河南省新一代雷电定位系统建设

王超　张宇鹏　刘博　艾文君

摘 要：针对雷电监测网在河南省边界地区存在探测盲区，无法对河南省特高压电网进行完整覆盖这一问题，本文建立了新一代雷电定位系统，以提升河南省电网雷电定位系统的系统应用功能和整体探测效率、定位精度等性能指标，提高电网安全运行水平，有力支撑坚强智能电网。

关键词：雷电定位系统;子站系统;主站系统

中图分类号：TM863文献标识码：A文章编号：1003-5168（2018）26-0135-04

雷电定位系统是研究雷电规律和指导电网输变电设备防雷的有效手段[1]。随着电网规模的不断扩大和坚强智能电网的推进，对雷电定位系统的实时雷电预报与关键电网智能化雷击预警等应用方面提出了更高的要求。河南省现有的雷电定位系统在雷电信号接收识别、定位精度、可靠性等方面无法满足实际应用需求。建设新一代雷电定位系统，全面提升雷电监测网性能势在必行。

1 建设范围

①建设雷电多信息处理系统，通过数字式雷电探测站进行信息采集和联网信息交换，并实现集群式定位计算。

②在当前河南系统盲区和定位精度低的区域建设18个数字式雷电探测站。

③通过B/S结构模式建设全新的雷电信息展示系统[2]，增加输电线路雷电活动报警、雷电电磁波波形展示及相关参数统计分析、雷电信息的图形展示等功能。

2 系统结构

新一代雷电定位系统（LLS）是一套全自动、大面积、高精度、能实时监测雷电活动的系统工具，在系统中能实时显示云对地雷击的时间、位置、雷电波波形、雷电流极性和幅值、回击次数和每次回击参数等[3]。此外，该系统还能采集、处理、统计、储存雷电信息，并且能对雷电数据进行转发。

雷电定位系统的组成示意图如图1所示。其主要由两部分组成：子站系统和主站系统。其中，子站系统包括探测站、配套通信及辅助运行设备;主站系统包括中心站系统、用户系统及用于支撑应用及服务的配套服务器等硬件设备。除此之外，通信系统是组成LLS的重要部分。

3 子站系统

子站系统是新一代雷电定位系统的最前端部分，主要由数字式雷电探测站、电源保护设备及数据通信设备組成，可实现雷电信号捕获、地闪信号判别、雷电原始数据处理及远程传输等功能。

3.1 站址选择

在高精度覆盖范围内，为保证覆盖范围内的探测效率，并使整个系统可靠稳定运行，探测站的选址应遵循以下基本原则。

①雷电定位系统探测站监测范围能有效覆盖监测区域的骨干电网，并使其处在高精度覆盖区域内。探测站布置与探测精度的关系如图2所示。

②探测站相互间距离应控制在50～150km，山区<100km。关键站点应在附近增设冗余站。

③当外围探测站组成的多边形的对角线大于150km时，应在多边形内增加适当数量的探测站，以起联络核心的作用。因此，处于核心地位的，可在适当位置增设1～2个探测站。

④探测站站址到中心站之间要有有效通信通道。

⑤探测站站址要有可靠电源。

⑥探测站站址应尽量避开周围较高建筑物或其他遮挡物，遮挡物到探测站的距离应大于遮挡物高出探测站高度的30倍（见图3）。

⑦探测站站址处避开电磁干扰源，真实雷电信号会淹没在过多过强的电磁干扰中。

根据上述原则，优化设计数字式雷电探测站站址。新建的18个全数字式探测站建站地址选定在焦作市、三门峡市、淅川县、新蔡县、永城市、濮阳市、新野县、开封市、洛阳市、南阳市、驻马店市、平顶山市、商丘市、周口市、信阳市、卢氏县、商城县和林州市，各新建站点分布如图4所示。

3.2 通信及电源条件

通信接口支持E1、TCP/IP有线网络、无线网络等多种通信通道连接。探测站通信方式根据当地具体通信条件选择网络或E1等通信方式。若具备双通道通信条件，可采用双通道热备方式确保数据通信的可靠。站址应具能可靠供电，默认支持220V、50Hz交流供电。

4 主站系统

主站系统是雷电定位监测系统的枢纽中心，担负5个重任：①雷电定位系统前置数据处理、系统控制和联网;②数据定位计算与分析;③雷电数据的存储与管理;④雷电数据的统计分析、活动报警分析;⑤雷电信息展示与应用。其对从各个探测站采集的雷电原始数据进行汇总，经过定位分析，解算出雷电的位置、电流强度、极性、回击次数、雷电波形的陡度和上升时间等相关参数，并将结果保存到数据库服务器。中心站主要有通信服务器、定位计算服务器、雷电数据库服务器和统计计算服务器等设备。

4.1 主站硬件设计

4.1.1 服务器。新一代雷电定位系统中心站设计有2台通信服务器，1台定位计算服务器，1台应用服务器及2台数据库服务器，共计6台机架式服务器、1套磁盘阵列。

4.1.2 通信辅助设备。通信接口可支持E1、TCP/IP网络协议连接，本方案探测站与中心站的通信方式可采用单通道方式（2M或网络均可），若通信条件满足，可同时采用2M和网络两种通信方式热备运行，全部利用现有的通信信息网络资源，仅在探测站和中心站配置相应的接口设备。

在中心站架设集中式通信设备4台、串口联网服务器2台。若以双通道通信方式配置，则需在每个探测站分别配置1套探测站网络通信接口、探测站E1通信接口、2套光电隔离设备及1套光传输设备，单通道只需配置一种类型通信设备即可，以满足探测站与中心站的通信需求。探测站与中心站间的通信方式见图5。

4.2 主站软件系统设计

4.2.1 探测站数据采集系统。数据采集系统是雷电定位系统数据源的提供者。系统通过多种组网信道接收各个雷电探测站的数据，以实现数据采集。采集的数据是整个雷电定位监测系统的基础数据，也是负责给电网安全技术支撑平台提供雷电监测的基础数据。

4.2.2 集群定位分析处理系统。定位計算服务器是雷电定位系统中心站的一个重要组成部分，主要实现定位计算功能。通过数据库服务器获得的雷电原始数据，通过运用定位模型进行定位计算分析处理后得到定位数据，再将其存储到服务器的SQL Server数据库中。

4.2.3 设备监控分析系统。设备监控分析系统主要对探测站运行情况进行监视，实时展示探测站、中心站各设备的运行状况。此外，还对探测站运行各指标进行监视，统计探测站运行过程中卫星接收情况、晶振漂移、通信状况等，全面统计探测站运行效率与运行效果。

4.2.4 B/S雷电信息系统。B/S雷电信息系统主要有两大功能：一是用户通过系统前台进行雷电数据的监控、查询、分析和统计，主要包括GIS、实时重放、圆和矩形查询、线路缓冲区查询和数据管理等功能模块;二是管理员或权限用户进行后台管理。

4.2.5 系统接口建设。雷电定位系统应具备与数据中心、防灾减灾系统、GPMS系统及D5000系统的接口，满足各业务部门的应用需求。与数据中心的系统接口结构示意图如图6所示。雷电定位系统数据库采用SQLServer，数据中心采用的数据库为Oracle。本方案采用在雷电定位数据库上建立应用服务的方式将雷电定位数据和探测站运行状态数据同步到数据中心。

利用Web Service方式将实时雷电定位信息及探测站运行状态信息定时推送至数据中心数据库。

4.2.6 掌上雷电信息软件系统。掌上雷电信息查询系统是面向移动终端的雷电信息系统，提供及时、便捷、舒适的雷电信息服务，是对现有雷电定位系统应用方式的延伸，利用高级移动终端的便携、操作人性化、即时通信、即时网络连接等特点，将移动互联网技术、手机应用软件技术、网络安全隔离技术和雷电应用服务等技术集成应用，用户通过手机或平板电脑上安装的客户端程序借助蜂窝移动网络或WI-FI上网，便可以随时随地获得雷电实时监测、预警、查询、统计等多种雷电应用功能。

5 结论

河南省电网新一代雷电定位系统的建设，将全面提升河南电网雷电定位系统的应用功能和整体探测效率、定位精度等。河南省电网新一代雷电定位系统的建成，将为提升坚强智能电网灾害防御能力，减少电网因遭受雷击而造成的损失提供有力的技术手段，也为提高电网安全运行水平提供重要支撑[4]。

参考文献：

[1]蔡汉生，陈喜鹏，史丹，等.南方电网雷电定位系统及其应用[J].南方电网技术，2015（1）：14-18.

[2]汪沁.雷电定位查询系统设计与实现[D].成都：电子科技大学，2018.

[3]李金哲.雷电定位系统在电网中的运用[J].大众用电，2018（3）：24-25.

[4]周立平，杨博涛.新一代雷电定位系统的建设与应用[J].电工技术，2016（3）：5-7.