结合气象条件的电网事故跳闸预警系统设计

陈刚 李伟 花洁

摘 要：近几年来，随着经济的发展环境问题越来越严重，气候变化也日益明显，强对流天气逐渐增多，各类自然灾害事件也频繁发生，这些因素对电网的安全运行带来较大的威胁。各种恶劣天气造成电网受到雷击、风刮异物的影响引发故障跳闸事件频发，甚至发生大范围的停电现象，更严重的灾害事件对电网所造成的危害更是不可估量，因此结合气象条件设计电网事故跳闸预警系统的具有极大的价值和重要意义。本文针对这些情况，结合近几年的电网事故跳闸的概率，分析了引起电网跳闸事故的主要因素，并结合气象条件设计了电网事故跳闸预警系统，有效地结合气象条件将电网事故跳闸降至最低，在电网的防灾预警方面提供参考。

关键词：气象条件;电网;事故跳闸;预警系统

中图分类号：TM732 文献标识码：A 文章编号：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

電网作为我国的关键基础设施，应当安全、可靠的为广大人民提供电力，因此对电网的基本要求便是安全、经济、可靠、优质。随着经济水平的提高，人们对于电网供电的安全性和可靠性要求越来月严格。然而，随着全球环境形势越来越严峻，气候逐渐变化，恶劣天气频发，电网受到台风、雷击、暴雨等天气的影响，发生一系列的短路、跳闸等事故，尤其是最近几年，跳闸事故频发，给电网的安全运行带来极大的威胁。虽然说随着技术的进步，气象部门近几年来对天气灾害预测和预警的准确性逐渐提高，但是相对来说形式较为单一，在某些方面其预测不够精确，与电力防灾的要求有一定的差距。为了提高电网运行的安全性和可靠性，应该有效地结合气象信息设计预警系统，将其对电网运行的安全威胁降到最低。因此，在电力运行过程中为了电网跳闸事故的频发，保障电网的安全性，文章进行了结合气象条件的电网事故跳闸预警系统的设计，便于相关工作人员及时做出有效的预防措施，避免电力事故的发生。

1 电网气象灾害预警研究现状

气象条件的变化对电网造成的影响不容小视，结合气象条件进行电网预警的研究已经获得了国内外研究学者的关注和重视，尤其是国外的相关研究，已经获得了比较成熟的技术。我国经济和技术发展都较为缓慢，因此，对于此方面的相关研究起步较晚，但经过坚持不写的努力，我们在这方面也取得了较好的研究成果。

1.1 国外研究现状

国外发达国家对于电网气象灾害预警系统的研究起步较早。例如，美国利用某地区的历史气象数据，经变电站设计规划，对该地区一年内的风速、温度、降水量等参数进行预算，再利用当地的实际气象条件修正预算值，为电网气象灾害预警系统的开发提供了指导。日本的专家根据温度、降雨量、冰层厚度等参数建立相关检测台，并将监测到的参数数据与实际的天气数据进行比较，若监测数据与实际数据相差不大则采用，否则直接舍弃。其他的发达国家也针对电网气象灾害预警系统进行了大量的研究，对于电力系统的安全运行提供了支持和依据。

1.2 国内研究现状

以国外的相关研究为参考，国内的很多学者、专家也对电网气象灾害预警系统的研究也投入了大量的人力物力，并取得了不错的研究成果。国内的研究主要集中于，结合电网和当地气象的相关资料，利用数学算法或者其他计算方式，研究各天气参数与电力事故之间的关系。例如，2013年，李彦斌等通过建立相应模型研究了各气象参数对电网安全运行的影响;2014年，叶剑华等建立了基于气象参数的电网静态安全评估模型;2017年，霍林等结合电力生产研究了电网气象灾害的主要地区分布，并研究了相关的灾害防御研究，对于电网在恶劣天气下的安全运行提供了重要参考依据。最近几年来，随着我国雷达技术的发展，气象数据资源的准确性越来越高，雷达回波图分析技术提高了电网气象灾害预测的准确性，使电网气象灾害预警系统取得一定实效。

2 引起电网跳闸的主要因素分析

本节对某地区近几年来电网跳闸事故进行了统计，具体的统计数据如表1所示。另外，本节还针对电网跳闸事故主要影响因素进行了分析，具体的跳闸原因及其所占比例如表2所示。

由表1和表2中的数据可以明显得出结论，近几年来，由气象灾害引起的电网跳闸事故占50%以上，而在电网跳闸事故中有气象灾害所引发的跳闸事故所占比例更是高达81.24%。尽管多年来对于电网跳闸事故的预防手段在不断地改革和传新，但是由气象原因引发的电网跳闸事故次数和比例仍是居高不下，电网跳闸事故预警系统的设计迫在眉睫。

3 预警系统设计

3.1 预警系统功能设计

该预警系统的主要功能有，获取天气的实况数据，例如温度、湿度、降水量等;数据存储和处理，将上述获取相关数据存入数据库，利用相关的数学算法計算跳闸事故的概率，并保存;在电网跳闸事故的发生概率较大时，发出预警信号。

3.2 预警系统设计方案

本文中设计的预警系统主要由气象数据采集装置、动态预警监控装置、反向物理隔离装置、数据桥接工作站、可视化系统交换机、数据服务器六部分组成。该系统整体的设计方案如图1所示。

气象数据采集装置主要通过IE端口Document调取气象数据，将所需要的气象数据筛选出来之后，通过反向物理隔离装置发送到数据服务器，数据服务器根据如表3所示的方式进行气象数据的存储，并对获得的气象数据和电网设备进行分析，通过相关数学模型计算得出跳闸事故的发生概率，将数据信息反馈给动态预警监控装置，及时做出相应的预警提醒。

3.3 预警系统主要功能模块设计

本预警系统的主要功能模块包括十个部分的设计，分别为气象数据接入模块、气象数据预处理和存储模块、气象信息分析与查询模块、数据展示模块、WEB气象信息展示模块、电网运行限值动态调整模块、运行断面监视分析模块、现场检修作业监视预警模块、静态安全分析模块、气象风险在线评估与预警模块等。各个功能模块的主要用途分析如下。

气象数据接入模块通过IE端口Document获取气象数据;气象数据预处理和存储模块，筛选出所需的气象数据资料，并进行存储;气象信息分析与查询模块主要用于气象数据的分析、处理和查询;数据展示模块，对经过分析、处理的气象数据通过相应的方式进行展示;WEB气象信息展示模块主要用于对WEB系统上的气象数据进行展示;电网运行限值动态调整模块，根据上述分析结果和相应的参数，对电网运行设备的运行限制进行修正;运行断面监视分析模块，主要用于分析电网运行的断面，分析断面部分设备失去后的电网运行状况;现场检修作业监视预警模块，结合气象预警信息指导电网内的现场检修作业;静态安全分析模块，主要用于对可能发生故障的设备进行扫描，得出相应的分析结果;气象风险在线评估和预警模块是预警系统的核心部分，其详细的结构框架如图2所示。

气象风险在线评估和预警模块在上述模块的基础上，通过计算电网电路的气象跳闸故障概率和电网各点的状态，从而得到电网气象评估指标，从而在各个层面对当前系统状态的安全风险进行评估和预警。

4 结语

近年来，台风、暴雨等极端的天气灾害频发，所引发的跳闸事故也越来越频繁，给国家电网的安全运行带来巨大的威胁，随着智能电网战略的逐渐推进，以及人们对于生活质量的要求越来越高，对于电网的安全运行也提出了更高的要求。为了实现电网安全、经济的运行，电网工作人员除了要检测、监督电网设备的运行状态以外，还要结合气象条件，例如温度、降水量等参数，通过这些信息对电网的运行状态进行分析，预测并计算这些因素可能导致的电网事故跳闸的概率，并及时的采取应对措施，保证电网正常、安全的运行。基于此，本文研究了结合气象条件的电网事故跳闸预警系统，通过对气象数据的及时获取和有效分析、计算，得出电网事故跳闸的概率，便于工作人员及时采取控制措施。

参考文献

[1]刘世豪.衡水地区电网气象灾害预警系统的开发与应用研究[D].北京：华北电力大学，2018.

[2]李治森.基于气象信息的电网监控预警系统研究[D].济南：山东大学，2018.

[3]唐伟杰.电力专业专用的智能气象信息预警系统的开发与实现[D].成都：电子科技大学，2019.

[4]夏桥.输电线路雷击实时风险评估及跳闸预警模型研4究[D].广州：华南理工大学，2019.

[5]王杰，史颖慧，方家麟.基于GIS的电网气象灾害监测预警系统的探究[J].自动化应用，2017（05）：92-93+111.

[6]范晟.基于微气象平台的电网高精度气象灾害预警系统研究[J].科技经济导刊，2016（35）：86+84.

[7]田兵，李冬，邓昊，等.基于实时气象信息的电网灾害预警分析[J].山东电力技术，2015，42（11）：40-42+56.

[8]方嵩.电网雷暴灾害预警技术方案设计与应用[J].技术与市场，2015，22（12）：115-116.