河南省新一代雷電定位系統(tǒng)建設(shè)

王超　張宇鵬　劉博　艾文君

摘 要：針對(duì)雷電監(jiān)測(cè)網(wǎng)在河南省邊界地區(qū)存在探測(cè)盲區(qū)，無法對(duì)河南省特高壓電網(wǎng)進(jìn)行完整覆蓋這一問題，本文建立了新一代雷電定位系統(tǒng)，以提升河南省電網(wǎng)雷電定位系統(tǒng)的系統(tǒng)應(yīng)用功能和整體探測(cè)效率、定位精度等性能指標(biāo)，提高電網(wǎng)安全運(yùn)行水平，有力支撐堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)。

關(guān)鍵詞：雷電定位系統(tǒng);子站系統(tǒng);主站系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM863文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2018）26-0135-04

雷電定位系統(tǒng)是研究雷電規(guī)律和指導(dǎo)電網(wǎng)輸變電設(shè)備防雷的有效手段[1]。隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的推進(jìn)，對(duì)雷電定位系統(tǒng)的實(shí)時(shí)雷電預(yù)報(bào)與關(guān)鍵電網(wǎng)智能化雷擊預(yù)警等應(yīng)用方面提出了更高的要求。河南省現(xiàn)有的雷電定位系統(tǒng)在雷電信號(hào)接收識(shí)別、定位精度、可靠性等方面無法滿足實(shí)際應(yīng)用需求。建設(shè)新一代雷電定位系統(tǒng)，全面提升雷電監(jiān)測(cè)網(wǎng)性能勢(shì)在必行。

1 建設(shè)范圍

①建設(shè)雷電多信息處理系統(tǒng)，通過數(shù)字式雷電探測(cè)站進(jìn)行信息采集和聯(lián)網(wǎng)信息交換，并實(shí)現(xiàn)集群式定位計(jì)算。

②在當(dāng)前河南系統(tǒng)盲區(qū)和定位精度低的區(qū)域建設(shè)18個(gè)數(shù)字式雷電探測(cè)站。

③通過B/S結(jié)構(gòu)模式建設(shè)全新的雷電信息展示系統(tǒng)[2]，增加輸電線路雷電活動(dòng)報(bào)警、雷電電磁波波形展示及相關(guān)參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析、雷電信息的圖形展示等功能。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

新一代雷電定位系統(tǒng)（LLS）是一套全自動(dòng)、大面積、高精度、能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)雷電活動(dòng)的系統(tǒng)工具，在系統(tǒng)中能實(shí)時(shí)顯示云對(duì)地雷擊的時(shí)間、位置、雷電波波形、雷電流極性和幅值、回?fù)舸螖?shù)和每次回?fù)魠?shù)等[3]。此外，該系統(tǒng)還能采集、處理、統(tǒng)計(jì)、儲(chǔ)存雷電信息，并且能對(duì)雷電數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

雷電定位系統(tǒng)的組成示意圖如圖1所示。其主要由兩部分組成：子站系統(tǒng)和主站系統(tǒng)。其中，子站系統(tǒng)包括探測(cè)站、配套通信及輔助運(yùn)行設(shè)備;主站系統(tǒng)包括中心站系統(tǒng)、用戶系統(tǒng)及用于支撐應(yīng)用及服務(wù)的配套服務(wù)器等硬件設(shè)備。除此之外，通信系統(tǒng)是組成LLS的重要部分。

3 子站系統(tǒng)

子站系統(tǒng)是新一代雷電定位系統(tǒng)的最前端部分，主要由數(shù)字式雷電探測(cè)站、電源保護(hù)設(shè)備及數(shù)據(jù)通信設(shè)備組成，可實(shí)現(xiàn)雷電信號(hào)捕獲、地閃信號(hào)判別、雷電原始數(shù)據(jù)處理及遠(yuǎn)程傳輸?shù)裙δ堋?/p>

3.1 站址選擇

在高精度覆蓋范圍內(nèi)，為保證覆蓋范圍內(nèi)的探測(cè)效率，并使整個(gè)系統(tǒng)可靠穩(wěn)定運(yùn)行，探測(cè)站的選址應(yīng)遵循以下基本原則。

①雷電定位系統(tǒng)探測(cè)站監(jiān)測(cè)范圍能有效覆蓋監(jiān)測(cè)區(qū)域的骨干電網(wǎng)，并使其處在高精度覆蓋區(qū)域內(nèi)。探測(cè)站布置與探測(cè)精度的關(guān)系如圖2所示。

②探測(cè)站相互間距離應(yīng)控制在50～150km，山區(qū)<100km。關(guān)鍵站點(diǎn)應(yīng)在附近增設(shè)冗余站。

③當(dāng)外圍探測(cè)站組成的多邊形的對(duì)角線大于150km時(shí)，應(yīng)在多邊形內(nèi)增加適當(dāng)數(shù)量的探測(cè)站，以起聯(lián)絡(luò)核心的作用。因此，處于核心地位的，可在適當(dāng)位置增設(shè)1～2個(gè)探測(cè)站。

④探測(cè)站站址到中心站之間要有有效通信通道。

⑤探測(cè)站站址要有可靠電源。

⑥探測(cè)站站址應(yīng)盡量避開周圍較高建筑物或其他遮擋物，遮擋物到探測(cè)站的距離應(yīng)大于遮擋物高出探測(cè)站高度的30倍（見圖3）。

⑦探測(cè)站站址處避開電磁干擾源，真實(shí)雷電信號(hào)會(huì)淹沒在過多過強(qiáng)的電磁干擾中。

根據(jù)上述原則，優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)字式雷電探測(cè)站站址。新建的18個(gè)全數(shù)字式探測(cè)站建站地址選定在焦作市、三門峽市、淅川縣、新蔡縣、永城市、濮陽(yáng)市、新野縣、開封市、洛陽(yáng)市、南陽(yáng)市、駐馬店市、平頂山市、商丘市、周口市、信陽(yáng)市、盧氏縣、商城縣和林州市，各新建站點(diǎn)分布如圖4所示。

3.2 通信及電源條件

通信接口支持E1、TCP/IP有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)等多種通信通道連接。探測(cè)站通信方式根據(jù)當(dāng)?shù)鼐唧w通信條件選擇網(wǎng)絡(luò)或E1等通信方式。若具備雙通道通信條件，可采用雙通道熱備方式確保數(shù)據(jù)通信的可靠。站址應(yīng)具能可靠供電，默認(rèn)支持220V、50Hz交流供電。

4 主站系統(tǒng)

主站系統(tǒng)是雷電定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的樞紐中心，擔(dān)負(fù)5個(gè)重任：①雷電定位系統(tǒng)前置數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)控制和聯(lián)網(wǎng);②數(shù)據(jù)定位計(jì)算與分析;③雷電數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理;④雷電數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、活動(dòng)報(bào)警分析;⑤雷電信息展示與應(yīng)用。其對(duì)從各個(gè)探測(cè)站采集的雷電原始數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，經(jīng)過定位分析，解算出雷電的位置、電流強(qiáng)度、極性、回?fù)舸螖?shù)、雷電波形的陡度和上升時(shí)間等相關(guān)參數(shù)，并將結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。中心站主要有通信服務(wù)器、定位計(jì)算服務(wù)器、雷電數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和統(tǒng)計(jì)計(jì)算服務(wù)器等設(shè)備。

4.1 主站硬件設(shè)計(jì)

4.1.1 服務(wù)器。新一代雷電定位系統(tǒng)中心站設(shè)計(jì)有2臺(tái)通信服務(wù)器，1臺(tái)定位計(jì)算服務(wù)器，1臺(tái)應(yīng)用服務(wù)器及2臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，共計(jì)6臺(tái)機(jī)架式服務(wù)器、1套磁盤陣列。

4.1.2 通信輔助設(shè)備。通信接口可支持E1、TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議連接，本方案探測(cè)站與中心站的通信方式可采用單通道方式（2M或網(wǎng)絡(luò)均可），若通信條件滿足，可同時(shí)采用2M和網(wǎng)絡(luò)兩種通信方式熱備運(yùn)行，全部利用現(xiàn)有的通信信息網(wǎng)絡(luò)資源，僅在探測(cè)站和中心站配置相應(yīng)的接口設(shè)備。

在中心站架設(shè)集中式通信設(shè)備4臺(tái)、串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器2臺(tái)。若以雙通道通信方式配置，則需在每個(gè)探測(cè)站分別配置1套探測(cè)站網(wǎng)絡(luò)通信接口、探測(cè)站E1通信接口、2套光電隔離設(shè)備及1套光傳輸設(shè)備，單通道只需配置一種類型通信設(shè)備即可，以滿足探測(cè)站與中心站的通信需求。探測(cè)站與中心站間的通信方式見圖5。

4.2 主站軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.2.1 探測(cè)站數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是雷電定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)源的提供者。系統(tǒng)通過多種組網(wǎng)信道接收各個(gè)雷電探測(cè)站的數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。采集的數(shù)據(jù)是整個(gè)雷電定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也是負(fù)責(zé)給電網(wǎng)安全技術(shù)支撐平臺(tái)提供雷電監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

4.2.2 集群定位分析處理系統(tǒng)。定位計(jì)算服務(wù)器是雷電定位系統(tǒng)中心站的一個(gè)重要組成部分，主要實(shí)現(xiàn)定位計(jì)算功能。通過數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器獲得的雷電原始數(shù)據(jù)，通過運(yùn)用定位模型進(jìn)行定位計(jì)算分析處理后得到定位數(shù)據(jù)，再將其存儲(chǔ)到服務(wù)器的SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)中。

4.2.3 設(shè)備監(jiān)控分析系統(tǒng)。設(shè)備監(jiān)控分析系統(tǒng)主要對(duì)探測(cè)站運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視，實(shí)時(shí)展示探測(cè)站、中心站各設(shè)備的運(yùn)行狀況。此外，還對(duì)探測(cè)站運(yùn)行各指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)視，統(tǒng)計(jì)探測(cè)站運(yùn)行過程中衛(wèi)星接收情況、晶振漂移、通信狀況等，全面統(tǒng)計(jì)探測(cè)站運(yùn)行效率與運(yùn)行效果。

4.2.4 B/S雷電信息系統(tǒng)。B/S雷電信息系統(tǒng)主要有兩大功能：一是用戶通過系統(tǒng)前臺(tái)進(jìn)行雷電數(shù)據(jù)的監(jiān)控、查詢、分析和統(tǒng)計(jì)，主要包括GIS、實(shí)時(shí)重放、圓和矩形查詢、線路緩沖區(qū)查詢和數(shù)據(jù)管理等功能模塊;二是管理員或權(quán)限用戶進(jìn)行后臺(tái)管理。

4.2.5 系統(tǒng)接口建設(shè)。雷電定位系統(tǒng)應(yīng)具備與數(shù)據(jù)中心、防災(zāi)減災(zāi)系統(tǒng)、GPMS系統(tǒng)及D5000系統(tǒng)的接口，滿足各業(yè)務(wù)部門的應(yīng)用需求。與數(shù)據(jù)中心的系統(tǒng)接口結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示。雷電定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQLServer，數(shù)據(jù)中心采用的數(shù)據(jù)庫(kù)為Oracle。本方案采用在雷電定位數(shù)據(jù)庫(kù)上建立應(yīng)用服務(wù)的方式將雷電定位數(shù)據(jù)和探測(cè)站運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)同步到數(shù)據(jù)中心。

利用Web Service方式將實(shí)時(shí)雷電定位信息及探測(cè)站運(yùn)行狀態(tài)信息定時(shí)推送至數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫(kù)。

4.2.6 掌上雷電信息軟件系統(tǒng)。掌上雷電信息查詢系統(tǒng)是面向移動(dòng)終端的雷電信息系統(tǒng)，提供及時(shí)、便捷、舒適的雷電信息服務(wù)，是對(duì)現(xiàn)有雷電定位系統(tǒng)應(yīng)用方式的延伸，利用高級(jí)移動(dòng)終端的便攜、操作人性化、即時(shí)通信、即時(shí)網(wǎng)絡(luò)連接等特點(diǎn)，將移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、手機(jī)應(yīng)用軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全隔離技術(shù)和雷電應(yīng)用服務(wù)等技術(shù)集成應(yīng)用，用戶通過手機(jī)或平板電腦上安裝的客戶端程序借助蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)或WI-FI上網(wǎng)，便可以隨時(shí)隨地獲得雷電實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、預(yù)警、查詢、統(tǒng)計(jì)等多種雷電應(yīng)用功能。

5 結(jié)論

河南省電網(wǎng)新一代雷電定位系統(tǒng)的建設(shè)，將全面提升河南電網(wǎng)雷電定位系統(tǒng)的應(yīng)用功能和整體探測(cè)效率、定位精度等。河南省電網(wǎng)新一代雷電定位系統(tǒng)的建成，將為提升堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)災(zāi)害防御能力，減少電網(wǎng)因遭受雷擊而造成的損失提供有力的技術(shù)手段，也為提高電網(wǎng)安全運(yùn)行水平提供重要支撐[4]。

參考文獻(xiàn)：

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