华北电网雷电定位监测信息网络系统

雷电定位监测系统（LLS）结合当代雷电物理研究成果，利用卫星定位技术、地理信息系统和雷电特征波的感应测量、波形传播延时处理以及超量程计算技术，采用高性能计算机和网络通信技术，实时计算显示云对地雷击的发生时间、位置、雷电流幅值和极性、回击次数、每次回击的参数，并以雷击点的分时彩色图清晰地显示雷暴的运动轨迹。LLS是一套全自动、大面积、高精度、实时雷电监测系统，是计算机和网络通信技术在当代雷电探测和雷电预警领域的高新技术应用。LLS 对电网的雷击故障定位，提供处理雷害造成电网事故的信息及分析数据，为防雷保护及电网建设提供雷电活动的参考数据，是保证电网安全稳定运行的实时运行系统。 

由武汉高压技术研究所和华北电力集团公司联合开发的华北电网雷电定位监测系统（以下简称华北LLS），于1999年投入运行。为进一步发挥华北LLS的作用和效益，扩展系统应用范围，满足各供电公司和超高压工区共享雷电原始数据和定位数据等信息资源的需求，2001年在华北LLS基础上开发建设了京津唐电网雷电定位监测信息网络系统（以下简称京津唐LLSNS）。 

2 华北LLS系统简介 

2.1 华北LLS系统构成 

华北LLS由华北网调（兼京津唐中调）的一级中心站（NPA），山西、河北、内蒙三省（自治区）中调的二级中心站（PA），若干个雷电探测站（TDF），传输雷电信息的专用通道，以及各应用部门雷电分析显示终端（LIS）等构成。 

分布于华北电网区域内的27个TDF接收雷电信息，经专用通道向雷电中心站NPA或PA发送实时的雷电原始数据。华北网调NPA直接接收京津唐网5个 TDF和9个共享TDF（京津唐网与山西、河北南部、内蒙西部电网相邻地区间）的实时雷电信息，山西、河北、内蒙中调PA分别接收本地区TDF的实时雷电信息。同时，华北网调NPA经三中调PA系统计算机通信方式，接收三省（自治区）网内TDF的实时雷电信息，并向三中调PA转送相邻地区间共享TDF站的雷电原始数据和实时交换定位数据及其它共享数据。NPA或PA对采集的雷电原始数据和定位数据，进行系统优化分析、定位计算等加工处理，向本地区雷电分析显示终端（LIS）发送雷电定位数据等信息，同时测试、监控与管理本地区的TDF和LIS。 

LIS由微机、调制解调器和专用雷电分析软件包及地理信息系统（GIS）软件等组成。LIS接收中心站NPA或PA发送的雷电定位数据，在地理信息系统的地图上实时显示或重放雷电活动情况，同时可查询、定位电网雷击故障，进行雷电活动的统计分析。 

2.2 华北LLS系统的技术性能 

LLS关键技术性能指标是定位精度和探测效率，决定定位精度和探测效率的主要问题是LLS探测站（TDF）的设备性能与质量，以及中心站系统整体性能。华北LLS的界内定位精度为500M-1000M范围；探测效率为80%以上。 

3 京津唐LLSNS的构成 

在华北LLS基础上，对华北网调NPA网络化升级改造，并在京津唐电网七个地区供电（电力）公司开发建设雷电信息网络子系统。京津唐LLSNS系统构成如图1所示，其由雷电信息系统和雷电信息网络系统（传输雷电信息专用网络系统）两部分组成。 

3.1 雷电信息系统 

雷电信息系统主要以HP 计算机为硬件平台，由服务器（一、二级服务器）、集线器、终端工作站，服务器软件和雷电终端软件等组成。雷电信息系统以客户/服务器（C/S）结构为主框架，同时支持IE浏览和下插式浏览（B/S）功能，支持拨号接入的多层次用户服务系统。 

3.1.1 一级中心站系统（NPA） 

NPA由前置机系统、分析主机部分、一级雷电数据服务器（SERVER1）、网络设备及MODEM池等组成。 

前置机系统：由调制解调器、智能化接口和前置计算机组成。其作用是接收、处理和存储各探测站原始数据，同时实现与山西、河北、内蒙中调的二级中心站（PA）联网通信。 
分析主机的核心功能是对雷电原始测量数据进行实时分析和优化计算得到雷电定位数据，监视雷电定位系统设备运行状态，并用户终端向其实时传送雷电定位数据。 
SERVER1为京津唐电网LLSNS的一级服务器，存放和管理华北LLS系统全部数据。同时建立华北LLS的运行状态动态库，向特定用户提供系统状态检索服务。 
SERVER1选用HP Netserver LH3000服务器（PⅢ/866＊2/512MB/18.2GB×2（热拔插）/双网卡 /32X CD 15"显示器）；应用软件Lis/web-N2000（配置20个用户）。运行Microsoft Windows NT 4.0或者 Microsoft Windows 2000 ServerNT操作系统，Microsoft SQL Server 7.0大型专业数据库系统。 
网络设备：主要包括路由器、集线器（HUB）等。其作用是实现雷电信息在京津唐电网LLSNS的ATM广域网及各公司内局域网上传输，同时起到NPA与ATM广域网和NPA与当地MIS局域网的安全隔离。局域网和广域网采用TCP/IP通信协议。 
远程访问（RAS） 
雷电信息系统的远程访问是建立在路由器中的端口MODEM模块上，远程用户通过电话拨号的方式，远程拨入雷电信息系统网络。京津唐电网LLSNS的用户终端有专线终端及网络终端，有三种结构方式，即：专线式终端、拨号式终端和网络终端，网络终端为客户/服务器（C/S）和浏览器方式（B/S）。 

3.1.2 雷电信息子系统 

七个地区供电（电力）公司的雷电信息网络子系统，由二级数据服务器（SERVER2）、网络设备、MODEM池以及专用雷电定位查询终端等构成。这七个雷电信息网络子系统的设备配置与功能完全一样，即满足系统应用需要又便于维护与管理。 

SERVER2的配置、性能参数及基本软件配置与SERVER1类同，选用HP e200服务器（PⅢ866/128MB/9GB×2/双网卡/40X CD 15"显示器）；应用软件Lis/web-S2000。 
网络设备：主要是路由器、集线器（HUB）等。其作用是实现各地区雷电信息子系统在ATM广域网上通信，并实现与本公司MIS系统的连接与通信。 
专用雷电定位查询终端 
各地区雷电信息子系统均配置1台HP vl600台式机专用雷电定位查询终端。用户终端应用软件为Lis/web-T2000。 

3.2 雷电网络系统 

雷电网络系统是基于华北电力集团公司ATM网络中Frame Relay（帧中继）协议连接七个地区局域网的网络系统，具有支持用户上网浏览、下载以及拨号接入，支持客户/服务器方式的INTERNET/INTRANET广域网与局域网结合的专家系统；同时提供各地MIS用户、远程拨号用户对雷电信息系统的访问。 

3.2.1 雷电网络系统广域网络构成 

广域网络是基于Frame Relay（帧中继）广域网协议构建的专用广域网络。由华北网调和各地区供电（电力）公司ATM交换机上，接出基于G.703 协议的同轴电缆，通过ASM40基带MODEM转换成V.35协议接口，连接路由器的广域网接口（WIC-2T），路由器配置中将此接口配制成 Frame Relay（帧中继）广域网协议。同时，华北总调和各地区原有MIS系统，通过路由器中的局域网端口网关访问到雷电信息系统网络。 

3.2.2 网络系统安全 

为保证网络系统安全，路由器中安装放火墙系统。主要保证拨号用户的认证、访问权限、应用层协议的防护，以及网调和各地区MIS系统访问雷电信息系统网络的访问权限、应用层协议的防护。对于基本内容访问控制（CBAC），分别设置各种类型访问用户的应用层协议访问范围，包括：对MIS系统用户的源路由隐蔽、访问控制列表限制、只允许HTTP（JAVA）、SQLNET应用协议通过；对拨号用户的路由隐蔽、访问控制列表限制、只允许HTTP（JAVA）、 SQLNET应用协议通过、高级别Consol 端口用户限制、密码第7级加密传输等。 

4、京津唐电网LLSNS雷电信息流程 

SERVER1存储华北LLS的全部原始雷电测量数据和定位结果数据，利用数据库同步传送技术，七个地区的SERVER2通过ATM广域网，以客户/服务器方式获取SERVER1的雷电数据。SERVER1能实时接收并响应N台（N>10）SERVER2同时的请求，发送雷电定位数据包，响应速度满足华北地区最大雷暴时产生的雷电定位数据信息量。SERVER装载雷电数据处理程序、关系数据库管理系统和系统资料，这些系统资料包括GIS资料、用户观测目标资料和雷电资料。SERVER在本地执行所有的资料搜索和提取工作，以满足用户查找条件的数据在SERVER缓冲存放并发送给用户终端。 

用户端的程序包含处理程序和供本地操作显示使用的GIS数据和观测目标数据的空间数据库引擎，该程序可从局域网下载和从光盘直接安装两种选择。用户端的用户定时（准实时显示功能）和非定时查询时，用户终端将用户的要求转换成的信息查询请求，通过内置IE向服务器中的内置WEB请求ASP服务，服务器解译服务请求，并从数据库中索取有关数据。服务器每次发回给用户端的查询结果仅是查找的雷电数据，而不带有相应的GIS资料。用户端依靠本地SERVER的空间数据库和查找到的雷电记录，快速地实现本地化操作。这将有助于减少网络传输量，显著地改善应用性能，信息流程如图3所示。 

服务器支持RAS服务，拨号登录的用户只有具有相应帐号，且登录网络支持RAS，均能享受与局域网上的客户端一样的服务。网络用户在通过资格审查并在系统注册后，可下载客户端程序、雷电资料，可以从本机用IE浏览器登录雷电信息网站，浏览当前雷电活动，查询雷击故障资料。 

5、京津唐电网LLSNS功能 

5.1 （准）实时雷电显示 

用户端定时（最短时间为5秒）向服务器要求相关区域的雷电数据，服务器按要求的时间段提取并下发相关区域的雷电数据，且不同时段的雷电信息用不同的颜色区分。用户终端仅存放当天雷电数据，以实现实时窗体本地化操作。 

5.2 历史雷电重放 

根据用户端的查询请求，服务器可按区域和时间提取雷电数据并下发给用户工作站（根据用户使用等级限定查询区城）。雷电数据重放功能，可设定重放速度，实现对特定时间段的雷击动态轨迹进行有效地观察。 

5.3 雷击故障查询 

根据用户对特定区域、线路（或其他目标）、线路开关跳闸时间等，可查找服务器数据库相关数据，服务器将查询结果下传给用户工作站显示。线路雷击故障查询结果可以生成文本报告表，查询结果的图形和表格均可打印输出。 

5.4 雷电参数统计 

提供如下雷电参数统计分析功能：雷电曰、雷电小时，雷电数（正、负极性雷电数），平均地面落雷密度，最大、最小、平均雷电流幅值等。各种数据统计均可以曲线及棒图形式显示并打印，月、年度雷电数据自动统计分析存档并可随机打印。 

5.5 观测目标数据库编辑 

电力系统观测目标，一般是指线路（按地区和电压等级划分）、变电站、电厂、微波站、水库和水坝等。通常是采用移动GPS（全球定位系统）在现场测量并获取它们的座标。然后，在SERVER1、2授权客户端线路编辑界面文件（ACCESS格式）导入或直接编辑录入观测目标数据库，同时自动生成图形数据项（shape column）。京津唐电网LLINS对SERVER1、2客户端可限制编缉权限、范围，支持SERVER1、2的客户端上载及按权限下载线路数据。 

5.6 线路雷击故障自动查询报警 

两级服务器可通过事件触发，根据事故记录找到相应线路名及所属地区，再根据事先设定的条件（查询时间范围、线路走廊宽度及跳闸和雷击时间的吻合程度）进行自动查询， 若查询到符合雷击条件的线路跳闸事故，即自动推出线路雷击故障查询结果画面，以提示运行人员注意。该项功能可人工打开和关闭。 

5.7 图层数据选择控制 

GIS数据可按属性分图层调用。有些图层，如线路杆塔坐标、湖泊、水系、县镇点位、分界、各级公路等，数据量巨大，挤占画面空间并占用机时长。用图层数据选择控制功能，根据画面放大的倍数有针对性的事先设定调用GIS图层数据，亦可随机调用GIS图层数据，使系统效率提高且画面清晰明了。 

5.8 辅助工具箱 

信息自动索引（热激活）：用户终端能自动显示鼠标选定目标的信息索引，如：线路名，雷击点的坐标、强度、极性等。 

误差测距：利用测距标尺，能自动计算地球表面两点间和多点折线的距离，方便地标定LLSS定位点与雷击点的测量误差。 

人机界面良好，画面可无级放大、缩小、漫游，操作方便；程序运行稳定、可靠；基本参数可调整。 

6、结束语 

京津唐电网雷电定位监测信息网络系统（京津唐LLSNS）自2001年10月投入运行以来，经两个雷雨季的运行实际，京津唐LLSNS在监视华北地区雷电活动、查询电网雷击故障等方面发挥了其应有的作用，取得了明显的经济效益和社会效益。电网生产运行实践说明，雷电定位监测系统已是保障电网安全、稳定运行，为防雷保护及电网建设提供雷电活动参考数据的重要技术手段。同时，说明采用高性能计算机和网络通信技术的雷电探测和雷电预警领域的高新技术，在电网生产运行与管理等方面得到成功的应用。对于雷电定位监测系统运行维护以及逐步完善系统功能与应用，给电网调度自动化专业提出了高新的要求。在生产实际中，需要逐步摸索、不断创新和总结经验，使雷电定位监测系统为保障电网安全、稳定、经济、优质运行发挥更大作用。