結合氣象條件的電網事故跳閘預警系統設計

陳剛 李偉 花潔

摘 要：近幾年來，隨著經濟的發展環境問題越來越嚴重，氣候變化也日益明顯，強對流天氣逐漸增多，各類自然災害事件也頻繁發生，這些因素對電網的安全運行帶來較大的威脅。各種惡劣天氣造成電網受到雷擊、風刮異物的影響引發故障跳閘事件頻發，甚至發生大范圍的停電現象，更嚴重的災害事件對電網所造成的危害更是不可估量，因此結合氣象條件設計電網事故跳閘預警系統的具有極大的價值和重要意義。本文針對這些情況，結合近幾年的電網事故跳閘的概率，分析了引起電網跳閘事故的主要因素，并結合氣象條件設計了電網事故跳閘預警系統，有效地結合氣象條件將電網事故跳閘降至最低，在電網的防災預警方面提供參考。

關鍵詞：氣象條件;電網;事故跳閘;預警系統

中圖分類號：TM732 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）05-0156-03

Design of Early Warning System for Power Grid Accident Tripping Combined with Meteorological Conditions

Chen Gang， Li Wei， Hua Jie

（Foshan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co.， Ltd.， Foshan 528000， China ）

Abstract：In recent years， with the development of economy， environmental problems become more and more serious，climate change is also increasingly obvious， severe convective weather? is increasing gradually， various natural disasters also occur frequently. These factors have brought great threat to the safe operation of power grid. Various bad weather caused the power grid to be affected by lightning and wind blowing foreign matters，causing frequent fault tripping events， and even large-scale power outages. More serious disasters can cause immeasurable harm to the power grid. Therefore， it is of great value and significance to design the early warning system for power grid accident tripping combined with meteorological conditions. In view of these situations， this paper analyzes the main factors causing power grid trip accident based on the probability of grid accident trips in recent years， and designs an early warning system for power grid accident tripping based on meteorological conditions， which effectively reduces the grid accident trip to the lowest and provides reference for the power grid disaster prevention and early warning.

Key words：meteorological conditions; power grid; accident tripping; early warning system

0 引言

電網作為我國的關鍵基礎設施，應當安全、可靠的為廣大人民提供電力，因此對電網的基本要求便是安全、經濟、可靠、優質。隨著經濟水平的提高，人們對于電網供電的安全性和可靠性要求越來月嚴格。然而，隨著全球環境形勢越來越嚴峻，氣候逐漸變化，惡劣天氣頻發，電網受到臺風、雷擊、暴雨等天氣的影響，發生一系列的短路、跳閘等事故，尤其是最近幾年，跳閘事故頻發，給電網的安全運行帶來極大的威脅。雖然說隨著技術的進步，氣象部門近幾年來對天氣災害預測和預警的準確性逐漸提高，但是相對來說形式較為單一，在某些方面其預測不夠精確，與電力防災的要求有一定的差距。為了提高電網運行的安全性和可靠性，應該有效地結合氣象信息設計預警系統，將其對電網運行的安全威脅降到最低。因此，在電力運行過程中為了電網跳閘事故的頻發，保障電網的安全性，文章進行了結合氣象條件的電網事故跳閘預警系統的設計，便于相關工作人員及時做出有效的預防措施，避免電力事故的發生。

1 電網氣象災害預警研究現狀

氣象條件的變化對電網造成的影響不容小視，結合氣象條件進行電網預警的研究已經獲得了國內外研究學者的關注和重視，尤其是國外的相關研究，已經獲得了比較成熟的技術。我國經濟和技術發展都較為緩慢，因此，對于此方面的相關研究起步較晚，但經過堅持不寫的努力，我們在這方面也取得了較好的研究成果。

1.1 國外研究現狀

國外發達國家對于電網氣象災害預警系統的研究起步較早。例如，美國利用某地區的歷史氣象數據，經變電站設計規劃，對該地區一年內的風速、溫度、降水量等參數進行預算，再利用當地的實際氣象條件修正預算值，為電網氣象災害預警系統的開發提供了指導。日本的專家根據溫度、降雨量、冰層厚度等參數建立相關檢測臺，并將監測到的參數數據與實際的天氣數據進行比較，若監測數據與實際數據相差不大則采用，否則直接舍棄。其他的發達國家也針對電網氣象災害預警系統進行了大量的研究，對于電力系統的安全運行提供了支持和依據。

1.2 國內研究現狀

以國外的相關研究為參考，國內的很多學者、專家也對電網氣象災害預警系統的研究也投入了大量的人力物力，并取得了不錯的研究成果。國內的研究主要集中于，結合電網和當地氣象的相關資料，利用數學算法或者其他計算方式，研究各天氣參數與電力事故之間的關系。例如，2013年，李彥斌等通過建立相應模型研究了各氣象參數對電網安全運行的影響;2014年，葉劍華等建立了基于氣象參數的電網靜態安全評估模型;2017年，霍林等結合電力生產研究了電網氣象災害的主要地區分布，并研究了相關的災害防御研究，對于電網在惡劣天氣下的安全運行提供了重要參考依據。最近幾年來，隨著我國雷達技術的發展，氣象數據資源的準確性越來越高，雷達回波圖分析技術提高了電網氣象災害預測的準確性，使電網氣象災害預警系統取得一定實效。

2 引起電網跳閘的主要因素分析

本節對某地區近幾年來電網跳閘事故進行了統計，具體的統計數據如表1所示。另外，本節還針對電網跳閘事故主要影響因素進行了分析，具體的跳閘原因及其所占比例如表2所示。

由表1和表2中的數據可以明顯得出結論，近幾年來，由氣象災害引起的電網跳閘事故占50%以上，而在電網跳閘事故中有氣象災害所引發的跳閘事故所占比例更是高達81.24%。盡管多年來對于電網跳閘事故的預防手段在不斷地改革和傳新，但是由氣象原因引發的電網跳閘事故次數和比例仍是居高不下，電網跳閘事故預警系統的設計迫在眉睫。

3 預警系統設計

3.1 預警系統功能設計

該預警系統的主要功能有，獲取天氣的實況數據，例如溫度、濕度、降水量等;數據存儲和處理，將上述獲取相關數據存入數據庫，利用相關的數學算法計算跳閘事故的概率，并保存;在電網跳閘事故的發生概率較大時，發出預警信號。

3.2 預警系統設計方案

本文中設計的預警系統主要由氣象數據采集裝置、動態預警監控裝置、反向物理隔離裝置、數據橋接工作站、可視化系統交換機、數據服務器六部分組成。該系統整體的設計方案如圖1所示。

氣象數據采集裝置主要通過IE端口Document調取氣象數據，將所需要的氣象數據篩選出來之后，通過反向物理隔離裝置發送到數據服務器，數據服務器根據如表3所示的方式進行氣象數據的存儲，并對獲得的氣象數據和電網設備進行分析，通過相關數學模型計算得出跳閘事故的發生概率，將數據信息反饋給動態預警監控裝置，及時做出相應的預警提醒。

3.3 預警系統主要功能模塊設計

本預警系統的主要功能模塊包括十個部分的設計，分別為氣象數據接入模塊、氣象數據預處理和存儲模塊、氣象信息分析與查詢模塊、數據展示模塊、WEB氣象信息展示模塊、電網運行限值動態調整模塊、運行斷面監視分析模塊、現場檢修作業監視預警模塊、靜態安全分析模塊、氣象風險在線評估與預警模塊等。各個功能模塊的主要用途分析如下。

氣象數據接入模塊通過IE端口Document獲取氣象數據;氣象數據預處理和存儲模塊，篩選出所需的氣象數據資料，并進行存儲;氣象信息分析與查詢模塊主要用于氣象數據的分析、處理和查詢;數據展示模塊，對經過分析、處理的氣象數據通過相應的方式進行展示;WEB氣象信息展示模塊主要用于對WEB系統上的氣象數據進行展示;電網運行限值動態調整模塊，根據上述分析結果和相應的參數，對電網運行設備的運行限制進行修正;運行斷面監視分析模塊，主要用于分析電網運行的斷面，分析斷面部分設備失去后的電網運行狀況;現場檢修作業監視預警模塊，結合氣象預警信息指導電網內的現場檢修作業;靜態安全分析模塊，主要用于對可能發生故障的設備進行掃描，得出相應的分析結果;氣象風險在線評估和預警模塊是預警系統的核心部分，其詳細的結構框架如圖2所示。

氣象風險在線評估和預警模塊在上述模塊的基礎上，通過計算電網電路的氣象跳閘故障概率和電網各點的狀態，從而得到電網氣象評估指標，從而在各個層面對當前系統狀態的安全風險進行評估和預警。

4 結語

近年來，臺風、暴雨等極端的天氣災害頻發，所引發的跳閘事故也越來越頻繁，給國家電網的安全運行帶來巨大的威脅，隨著智能電網戰略的逐漸推進，以及人們對于生活質量的要求越來越高，對于電網的安全運行也提出了更高的要求。為了實現電網安全、經濟的運行，電網工作人員除了要檢測、監督電網設備的運行狀態以外，還要結合氣象條件，例如溫度、降水量等參數，通過這些信息對電網的運行狀態進行分析，預測并計算這些因素可能導致的電網事故跳閘的概率，并及時的采取應對措施，保證電網正常、安全的運行。基于此，本文研究了結合氣象條件的電網事故跳閘預警系統，通過對氣象數據的及時獲取和有效分析、計算，得出電網事故跳閘的概率，便于工作人員及時采取控制措施。

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