河南省新一代雷電定位系統建設

王超　張宇鵬　劉博　艾文君

摘 要：針對雷電監(jiān)測網在河南省邊界地區(qū)存在探測盲區(qū)，無法對河南省特高壓電網進行完整覆蓋這一問題，本文建立了新一代雷電定位系統，以提升河南省電網雷電定位系統的系統應用功能和整體探測效率、定位精度等性能指標，提高電網安全運行水平，有力支撐堅強智能電網。

關鍵詞：雷電定位系統;子站系統;主站系統

中圖分類號：TM863文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2018）26-0135-04

雷電定位系統是研究雷電規(guī)律和指導電網輸變電設備防雷的有效手段[1]。隨著電網規(guī)模的不斷擴大和堅強智能電網的推進，對雷電定位系統的實時雷電預報與關鍵電網智能化雷擊預警等應用方面提出了更高的要求。河南省現有的雷電定位系統在雷電信號接收識別、定位精度、可靠性等方面無法滿足實際應用需求。建設新一代雷電定位系統，全面提升雷電監(jiān)測網性能勢在必行。

1 建設范圍

①建設雷電多信息處理系統，通過數字式雷電探測站進行信息采集和聯網信息交換，并實現集群式定位計算。

②在當前河南系統盲區(qū)和定位精度低的區(qū)域建設18個數字式雷電探測站。

③通過B/S結構模式建設全新的雷電信息展示系統[2]，增加輸電線路雷電活動報警、雷電電磁波波形展示及相關參數統計分析、雷電信息的圖形展示等功能。

2 系統結構

新一代雷電定位系統（LLS）是一套全自動、大面積、高精度、能實時監(jiān)測雷電活動的系統工具，在系統中能實時顯示云對地雷擊的時間、位置、雷電波波形、雷電流極性和幅值、回擊次數和每次回擊參數等[3]。此外，該系統還能采集、處理、統計、儲存雷電信息，并且能對雷電數據進行轉發(fā)。

雷電定位系統的組成示意圖如圖1所示。其主要由兩部分組成：子站系統和主站系統。其中，子站系統包括探測站、配套通信及輔助運行設備;主站系統包括中心站系統、用戶系統及用于支撐應用及服務的配套服務器等硬件設備。除此之外，通信系統是組成LLS的重要部分。

3 子站系統

子站系統是新一代雷電定位系統的最前端部分，主要由數字式雷電探測站、電源保護設備及數據通信設備組成，可實現雷電信號捕獲、地閃信號判別、雷電原始數據處理及遠程傳輸等功能。

3.1 站址選擇

在高精度覆蓋范圍內，為保證覆蓋范圍內的探測效率，并使整個系統可靠穩(wěn)定運行，探測站的選址應遵循以下基本原則。

①雷電定位系統探測站監(jiān)測范圍能有效覆蓋監(jiān)測區(qū)域的骨干電網，并使其處在高精度覆蓋區(qū)域內。探測站布置與探測精度的關系如圖2所示。

②探測站相互間距離應控制在50～150km，山區(qū)<100km。關鍵站點應在附近增設冗余站。

③當外圍探測站組成的多邊形的對角線大于150km時，應在多邊形內增加適當數量的探測站，以起聯絡核心的作用。因此，處于核心地位的，可在適當位置增設1～2個探測站。

④探測站站址到中心站之間要有有效通信通道。

⑤探測站站址要有可靠電源。

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

⑦探測站站址處避開電磁干擾源，真實雷電信號會淹沒在過多過強的電磁干擾中。

根據上述原則，優(yōu)化設計數字式雷電探測站站址。新建的18個全數字式探測站建站地址選定在焦作市、三門峽市、淅川縣、新蔡縣、永城市、濮陽市、新野縣、開封市、洛陽市、南陽市、駐馬店市、平頂山市、商丘市、周口市、信陽市、盧氏縣、商城縣和林州市，各新建站點分布如圖4所示。

3.2 通信及電源條件

通信接口支持E1、TCP/IP有線網絡、無線網絡等多種通信通道連接。探測站通信方式根據當地具體通信條件選擇網絡或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據通信的可靠。站址應具能可靠供電，默認支持220V、50Hz交流供電。

4 主站系統

主站系統是雷電定位監(jiān)測系統的樞紐中心，擔負5個重任：①雷電定位系統前置數據處理、系統控制和聯網;②數據定位計算與分析;③雷電數據的存儲與管理;④雷電數據的統計分析、活動報警分析;⑤雷電信息展示與應用。其對從各個探測站采集的雷電原始數據進行匯總，經過定位分析，解算出雷電的位置、電流強度、極性、回擊次數、雷電波形的陡度和上升時間等相關參數，并將結果保存到數據庫服務器。中心站主要有通信服務器、定位計算服務器、雷電數據庫服務器和統計計算服務器等設備。

4.1 主站硬件設計

4.1.1 服務器。新一代雷電定位系統中心站設計有2臺通信服務器，1臺定位計算服務器，1臺應用服務器及2臺數據庫服務器，共計6臺機架式服務器、1套磁盤陣列。

4.1.2 通信輔助設備。通信接口可支持E1、TCP/IP網絡協議連接，本方案探測站與中心站的通信方式可采用單通道方式（2M或網絡均可），若通信條件滿足，可同時采用2M和網絡兩種通信方式熱備運行，全部利用現有的通信信息網絡資源，僅在探測站和中心站配置相應的接口設備。

在中心站架設集中式通信設備4臺、串口聯網服務器2臺。若以雙通道通信方式配置，則需在每個探測站分別配置1套探測站網絡通信接口、探測站E1通信接口、2套光電隔離設備及1套光傳輸設備，單通道只需配置一種類型通信設備即可，以滿足探測站與中心站的通信需求。探測站與中心站間的通信方式見圖5。

4.2 主站軟件系統設計

4.2.1 探測站數據采集系統。數據采集系統是雷電定位系統數據源的提供者。系統通過多種組網信道接收各個雷電探測站的數據，以實現數據采集。采集的數據是整個雷電定位監(jiān)測系統的基礎數據，也是負責給電網安全技術支撐平臺提供雷電監(jiān)測的基礎數據。

4.2.2 集群定位分析處理系統。定位計算服務器是雷電定位系統中心站的一個重要組成部分，主要實現定位計算功能。通過數據庫服務器獲得的雷電原始數據，通過運用定位模型進行定位計算分析處理后得到定位數據，再將其存儲到服務器的SQL Server數據庫中。

4.2.3 設備監(jiān)控分析系統。設備監(jiān)控分析系統主要對探測站運行情況進行監(jiān)視，實時展示探測站、中心站各設備的運行狀況。此外，還對探測站運行各指標進行監(jiān)視，統計探測站運行過程中衛(wèi)星接收情況、晶振漂移、通信狀況等，全面統計探測站運行效率與運行效果。

4.2.4 B/S雷電信息系統。B/S雷電信息系統主要有兩大功能：一是用戶通過系統前臺進行雷電數據的監(jiān)控、查詢、分析和統計，主要包括GIS、實時重放、圓和矩形查詢、線路緩沖區(qū)查詢和數據管理等功能模塊;二是管理員或權限用戶進行后臺管理。

4.2.5 系統接口建設。雷電定位系統應具備與數據中心、防災減災系統、GPMS系統及D5000系統的接口，滿足各業(yè)務部門的應用需求。與數據中心的系統接口結構示意圖如圖6所示。雷電定位系統數據庫采用SQLServer，數據中心采用的數據庫為Oracle。本方案采用在雷電定位數據庫上建立應用服務的方式將雷電定位數據和探測站運行狀態(tài)數據同步到數據中心。

利用Web Service方式將實時雷電定位信息及探測站運行狀態(tài)信息定時推送至數據中心數據庫。

4.2.6 掌上雷電信息軟件系統。掌上雷電信息查詢系統是面向移動終端的雷電信息系統，提供及時、便捷、舒適的雷電信息服務，是對現有雷電定位系統應用方式的延伸，利用高級移動終端的便攜、操作人性化、即時通信、即時網絡連接等特點，將移動互聯網技術、手機應用軟件技術、網絡安全隔離技術和雷電應用服務等技術集成應用，用戶通過手機或平板電腦上安裝的客戶端程序借助蜂窩移動網絡或WI-FI上網，便可以隨時隨地獲得雷電實時監(jiān)測、預警、查詢、統計等多種雷電應用功能。

5 結論

河南省電網新一代雷電定位系統的建設，將全面提升河南電網雷電定位系統的應用功能和整體探測效率、定位精度等。河南省電網新一代雷電定位系統的建成，將為提升堅強智能電網災害防御能力，減少電網因遭受雷擊而造成的損失提供有力的技術手段，也為提高電網安全運行水平提供重要支撐[4]。

參考文獻：

[1]蔡漢生，陳喜鵬，史丹，等.南方電網雷電定位系統及其應用[J].南方電網技術，2015（1）：14-18.

[2]汪沁.雷電定位查詢系統設計與實現[D].成都：電子科技大學，2018.

[3]李金哲.雷電定位系統在電網中的運用[J].大眾用電，2018（3）：24-25.

[4]周立平，楊博濤.新一代雷電定位系統的建設與應用[J].電工技術，2016（3）：5-7.