系統(tǒng)針對輸電線路的覆冰舞動監(jiān)測和預(yù)警，主要是利用9km× 9km的數(shù)值天氣預(yù)報結(jié)果和氣象周報，制作并發(fā)布舞動預(yù)測周報。

③春秋季山火監(jiān)測預(yù)警。春秋季，系統(tǒng)借助極軌氣象衛(wèi)星監(jiān)測山火信息，實現(xiàn)對山火的監(jiān)測和預(yù)警，自動搜索出火點附近1km范圍內(nèi)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(fēng)速、風(fēng)向進(jìn)行判斷的基礎(chǔ)上，匯總生成預(yù)警信息通過短信發(fā)送至運維人員手機，作為線路巡視和維護(hù)的參考依據(jù)，保障輸電線路和電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

④防汛功能。首先通過調(diào)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(biāo)注，然后利用自動氣象站實況數(shù)據(jù)系統(tǒng)計算出不同區(qū)域內(nèi)連續(xù)降水量，連續(xù)降水量達(dá)到50mm的區(qū)域，系統(tǒng)自動生成預(yù)警短信發(fā)送至當(dāng)?shù)剡\維和應(yīng)急人員手機，提示做好應(yīng)急準(zhǔn)備。

3 河南電力氣象系統(tǒng)應(yīng)用情況

自2013年6月投運以來，河南電力氣象系統(tǒng)已面向全省18個市供電公司提供預(yù)警服務(wù)，累計發(fā)送預(yù)警短信3萬余條次，多次成功預(yù)警強對流天氣、線路覆冰舞動、區(qū)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(jīng)濟(jì)損失，更大大提高了主、配網(wǎng)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(wǎng)7條主網(wǎng)輸電線路跳閘，河南電氣氣象系統(tǒng)提前2h發(fā)出預(yù)警，鎖定強對流發(fā)生區(qū)域為河南北部、西部部分地區(qū)，并向強對流區(qū)域輸電線路、變電站運維單位及運維人員發(fā)送預(yù)警短信，提示做好應(yīng)急準(zhǔn)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(wǎng)6條主網(wǎng)輸電線路跳閘，河南電力氣象系統(tǒng)提前12h～3d發(fā)出覆冰舞動預(yù)警，并發(fā)送預(yù)警短信提示覆冰舞動區(qū)域輸電線路故障風(fēng)險，如圖5和圖6所示。

4 結(jié)語

隨著社會發(fā)展的加快，用電負(fù)荷的穩(wěn)步攀升，電網(wǎng)規(guī)模也在不斷擴大和延伸，災(zāi)害性天氣對電網(wǎng)安全運行的影響越來越大，準(zhǔn)確有效地將氣象預(yù)警信息與電網(wǎng)生產(chǎn)結(jié)合起來，不但能提升電網(wǎng)防災(zāi)減災(zāi)能力和電網(wǎng)企業(yè)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(lǐng)域的研究仍在研究驗證階段，仍然存在預(yù)警信息誤報、漏報的情況，需要大量的數(shù)據(jù)和案例進(jìn)行不斷的驗證完善，才能為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行提供強有力支撐。

［1］周寧，熊小伏.電力氣象技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京：中國電力出版社，2015.

［2］大氣科學(xué)辭典編委會.大氣科學(xué)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(wǎng)公司重大基礎(chǔ)前瞻科技項目（SG20141187）。

李帥（1987-），男，工程師，研究方向：輸變電在線監(jiān)測、電力氣象。