输电线路相对变电设备而言，途经平原山脉，跨越河流湖泊，沿线地形、地貌不同，受自然环境影响程度也不尽相同，如雷电活动、覆冰及导线舞动、绝缘子污秽、强风浓雾等均会对输电线路的安全稳定运行带来严重威胁。

我国是一个地域辽阔，气候复杂的国家，气候的复杂性给我国输电线路的安全运行带来了一定的影响。根据气象灾害特征及对输电线路影响程度，可将我国气象灾害分为7大类20种^[4]，其中对电网输电线路的影响及危害如表1所示^[5,6,7,8]。

国网公司在《国家电网智能化规划总报告(修订稿)》中已提到，在智能电网的发展过程中，要努力提高输电线路的输电效率和状态监测水平。我国智能电网要求的输电线路状态监测信息主要包括基础信息、运行管理、灾害预警和环境监视等方面^[9]，具体内容如表2所示。

一般来说，可以通过输电线路状态监测信息反映出输电线路实际的运行工况，采取合适的检测手段获取线路准确的相关气象信息，并做到在隐患发生前及时发布预警：如提前发布大雪预警可以提醒电力部门近期加强线路巡视，做好及时清扫线路积雪及对输电线路开展融冰工作等相关预案，避免后期造成线路绝缘子污闪或线路杆塔承重不足而导致的倒塔事故；寒潮、冰冻预警可以提醒电力部门做好输电线路的防冻、覆冰工作；大风预警提醒电力部门应注意以防输电线路舞动造成倒塔以及高温造成的用电负荷过高而引起的线路跳闸事故等。

目前，国家电网公司已全面进入推进坚强智能电网建设的新阶段，可是电网现有的雷区分布图、纸质污区图、风区监测数据、覆冰观测影像、导线舞动记录、线路鸟害等资料，信息散、数据乱、展现方式不统一、不全面，不具备统计分析等数据挖掘功能，尚未建立适用于电网运行的特定灾害性天气预警模型，更无法为电力部门提供决策支撑等特点，难以有力支撑电网规划设计，也给输变电设备运行状态的全面监测和管理带来不便，严重制约着智能电网建设工作的纵深推进。

针对上述现状，科研人员对气象灾害信息在电网防灾减灾系统中的应用进行了大量有益的研究和探索^{[1,10,11,12,13,14,15,16,17]}。

在气象信息传输和接收方面，电子科技大学杨洋等人^[10]研发了一套基于无线传感器网络的输电线路微气象环境监测系统，该系统综合利用了Zigbee和GPRS两种技术的特点，充分实现了系统稳定、数据远距离传输及成本因素的有机结合。此外，在移动通信网络范围内，通过GPRS业务进行数据正常的远距离传输，在没有移动通讯网络的偏远地区，则可以依靠Zigbee节点的中继传输功能继续正常工作。

在气象灾害信息预警建模方面，以输电线路导线覆冰为例，华北电力大学王计朝等人^[11]提出可以通过采集导线倾斜角度、弧垂等参数，结合输电线路相关状态方程、线路参数及微气象环境等参数，拟合计算出线路覆冰后的比载、重量、厚度等覆冰参数，并对覆冰的危险等级作出判定，以及时给出除冰信息；或通过建立影响输电线路安全的主要气象因素的故障率模型，应用灰色模糊理论构建多气象因素组合的输电线路风险评判方法^[12,13]。在实际中，绝缘子表面的覆冰极不均匀，无法进行厚度精确测量，国际上普遍用覆冰重量衡量绝缘子的覆冰程度，并认为架空输电线路绝缘子的闪络电压随覆冰程度的增加而明显降低并趋于饱和。

在气象信息预警方面，使用格点气象数值预报生成变电站或重要输电线路的现地预报值，并根据此预报值进行预警，其原理是通过将天气预报中尺度数值预报模式生成的格点数值预报值覆盖在电网地理信系统GIS(Geographic Information System)图上，使网格点和输电线路的地理位置相叠加，实现气象信息图与电力接线点有机结合，并通过GIS的地理分析功能，将距离杆塔或线路最近的4个格点预报值拟合成现地预报值。因大多输电线路或变电站都有相应的气象防灾参数，对温度、风速、湿度及降水量等气象因素有限值规定，在实际工作中，通过将气象实时值和这些限值进行比对，从而产生预警信息^[1,14]。格点气象数值预报的优点是可在指定区域内生成格点预报数据，每个格点内容可包括温度、降雨、湿度、风速以及风向等气象要素。

任何系统功能的完美发挥都必须依赖数据的丰富程度和精确程度。云南大学周卫^[15]等人提出的基于GIS的电网气象预警系统依靠其准确的地理信息、气象信息、地质信息、电网系统结构设计参数以及应急预案信息等实现精细化的预警。在该系统中，预警需要的各种数据库分属不同部门管理，因此需通过制定一定的合作框架，建立数据库之间的共享机制，以实现各数据库间不同数据的无障碍流通。

运用系统模型库中特定的数学模型，结合已获取的气象信息及GIS基础地理信息等数据，即可实现气象灾害信息在电网系统中危害点的准确定位及精细化预警。基于以上理论，江苏省电力公司目前已开发一套基于GIS的电网气象灾害监测预警系统，并已投入应用^[16]，系统构架图如图1所示。

图  1  电网系统气象灾害预警系统构架

Figure 1.  Architecture of grid weather disaster monitoring and warning system

此外，基于Flex技术的电网气象预警系统通过与FlashGIS/Web GIS结合，既弥补了传统GIS系统交互性和用户体验较差的不足，还可实现多维度气象信息预览，构建完善的灾害性气象预测报体系，为电网人员既可提供专业的灾害性气象预警服务，还可提供人性化的用户体验^[17,18]，如通过Flex富客户端可以将系统集成的众多气象数据源以曲线图、柱状图、等值线、列表等形式，并结合GIS地图进行更直观的展示。

2006年，我国已建成覆盖全国电网的雷电监测网，可以准确的捕捉地闪时间、位置及雷电流幅值等信息。在后续研究中，国网电力科学研究院结合输电线路的基础信息、地形地貌等参数，利用全线路雷击故障风险逐杆塔分析方法研制出输电线路差异化防雷评估系统，该系统可逐基评估杆塔/线路雷害风险等级，定量获得各基杆塔雷击跳闸率，筛选出线路高风险杆塔，并形成相应的防雷改造方案^[19]。

2008年初，我国南方地区电网遭受大范围、长时间的雨雪冰冻灾害，覆冰倒塔70万余基，京广电气化铁路停运7天，1亿多人口停电、停水，直接经济损失250亿元，严重影响了正常的社会生活秩序。国网湖南电科院陆佳政博士率领团队成员刻苦攻关，从海量的覆冰因子关系图中发现了影响电网覆冰的17个关键因子，首次揭示了“日地气耦合”电网覆冰规律，研究提出了电网覆冰长、中、短期预报方法，开发了国际首套电网覆冰自动预报系统，为后续研发成功的直流融冰装置、防冰闪复合绝缘子等成果提供了良好基础。

此外，针对大风，冰害以及沙尘暴气象条件所引起的输电线路舞动，依托国网河南电科院成立的输电线路舞动防治技术实验室在输电线路舞动试验技术、防舞装置性能定量评估、舞动气象预警、输电杆塔舞动破坏机理等多个方面均达到国际领先水平。研究成果已经应用于19个网省公司数千条线路的设计、改造，为电网安全运行提供了有力支撑。

目前电网系统中多数网省公司已基本绘制了本区域的灾害性环境如雷区、风区、冰区、污区等参数分布图，并依据上述环境参数分布开发了相应防雷、覆冰监测以及气象灾害预警等系统，但在全球气候变化背景下，自然灾害呈高发态势，冰雪、山火、雷电、雾霾、洪涝、地震等极端灾害事件频发，对特高压及大电网的安全稳定运行构成了严重威胁。而特高压及跨区电网线路的快速建设，越来越多的输电线路将延伸至自然灾害高发区，经济社会的发展和特高压与跨区大电网的互联对电网安全稳定运行提出了非常高的要求。

为保证电网系统尤其是输电线路的安全运行，建议电网部门和气象部门能在自然灾害研究和防御方面开展良好合作，建立政府领导、部门联动、社会参与的重大气象灾害防御体系。充分整合应用及开发已有的卫星遥感、地理信息、计算机技术及通讯技术，对气象灾害进行实时的监测预警评估，为电力相关专业部门提供及时、准确、可靠的决策信息，使电网系统防灾减灾工作有更充分的科学预警依据，并能够建立科学的应对极端气象灾害的应急机制，不断提高输电线路的防灾减灾技术水平。