基于自然災(zāi)害的設(shè)備風(fēng)險評估與預(yù)警應(yīng)用

丁薇 顧仕強(qiáng) 劉楊

（1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院云 云南省昆明市 657000 2.昆明能訊科技有限責(zé)任公司 云南省昆明市 650000）

云南省地勢自北向南呈階梯狀逐級下降，屬山地高原地形，山地面積占比高達(dá)88.64%，高海拔與山地在帶來豐富的自然物資的同時，同樣會帶來多樣的自然災(zāi)害。覆冰、地震、山火、雷電等自然災(zāi)害在云南都是較為常見的自然災(zāi)害，這對電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行提出了巨大的挑戰(zhàn)。本文針對云南常見的自然災(zāi)害，提出了一套基于自然災(zāi)害的設(shè)備風(fēng)險評估與預(yù)警應(yīng)用體系。

1 自然災(zāi)害對電網(wǎng)的影響

自然災(zāi)害是人類依賴的自然界中所發(fā)生的異常現(xiàn)象，且對人類社會造成了危害的現(xiàn)象和事件。這些自然災(zāi)害和環(huán)境破壞之間又有著復(fù)雜的相互聯(lián)系。人類要從科學(xué)的意義上認(rèn)識這些災(zāi)害的發(fā)生、發(fā)展以及盡可能減小它們所造成的危害。云南地處云貴高原上，有較多的自然災(zāi)害，包括覆冰、山火、地雷、地震。在這些自然災(zāi)害面前，電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行也將受到巨大挑戰(zhàn)。

因此,采用科學(xué)有效的方法,及時開展自然災(zāi)害下設(shè)備風(fēng)險評估與預(yù)警具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價值。本文在分析了基于自然災(zāi)害與電網(wǎng)設(shè)備信息，提出了一套基于自然災(zāi)害的設(shè)備風(fēng)險評估與預(yù)警辦法，分析各設(shè)備受影響情況，并通知工作人員去核查與維護(hù)設(shè)備，對電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、高效的運(yùn)行提供幫助。

2 自然災(zāi)害數(shù)據(jù)應(yīng)用的不足

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷提高，對于各類自然災(zāi)害數(shù)據(jù)的監(jiān)測都已經(jīng)擁有了較為全面且準(zhǔn)確的手段，如地震發(fā)生后，可通過數(shù)據(jù)處理軟件調(diào)取地震波形進(jìn)行分析，測算出地震的時間、地點(diǎn)與等級三要素；山火可通過衛(wèi)星進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)地面亮度點(diǎn)進(jìn)行分析，確認(rèn)山火點(diǎn)，再結(jié)合山火點(diǎn)周圍的植被類型與風(fēng)力風(fēng)向，進(jìn)行山火趨勢推演。

雖然已經(jīng)可以監(jiān)測這些自然災(zāi)害數(shù)據(jù)，但這些數(shù)據(jù)分散于不同的系統(tǒng)中，電網(wǎng)缺乏對這些自然災(zāi)害數(shù)據(jù)的融合處理，不具備自然災(zāi)害數(shù)據(jù)的自動接入功能，缺乏通過自然災(zāi)害與電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行分析計算，需要一套受自然災(zāi)害影響設(shè)備的風(fēng)險評估模型。這些的缺乏使得每次自然災(zāi)害的發(fā)生需要工作人員大規(guī)模去檢查受災(zāi)情況，且有時候會導(dǎo)致電網(wǎng)受災(zāi)情況進(jìn)一步惡化。針對這些問題亟需開展自然災(zāi)害的風(fēng)險評估與告警，降低自然災(zāi)害對電網(wǎng)的運(yùn)行所造成的影響。

3 基于自然災(zāi)害的設(shè)備風(fēng)險評估與預(yù)警

3.1 自然災(zāi)害數(shù)據(jù)的接入

圖1：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

圖2：地球截面圖

自然災(zāi)害數(shù)據(jù)雖然已經(jīng)都被人們監(jiān)測到了，但目前仍分布于各系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)無法接入電力內(nèi)網(wǎng)中，所以導(dǎo)致自然災(zāi)害數(shù)據(jù)無法和電力數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)合。精確而及時的自然災(zāi)害數(shù)據(jù)通過人工發(fā)現(xiàn)與錄入會具有較大的延時，無法有效應(yīng)對各種自然災(zāi)害的突發(fā)情況。所以亟需開展自然災(zāi)害數(shù)據(jù)的接入，通過接口、消息隊列、文件服務(wù)等形式將自然災(zāi)害接入電力內(nèi)網(wǎng)，具體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖3：設(shè)備風(fēng)險告警

針對各類自然災(zāi)害數(shù)據(jù)采用不同的方式進(jìn)行傳輸，針對文件量較大的氣象數(shù)據(jù)，采用SFTP 文件傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行傳輸；地震數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，數(shù)據(jù)量較少，采用結(jié)構(gòu)化方式進(jìn)行傳輸。在數(shù)據(jù)接入的同時，保證電力內(nèi)網(wǎng)信息安全也是重中之重的一個環(huán)節(jié)，增加內(nèi)外網(wǎng)防火墻，采用單向網(wǎng)閘技術(shù)，保證高密級別內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)不能流向外網(wǎng)，但外網(wǎng)的數(shù)據(jù)可以流向內(nèi)網(wǎng)，從而保證數(shù)據(jù)交互的同時，內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)不泄露至外網(wǎng)。

3.2 自然災(zāi)害影響設(shè)備風(fēng)險評估

數(shù)據(jù)通過應(yīng)用接入成功后，開展自然災(zāi)害影響設(shè)備風(fēng)險評估。首先開展地理空間距離計算，目前可使用的機(jī)房方法包括球面模型和橢球模型兩類：其中球面模型計算方法將地球看成一個標(biāo)準(zhǔn)球體，球面上兩點(diǎn)之間的最短距離即大圓弧長，這種方法使用較廣，但存在一定的誤差；橢球模型，該模型最貼近真實(shí)地球，精度也最高，但計算較為復(fù)雜。下面我們選取三種分析方法進(jìn)行對比，選擇最優(yōu)算法作為自然災(zāi)害下設(shè)備風(fēng)險情況分析算法。

（1）方法一：Oracle Spatial 空間分析之緩沖區(qū)分析方法分析 函 數(shù)SDO_GEOM.SDO_WITHIN_DISTANCE(sdo_Geometry1,Distance,sdo_Geometry2,Tolerance,'unit' ) 用于判斷自然災(zāi)害點(diǎn)在指定的距離內(nèi)周邊附近桿塔信息。其中sdo_Geometry1，sdo_Geometry2為空間數(shù)據(jù)對應(yīng)的幾何對象。Tolerance: 容許的精度范圍；Distance: 指定的距離；Unit: 用于表示距離的單位，可能是m 或是km 等長度單位，但必須是SDO_DIST_UNITS 表中列舉出來的單位之一。

（2）方法二：Haversine 地理空間距離算法。此模型將地球看成圓球，假設(shè)地球上有A(經(jīng)緯度為ja，wa)，B（經(jīng)緯度為jb，wb）兩點(diǎn)，A 和B 兩點(diǎn)的球面距離就是AB 的弧長，AB 弧長=R*∠AOB（注：∠AOB 是A、B 分別于地球的球心的連線的夾角，R 是地球半徑，約為6367 千米），如圖2所示。

根據(jù)經(jīng)緯度，以及地球半徑R，將A、B 兩點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成球體三維坐標(biāo)；

根據(jù)A、B 兩點(diǎn)的三維坐標(biāo)求AB 長度。

最終得出AB 兩點(diǎn)得距離。

（3）Haversine 地理空間距離算法

Haversine 公式采用了正弦函數(shù)，即使距離非常小，也能保持足夠的有效數(shù)字。

其中：

R 為地球半徑。可取平均值 6371km。

φ1,φ2 表示兩點(diǎn)的緯度。

Δλ 表示兩點(diǎn)經(jīng)度的差值。

通過上述三種方法，可準(zhǔn)確計算出自然災(zāi)害與設(shè)備的距離，再結(jié)合設(shè)備的抗風(fēng)險等級進(jìn)行分析。將歷史的自然災(zāi)害數(shù)據(jù)與電網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最終確定與歷史災(zāi)害影響情況吻合的算法。

再依據(jù)此算法，分析設(shè)備與自然災(zāi)害點(diǎn)的距離，同時結(jié)合設(shè)備自身抗風(fēng)險等級進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，對設(shè)備風(fēng)險進(jìn)行評估。當(dāng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備距離災(zāi)害點(diǎn)較近且災(zāi)害情況大于設(shè)備的抗風(fēng)險等級，會通過多樣的手段進(jìn)行風(fēng)險預(yù)警。

3.3 設(shè)備風(fēng)險預(yù)警

當(dāng)設(shè)備風(fēng)險評估完成后，數(shù)據(jù)分析服務(wù)會將數(shù)據(jù)推送至告警服務(wù)器，告警服務(wù)器采用應(yīng)用推送、短信告警、郵件告警的方式進(jìn)行推送消息。工作人員可通過手機(jī)、電腦等設(shè)備進(jìn)行查看推送的消息，及時了解自然災(zāi)害影響的設(shè)備情況。同時采用多種消息渠道推送，降低接收失敗的問題。具體的告警如圖3所示。