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、每次回擊的參數，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對電網的雷擊故障定位，提供處理雷害造成電網事故的信息及分析數據，為防雷保護及電網建設提供雷電活動的參考數據，是保證電網安全穩(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)共享雷電原始數據和定位數據等信息資源的需求，2001年在華北LLS基礎上開發(fā)建設了京津唐電網雷電定位監(jiān)測信息網絡系統(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由華北網調（兼京津唐中調）的一級中心站（NPA），山西、河北、內蒙三省（自治區(qū)）中調的二級中心站（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。 分布于華北電網區(qū)域內的27個TDF接收雷電信息，經專用通道向雷電中心站NPA或PA發(fā)送實時的雷電原始數據。華北網調NPA直接接收京津唐網5個TDF和9個共享TDF（京津唐網與山西、河北南部、內蒙西部電網相鄰地區(qū)間）的實時雷電信息，山西、河北、內蒙中調PA分別接收本地區(qū)TDF的實時雷電信息。同時，華北網調NPA經三中調PA系統(tǒng)計算機通信方式，接收三省（自治區(qū)）網內TDF的實時雷電信息，并向三中調PA轉送相鄰地區(qū)間共享TDF站的雷電原始數據和實時交換定位數據及其它共享數據。NPA或PA對采集的雷電原始數據和定位數據，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)送雷電定位數據等信息，同時測試、監(jiān)控與管理本地區(qū)的TDF和LIS。 LIS由微機、調制解調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)送的雷電定位數據，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）的設備性能與質量，以及中心站系統(tǒng)整體性能。華北LLS的界內定位精度為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，對華北網調NPA網絡化升級改造，并在京津唐電網七個地區(qū)供電（電力）公司開發(fā)建設雷電信息網絡子系統(tǒng)。京津唐LLSNS系統(tǒng)構成如圖1所示，其由雷電信息系統(tǒng)和雷電信息網絡系統(tǒng)（傳輸雷電信息專用網絡系統(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、一級雷電數據服務器（SERVER1）、網絡設備及MODEM池等組成。 前置機系統(tǒng)：由調制解調器、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據，同時實現(xiàn)與山西、河北、內蒙中調的二級中心站（PA）聯(lián)網通信。 分析主機的核心功能是對雷電原始測量數據進行實時分析和優(yōu)化計算得到雷電定位數據，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據。 SERVER1為京津唐電網LLSNS的一級服務器，存放和管理華北LLS系統(tǒng)全部數據。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)數據庫系統(tǒng)。 網絡設備：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LLSNS的ATM廣域網及各公司內局域網上傳輸，同時起到NPA與ATM廣域網和NPA與當地MIS局域網的安全隔離。局域網和廣域網采用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)網絡。京津唐電網LLSNS的用戶終端有專線終端及網絡終端，有三種結構方式，即：專線式終端、撥號式終端和網絡終端，網絡終端為客戶/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）公司的雷電信息網絡子系統(tǒng)，由二級數據服務器（SERVER2）、網絡設備、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、性能參數及基本軟件配置與SERVER1類同，選用HP e200服務器（PⅢ866/128MB/9GB×2/雙網卡/40X CD 15"顯示器）；應用軟件Lis/web-S2000。 網絡設備：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 雷電網絡系統(tǒng) 雷電網絡系統(tǒng)是基于華北電力集團公司ATM網絡中Frame Relay（幀中繼）協(xié)議連接七個地區(qū)局域網的網絡系統(tǒng)，具有支持用戶上網瀏覽、下載以及撥號接入，支持客戶/服務器方式的INTERNET/INTRANET廣域網與局域網結合的專家系統(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 雷電網絡系統(tǒng)廣域網絡構成 廣域網絡是基于Frame Relay（幀中繼）廣域網協(xié)議構建的專用廣域網絡。由華北網調和各地區(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）廣域網協(xié)議。同時，華北總調和各地區(qū)原有MIS系統(tǒng)，通過路由器中的局域網端口網關訪問到雷電信息系統(tǒng)網絡。 3.2.2 網絡系統(tǒng)安全 為保證網絡系統(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，以及網調和各地區(qū)MIS系統(tǒng)訪問雷電信息系統(tǒng)網絡的訪問權限、應用層協(xié)議的防護。對于基本內容訪問控制（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級加密傳輸等。 4、京津唐電網LLSNS雷電信息流程 SERVER1存儲華北LLS的全部原始雷電測量數據和定位結果數據，利用數據庫同步傳送技術，七個地區(qū)的SERVER2通過ATM廣域網，以客戶/服務器方式獲取SERVER1的雷電數據。SERVER1能實時接收并響應N臺（N>10）SERVER2同時的請求，發(fā)送雷電定位數據包，響應速度滿足華北地區(qū)最大雷暴時產生的雷電定位數據信息量。SERVER裝載雷電數據處理程序、關系數據庫管理系統(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據在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數據和觀測目標數據的空間數據庫引擎，該程序可從局域網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，通過內置IE向服務器中的內置WEB請求ASP服務，服務器解譯服務請求，并從數據庫中索取有關數據。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據，而不帶有相應的GIS資料。用戶端依靠本地SERVER的空間數據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，且登錄網絡支持RAS，均能享受與局域網上的客戶端一樣的服務。網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站，瀏覽當前雷電活動，查詢雷擊故障資料。 5、京津唐電網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)域的雷電數據，服務器按要求的時間段提取并下發(fā)相關區(qū)域的雷電數據，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據，以實現(xiàn)實時窗體本地化操作。 5.2 歷史雷電重放 根據用戶端的查詢請求，服務器可按區(qū)域和時間提取雷電數據并下發(fā)給用戶工作站（根據用戶使用等級限定查詢區(qū)城）。雷電數據重放功能，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，可查找服務器數據庫相關數據，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 雷電參數統(tǒng)計 提供如下雷電參數統(tǒng)計分析功能：雷電曰、雷電小時，雷電數（正、負極性雷電數），平均地面落雷密度，最大、最小、平均雷電流幅值等。各種數據統(tǒng)計均可以曲線及棒圖形式顯示并打印，月、年度雷電數據自動統(tǒng)計分析存檔并可隨機打印。 5.5 觀測目標數據庫編輯 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據庫，同時自動生成圖形數據項（shape column）。京津唐電網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據。 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)，根據事故記錄找到相應線路名及所屬地區(qū)，再根據事先設定的條件（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 圖層數據選擇控制 GIS數據可按屬性分圖層調用。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，數據量巨大，擠占畫面空間并占用機時長。用圖層數據選擇控制功能，根據畫面放大的倍數有針對性的事先設定調用GIS圖層數據，亦可隨機調用GIS圖層數據，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；基本參數可調整。 6、結束語 京津唐電網雷電定位監(jiān)測信息網絡系統(tǒng)（京津唐LLSNS）自2001年10月投入運行以來，經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、查詢電網雷擊故障等方面發(fā)揮了其應有的作用，取得了明顯的經濟效益和社會效益。電網生產運行實踐說明，雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)已是保障電網安全、穩(wěn)定運行，為防雷保護及電網建設提供雷電活動參考數據的重要技術手段。同時，說明采用高性能計算機和網絡通信技術的雷電探測和雷電預警領域的高新技術，在電網生產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，給電網調度自動化專業(yè)提出了高新的要求。在生產實際中，需要逐步摸索、不斷創(chuàng)新和總結經驗，使雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)為保障電網安全、穩(wěn)定、經濟、優(yōu)質運行發(fā)揮更大作用。