1 前言 雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)（LLS）結合當代雷電物理研究成果，利用衛(wèi)星定位技術、地理信息系統(tǒng)和雷電特征波的感應測量、波形傳播延時處理以及超量程計算技術，采用高性能計算機和網(wǎng)絡通信技術，實時計算顯示云對地雷擊的發(fā)生時間、位置、雷電流幅值和極性、回擊次數(shù)、每次回擊的參數(shù)，并以雷擊點的分時彩色圖清晰地顯示雷暴的運動軌跡。LLS是一套全自動、大面積、高精度、實時雷電監(jiān)測系統(tǒng)，是計算機和網(wǎng)絡通信技術在當代雷電探測和雷電預警領域的高新技術應用。LLS對電網(wǎng)的雷擊故障定位，提供處理雷害造成電網(wǎng)事故的信息及分析數(shù)據(jù)，為防雷保護及電網(wǎng)建設提供雷電活動的參考數(shù)據(jù)，是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的實時運行系統(tǒng)。 由武漢高壓技術研究所和華北電力集團公司聯(lián)合開發(fā)的華北電網(wǎng)雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)（以下簡稱華北LLS），于1999年投入運行。為進一步發(fā)揮華北LLS的作用和效益，擴展系統(tǒng)應用范圍，滿足各供電公司和超高壓工區(qū)共享雷電原始數(shù)據(jù)和定位數(shù)據(jù)等信息資源的需求，2001年在華北LLS基礎上開發(fā)建設了京津唐電網(wǎng)雷電定位監(jiān)測信息網(wǎng)絡系統(tǒng)（以下簡稱京津唐LLSNS）。 2 華北LLS系統(tǒng)簡介 2.1 華北LLS系統(tǒng)構成 華北LLS由華北網(wǎng)調(diào)（兼京津唐中調(diào)）的一級中心站（NPA），山西、河北、內(nèi)蒙三?。ㄗ灾螀^(qū)）中調(diào)的二級中心站（PA），若干個雷電探測站（TDF），傳輸雷電信息的專用通道，以及各應用部門雷電分析顯示終端（LIS）等構成。 分布于華北電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)的27個TDF接收雷電信息，經(jīng)專用通道向雷電中心站NPA或PA發(fā)送實時的雷電原始數(shù)據(jù)。華北網(wǎng)調(diào)NPA直接接收京津唐網(wǎng)5個TDF和9個共享TDF（京津唐網(wǎng)與山西、河北南部、內(nèi)蒙西部電網(wǎng)相鄰地區(qū)間）的實時雷電信息，山西、河北、內(nèi)蒙中調(diào)PA分別接收本地區(qū)TDF的實時雷電信息。同時，華北網(wǎng)調(diào)NPA經(jīng)三中調(diào)PA系統(tǒng)計算機通信方式，接收三省（自治區(qū)）網(wǎng)內(nèi)TDF的實時雷電信息，并向三中調(diào)PA轉送相鄰地區(qū)間共享TDF站的雷電原始數(shù)據(jù)和實時交換定位數(shù)據(jù)及其它共享數(shù)據(jù)。NPA或PA對采集的雷電原始數(shù)據(jù)和定位數(shù)據(jù)，進行系統(tǒng)優(yōu)化分析、定位計算等加工處理，向本地區(qū)雷電分析顯示終端（LIS）發(fā)送雷電定位數(shù)據(jù)等信息，同時測試、監(jiān)控與管理本地區(qū)的TDF和LIS。 LIS由微機、調(diào)制解調(diào)器和專用雷電分析軟件包及地理信息系統(tǒng)（GIS）軟件等組成。LIS接收中心站NPA或PA發(fā)送的雷電定位數(shù)據(jù)，在地理信息系統(tǒng)的地圖上實時顯示或重放雷電活動情況，同時可查詢、定位電網(wǎng)雷擊故障，進行雷電活動的統(tǒng)計分析。 2.2 華北LLS系統(tǒng)的技術性能 LLS關鍵技術性能指標是定位精度和探測效率，決定定位精度和探測效率的主要問題是LLS探測站（TDF）的設備性能與質(zhì)量，以及中心站系統(tǒng)整體性能。華北LLS的界內(nèi)定位精度為500M-1000M范圍；探測效率為80%以上。 3 京津唐LLSNS的構成 在華北LLS基礎上，對華北網(wǎng)調(diào)NPA網(wǎng)絡化升級改造，并在京津唐電網(wǎng)七個地區(qū)供電（電力）公司開發(fā)建設雷電信息網(wǎng)絡子系統(tǒng)。京津唐LLSNS系統(tǒng)構成如圖1所示，其由雷電信息系統(tǒng)和雷電信息網(wǎng)絡系統(tǒng)（傳輸雷電信息專用網(wǎng)絡系統(tǒng)）兩部分組成。 3.1 雷電信息系統(tǒng) 雷電信息系統(tǒng)主要以HP 計算機為硬件平臺，由服務器（一、二級服務器）、集線器、終端工作站，服務器軟件和雷電終端軟件等組成。雷電信息系統(tǒng)以客戶/服務器（C/S）結構為主框架，同時支持IE瀏覽和下插式瀏覽（B/S）功能，支持撥號接入的多層次用戶服務系統(tǒng)。 3.1.1 一級中心站系統(tǒng)（NPA） NPA由前置機系統(tǒng)、分析主機部分、一級雷電數(shù)據(jù)服務器（SERVER1）、網(wǎng)絡設備及MODEM池等組成。 前置機系統(tǒng)：由調(diào)制解調(diào)器、智能化接口和前置計算機組成。其作用是接收、處理和存儲各探測站原始數(shù)據(jù)，同時實現(xiàn)與山西、河北、內(nèi)蒙中調(diào)的二級中心站（PA）聯(lián)網(wǎng)通信。 分析主機的核心功能是對雷電原始測量數(shù)據(jù)進行實時分析和優(yōu)化計算得到雷電定位數(shù)據(jù)，監(jiān)視雷電定位系統(tǒng)設備運行狀態(tài)，并用戶終端向其實時傳送雷電定位數(shù)據(jù)。 SERVER1為京津唐電網(wǎng)LLSNS的一級服務器，存放和管理華北LLS系統(tǒng)全部數(shù)據(jù)。同時建立華北LLS的運行狀態(tài)動態(tài)庫，向特定用戶提供系統(tǒng)狀態(tài)檢索服務。 SERVER1選用HP Netserver LH3000服務器（PⅢ/866＊2/512MB/18.2GB×2（熱拔插）/雙網(wǎng)卡/32X CD 15"顯示器）；應用軟件Lis/web-N2000（配置20個用戶）。運行Microsoft Windows NT 4.0或者Microsoft Windows 2000 ServerNT操作系統(tǒng)，Microsoft SQL Server 7.0大型專業(yè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。 網(wǎng)絡設備：主要包括路由器、集線器（HUB）等。其作用是實現(xiàn)雷電信息在京津唐電網(wǎng)LLSNS的ATM廣域網(wǎng)及各公司內(nèi)局域網(wǎng)上傳輸，同時起到NPA與ATM廣域網(wǎng)和NPA與當?shù)豈IS局域網(wǎng)的安全隔離。局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)采用TCP/IP通信協(xié)議。 遠程訪問（RAS） 雷電信息系統(tǒng)的遠程訪問是建立在路由器中的端口MODEM模塊上，遠程用戶通過電話撥號的方式，遠程撥入雷電信息系統(tǒng)網(wǎng)絡。京津唐電網(wǎng)LLSNS的用戶終端有專線終端及網(wǎng)絡終端，有三種結構方式，即：專線式終端、撥號式終端和網(wǎng)絡終端，網(wǎng)絡終端為客戶/服務器（C/S）和瀏覽器方式（B/S）。 3.1.2 雷電信息子系統(tǒng) 七個地區(qū)供電（電力）公司的雷電信息網(wǎng)絡子系統(tǒng)，由二級數(shù)據(jù)服務器（SERVER2）、網(wǎng)絡設備、MODEM池以及專用雷電定位查詢終端等構成。這七個雷電信息網(wǎng)絡子系統(tǒng)的設備配置與功能完全一樣，即滿足系統(tǒng)應用需要又便于維護與管理。 SERVER2的配置、性能參數(shù)及基本軟件配置與SERVER1類同，選用HP e200服務器（PⅢ866/128MB/9GB×2/雙網(wǎng)卡/40X CD 15"顯示器）；應用軟件Lis/web-S2000。 網(wǎng)絡設備：主要是路由器、集線器（HUB）等。其作用是實現(xiàn)各地區(qū)雷電信息子系統(tǒng)在ATM廣域網(wǎng)上通信，并實現(xiàn)與本公司MIS系統(tǒng)的連接與通信。 專用雷電定位查詢終端 各地區(qū)雷電信息子系統(tǒng)均配置1臺HP vl600臺式機專用雷電定位查詢終端。用戶終端應用軟件為Lis/web-T2000。 3.2 雷電網(wǎng)絡系統(tǒng) 雷電網(wǎng)絡系統(tǒng)是基于華北電力集團公司ATM網(wǎng)絡中Frame Relay（幀中繼）協(xié)議連接七個地區(qū)局域網(wǎng)的網(wǎng)絡系統(tǒng)，具有支持用戶上網(wǎng)瀏覽、下載以及撥號接入，支持客戶/服務器方式的INTERNET/INTRANET廣域網(wǎng)與局域網(wǎng)結合的專家系統(tǒng)；同時提供各地MIS用戶、遠程撥號用戶對雷電信息系統(tǒng)的訪問。 3.2.1 雷電網(wǎng)絡系統(tǒng)廣域網(wǎng)絡構成 廣域網(wǎng)絡是基于Frame Relay（幀中繼）廣域網(wǎng)協(xié)議構建的專用廣域網(wǎng)絡。由華北網(wǎng)調(diào)和各地區(qū)供電（電力）公司ATM交換機上，接出基于G.703協(xié)議的同軸電纜，通過ASM40基帶MODEM轉換成V.35協(xié)議接口，連接路由器的廣域網(wǎng)接口（WIC-2T），路由器配置中將此接口配制成Frame Relay（幀中繼）廣域網(wǎng)協(xié)議。同時，華北總調(diào)和各地區(qū)原有MIS系統(tǒng)，通過路由器中的局域網(wǎng)端口網(wǎng)關訪問到雷電信息系統(tǒng)網(wǎng)絡。 3.2.2 網(wǎng)絡系統(tǒng)安全 為保證網(wǎng)絡系統(tǒng)安全，路由器中安裝放火墻系統(tǒng)。主要保證撥號用戶的認證、訪問權限、應用層協(xié)議的防護，以及網(wǎng)調(diào)和各地區(qū)MIS系統(tǒng)訪問雷電信息系統(tǒng)網(wǎng)絡的訪問權限、應用層協(xié)議的防護。對于基本內(nèi)容訪問控制（CBAC），分別設置各種類型訪問用戶的應用層協(xié)議訪問范圍，包括：對MIS系統(tǒng)用戶的源路由隱蔽、訪問控制列表限制、只允許HTTP（JAVA）、SQLNET應用協(xié)議通過；對撥號用戶的路由隱蔽、訪問控制列表限制、只允許HTTP（JAVA）、SQLNET應用協(xié)議通過、高級別Consol 端口用戶限制、密碼第7級加密傳輸?shù)取? 4、京津唐電網(wǎng)LLSNS雷電信息流程 SERVER1存儲華北LLS的全部原始雷電測量數(shù)據(jù)和定位結果數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)庫同步傳送技術，七個地區(qū)的SERVER2通過ATM廣域網(wǎng)，以客戶/服務器方式獲取SERVER1的雷電數(shù)據(jù)。SERVER1能實時接收并響應N臺（N>10）SERVER2同時的請求，發(fā)送雷電定位數(shù)據(jù)包，響應速度滿足華北地區(qū)最大雷暴時產(chǎn)生的雷電定位數(shù)據(jù)信息量。SERVER裝載雷電數(shù)據(jù)處理程序、關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和系統(tǒng)資料，這些系統(tǒng)資料包括GIS資料、用戶觀測目標資料和雷電資料。SERVER在本地執(zhí)行所有的資料搜索和提取工作，以滿足用戶查找條件的數(shù)據(jù)在SERVER緩沖存放并發(fā)送給用戶終端。 用戶端的程序包含處理程序和供本地操作顯示使用的GIS數(shù)據(jù)和觀測目標數(shù)據(jù)的空間數(shù)據(jù)庫引擎，該程序可從局域網(wǎng)下載和從光盤直接安裝兩種選擇。用戶端的用戶定時（準實時顯示功能）和非定時查詢時，用戶終端將用戶的要求轉換成的信息查詢請求，通過內(nèi)置IE向服務器中的內(nèi)置WEB請求ASP服務，服務器解譯服務請求，并從數(shù)據(jù)庫中索取有關數(shù)據(jù)。服務器每次發(fā)回給用戶端的查詢結果僅是查找的雷電數(shù)據(jù)，而不帶有相應的GIS資料。用戶端依靠本地SERVER的空間數(shù)據(jù)庫和查找到的雷電記錄，快速地實現(xiàn)本地化操作。這將有助于減少網(wǎng)絡傳輸量，顯著地改善應用性能，信息流程如圖3所示。 服務器支持RAS服務，撥號登錄的用戶只有具有相應帳號，且登錄網(wǎng)絡支持RAS，均能享受與局域網(wǎng)上的客戶端一樣的服務。網(wǎng)絡用戶在通過資格審查并在系統(tǒng)注冊后，可下載客戶端程序、雷電資料，可以從本機用IE瀏覽器登錄雷電信息網(wǎng)站，瀏覽當前雷電活動，查詢雷擊故障資料。 5、京津唐電網(wǎng)LLSNS功能 5.1 （準）實時雷電顯示 用戶端定時（最短時間為5秒）向服務器要求相關區(qū)域的雷電數(shù)據(jù)，服務器按要求的時間段提取并下發(fā)相關區(qū)域的雷電數(shù)據(jù)，且不同時段的雷電信息用不同的顏色區(qū)分。用戶終端僅存放當天雷電數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)實時窗體本地化操作。 5.2 歷史雷電重放 根據(jù)用戶端的查詢請求，服務器可按區(qū)域和時間提取雷電數(shù)據(jù)并下發(fā)給用戶工作站（根據(jù)用戶使用等級限定查詢區(qū)城）。雷電數(shù)據(jù)重放功能，可設定重放速度，實現(xiàn)對特定時間段的雷擊動態(tài)軌跡進行有效地觀察。 5.3 雷擊故障查詢 根據(jù)用戶對特定區(qū)域、線路（或其他目標）、線路開關跳閘時間等，可查找服務器數(shù)據(jù)庫相關數(shù)據(jù)，服務器將查詢結果下傳給用戶工作站顯示。線路雷擊故障查詢結果可以生成文本報告表，查詢結果的圖形和表格均可打印輸出。 5.4 雷電參數(shù)統(tǒng)計 提供如下雷電參數(shù)統(tǒng)計分析功能：雷電曰、雷電小時，雷電數(shù)（正、負極性雷電數(shù)），平均地面落雷密度，最大、最小、平均雷電流幅值等。各種數(shù)據(jù)統(tǒng)計均可以曲線及棒圖形式顯示并打印，月、年度雷電數(shù)據(jù)自動統(tǒng)計分析存檔并可隨機打印。 5.5 觀測目標數(shù)據(jù)庫編輯 電力系統(tǒng)觀測目標，一般是指線路（按地區(qū)和電壓等級劃分）、變電站、電廠、微波站、水庫和水壩等。通常是采用移動GPS（全球定位系統(tǒng)）在現(xiàn)場測量并獲取它們的座標。然后，在SERVER1、2授權客戶端線路編輯界面文件（ACCESS格式）導入或直接編輯錄入觀測目標數(shù)據(jù)庫，同時自動生成圖形數(shù)據(jù)項（shape column）。京津唐電網(wǎng)LLINS對SERVER1、2客戶端可限制編緝權限、范圍，支持SERVER1、2的客戶端上載及按權限下載線路數(shù)據(jù)。 5.6 線路雷擊故障自動查詢報警 兩級服務器可通過事件觸發(fā)，根據(jù)事故記錄找到相應線路名及所屬地區(qū)，再根據(jù)事先設定的條件（查詢時間范圍、線路走廊寬度及跳閘和雷擊時間的吻合程度）進行自動查詢， 若查詢到符合雷擊條件的線路跳閘事故，即自動推出線路雷擊故障查詢結果畫面，以提示運行人員注意。該項功能可人工打開和關閉。 5.7 圖層數(shù)據(jù)選擇控制 GIS數(shù)據(jù)可按屬性分圖層調(diào)用。有些圖層，如線路桿塔坐標、湖泊、水系、縣鎮(zhèn)點位、分界、各級公路等，數(shù)據(jù)量巨大，擠占畫面空間并占用機時長。用圖層數(shù)據(jù)選擇控制功能，根據(jù)畫面放大的倍數(shù)有針對性的事先設定調(diào)用GIS圖層數(shù)據(jù)，亦可隨機調(diào)用GIS圖層數(shù)據(jù)，使系統(tǒng)效率提高且畫面清晰明了。 5.8 輔助工具箱 信息自動索引（熱激活）：用戶終端能自動顯示鼠標選定目標的信息索引，如：線路名，雷擊點的坐標、強度、極性等。 誤差測距：利用測距標尺，能自動計算地球表面兩點間和多點折線的距離，方便地標定LLSS定位點與雷擊點的測量誤差。 人機界面良好，畫面可無級放大、縮小、漫游，操作方便；程序運行穩(wěn)定、可靠；基本參數(shù)可調(diào)整。 6、結束語 京津唐電網(wǎng)雷電定位監(jiān)測信息網(wǎng)絡系統(tǒng)（京津唐LLSNS）自2001年10月投入運行以來，經(jīng)兩個雷雨季的運行實際，京津唐LLSNS在監(jiān)視華北地區(qū)雷電活動、查詢電網(wǎng)雷擊故障等方面發(fā)揮了其應有的作用，取得了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。電網(wǎng)生產(chǎn)運行實踐說明，雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)已是保障電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運行，為防雷保護及電網(wǎng)建設提供雷電活動參考數(shù)據(jù)的重要技術手段。同時，說明采用高性能計算機和網(wǎng)絡通信技術的雷電探測和雷電預警領域的高新技術，在電網(wǎng)生產(chǎn)運行與管理等方面得到成功的應用。對于雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)運行維護以及逐步完善系統(tǒng)功能與應用，給電網(wǎng)調(diào)度自動化專業(yè)提出了高新的要求。在生產(chǎn)實際中，需要逐步摸索、不斷創(chuàng)新和總結經(jīng)驗，使雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)為保障電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟、優(yōu)質(zhì)運行發(fā)揮更大作用。