CN102411105B - 一种输电线路区段雷害风险评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种输电线路区段雷害风险评估方法，采用线路基本信息、线路地理信息、线路结构特征信息、线路绝缘特征信息，采用雷电参数统计分析程序，获取指定时间段内、线路走廊的雷电参数作为评估参数，通过防雷仿真计算程序计算并得到各杆塔的雷击跳闸率，以计算所得的全线平均雷击跳闸率值为基准值比较，获指定时间段内各杆塔相对于全线的雷害风险等级，基于层次结构模型，用改进层次分析计算程序计算得到各区段对各雷害风险等级杆塔百分比的权重向量，考虑不同雷害风险等级杆塔对雷害风险的影响程度，继续用改进层次分析计算程序计算得到不同风险等级杆塔对雷害风险的权重向量，后用计算机自上而下将各层权重合成得到各区段雷害风险评估结果。

Description

一种输电线路区段雷害风险评估方法

技术领域

本发明涉及电网防雷领域，特别是一种输电线路区段雷害风险评估方法，其适用于电力系统的高压输电线路、超高压输电线路及特高压输电线路的易闪段评估。

背景技术

输电线路是电网的重要组成部分，输电线路的安全稳定运行直接影响着电网的稳定性和供电的可靠性。当前，输电线路雷害事故越来越严重，据统计，我国因雷击而引起的线路跳闸次数占线路总跳闸次数的60％～70％，由此可知雷击是引起输电线路跳闸的重要因素。防止输电线路雷害事故，是保证输电线路安全稳定运行的一项十分重要的工作，现在已经成为电力设计部门、电网管理部门给以高度重视的工作，而做好对输电线路雷害风险的评估是防止雷害事故的基础。更加针对、有效、准确地评估输电线路的雷害风险，是指导输电线路防雷运行和改造的重要参考和依据。

据申请人所知，由于一条线路的杆塔数量较多，特别是跨区电网及远距离输电线路可达几百甚至几千，如果只给出各基杆塔的风险等级，运行维护部门仍无法快速准确把握线路的防雷薄弱点。较好的解决办法应是先通过对线路各区段进行雷害风险评估来确定防雷薄弱区段，再针对风险较高区段进行杆塔的评估以确定薄弱杆塔，进而进行针对性防护。针对线路各杆塔区段进行雷害风险评估，对于提高防雷综合治理的技术经济性具有重要作用。

进行输电线路雷害风险评估，需综合考虑线路走廊雷电活动特征、线路杆塔结构和绝缘特征以及线路地形地貌特征诸多因素。在此基础上，有针对性的对输电线路中各杆塔的雷害风险进行评估。

中国专利文献公开的《基于雷电参数统计的输电线路防雷性能评估方法》(专利号ZL200810048399.5)就是采用：基于给定需要进行防雷性能评估的输电线路及各基杆塔的全信息，通过对给定线路进行指定时间段内的地闪密度、雷电流幅值概率分布统计，获取线路走廊各基杆塔的雷电参数，计算输电线路各基杆塔在指定时间段内的雷击跳闸率，并依据线路雷击跳闸率的设计值、规定值或运行经验值设定参考值，根据计算的雷击跳闸率结果对输电线路防雷性能在时空上的差异性进行评估，从而实现对输电线路全线逐基杆塔的雷害风险评估。通过该方法能得到线路中各基杆塔的雷害风险结果，并获取线路中的易闪杆塔。该发明存在的不足之处是，不能准确反映各杆塔区段的雷害风险强弱。

据有关文献介绍，对于输电线路各区段的雷害风险评估，目前主要有两种方法。一种是中国专利文献公开的《基于雷电参数统计的输电线路防雷性能评估方法》(专利号：ZL200810048399.5)，其采用计算得到的各基杆塔雷击跳闸率，求得各区段雷击跳闸率的算术平均值，通过各区段平均雷击跳闸率值的大小来判断各区段雷害风险的强弱。另一种是基于雷电定位系统监测数据，通过对输电线路走廊各区段雷电活动进行统计分析研究，得到线路走廊各区段的地闪密度分布，通过各区段地闪密度值的大小来得到输电线路中雷击的薄弱段。其不足之处是，对地形条件和杆塔结构复杂的线路，无法有效评估线路各区段的雷害风险。

申请人通过研究发现，第一种方法基于输电线路全线路逐基杆塔的雷击跳闸率计算结果，通过求各区段所有杆塔雷击跳闸率的平均值来评估区段的雷害风险，该方法采用的是简单的算术平均法来获取各杆塔区段的平均雷击跳闸率，而在算术平均的过程中有可能忽略个体的差异，容易受到极端数值的影响，存在着一定的误差，不能准确反映各杆塔区段的雷害风险强弱。第二种方法基于线路走廊雷电参数统计结果，通过各区段地闪密度的大小来确定线路中的雷击薄弱段，这种方法仅考虑了线路走廊雷电活动特征，忽略了线路结构及地形地貌特征等因素，获得的薄弱段为线路中的易受雷击段，即易击段，而非易闪段，采用该方法对地形条件和杆塔结构复杂的线路，无法有效评估线路中各区段的雷害风险。到目前为止，还没有一种能够综合考虑线路走廊的雷电活动情况、地形地貌特征、线路结构和绝缘配置、防雷措施等差异性的评估各杆塔区段雷害风险的有效方法，这种情况急需改变。

发明内容

本发明的目的是，针对现有输电线路区段雷害风险评估方法中的不足，进行研究和改进，提出一种输电线路区段雷害风险评估方法，其是一种新的针对输电线路易闪段的评估方法。具体的说，是一种基于层次结构模型、综合考虑杆塔段内各基杆塔对整个区段线路防雷性能影响而提出的评估方法，能实现对线路各区段雷害风险的准确评估。

本发明的技术解决方案是：采用线路基本信息、线路地理信息、线路结构特征信息、线路绝缘特征信息，在指定的时间段，采用雷电参数统计分析程序，获取指定时间段内、线路走廊的雷电参数作为评估参数，通过防雷仿真计算程序计算并得到各基杆塔的雷击跳闸率，并以计算所得的全线平均雷击跳闸率值为基准值进行比较，获得指定时间段内各基杆塔相对于全线的雷害风险等级，其特征在于，基于层次结构模型，采用改进层次分析计算程序计算得到各区段对各雷害风险等级杆塔百分比的权重向量，并在此基础上考虑不同雷害风险等级杆塔对雷害风险的影响程度不同，继续采用改进层次分析计算程序计算得到不同风险等级杆塔对雷害风险的权重向量，最后采用计算机自上而下将各层权重合成获取各区段雷害风险评估结果，基本步骤如下：

(1)综合给定的输电线路的各基杆塔的地形地貌信息、结构特征信息、绝缘配置信息和雷电参数统计分析软件统计得出的地闪密度、雷电流幅值概率分布等雷电参数，采用防雷仿真计算程序计算并得到各基杆塔在指定时间段内的雷击跳闸率；

(2)将各基杆塔的雷击跳闸率加权算术平均得到全线路的平均雷击跳闸率值，以全线的平均雷击跳闸率值为基准值，依据杆塔的雷害风险分级指标，对基本步骤(1)中计算得到的各基杆塔的雷击跳闸率进行防雷性能评估，确定各基杆塔的雷害风险等级；

(3)依据雷电参数统计分析程序统计不同雷电参数所划分的网格段，将整条线路依次划分为若干区段，采用计算机计算各个区段内处于各雷害风险等级的杆塔数占区段总杆塔数的百分比；

(4)基于层次结构模型，采用改进层次分析计算程序求得各区段对各雷害风险等级杆塔百分比的权重向量；并在此基础上，考虑各风险等级杆塔对雷害风险的影响程度不同，继续采用改进层次分析计算程序求得不同风险等级杆塔对雷害风险的权重向量；最后将各层权重向量合成得到各区段的雷害风险权重向量，从而获取各区段雷害风险评估结果。

其特征在于，根据步骤(1)——步骤(4)能够分别评估输电线路各区段的绕击和反击雷害风险。

其特征在于，所采用的评估参数是沿输电线路走廊统计得出的。

其特征在于，线路各区段雷害风险评估结果是根据层次结构模型，采用改进层次分析计算程序计算得到。

其特征在于，线路各区段雷害风险评估结果能够反映线路各区段的雷害风险差异。

本发明的优点是，构思新颖，方法合理，便于实施，效果显著。综合考虑并充分采用了根据线路走廊雷电活动特征、地形地貌特征、线路结构特征计算得到的各基杆塔雷击跳闸率结果及各基杆塔雷害风险等级结果，基于层次结构模型，采用改进层次分析计算程序对线路各区段进行了雷害风险评估，该方法不同于对雷击跳闸率简单的算术平均，而是充分考虑了各区段内不同风险等级杆塔分布对于区段雷害风险评估结果的影响，使得输电线路各区段雷害风险的评估结果更加准确，从而也进一步完善了输电线路的雷害风险评估体系。本发明的推广应用，将会有效的帮助输电线路运行管理部门掌握线路中各区段防雷性能的强弱，找出线路防雷薄弱区段，从而更加科学、有效地采取防雷措施来提高输电线路的防雷水平，更加精细化地管理电网。

附图说明

图1、本发明的流程图

图2、本发明采用的线路易闪段层次评估模型图

具体实施方式

下面，结合附图对本发明的实施例作进一步的描述。

如图1、图2所示，本发明采用需要进行各区段雷害风险评估的线路信息，包括线路基本信息、运用雷电参数统计分析程序获取的雷电数据、运用GIS软件提取的线路地形地貌信息、线路结构特征、线路绝缘特征，进行各基杆塔雷击跳闸率计算，并依据防雷仿真计算程序计算出的全线平均雷击跳闸率进行评估，获得各基杆塔的雷害风险等级；基于层次结构模型，采用计算机根据各区段中不同风险等级杆塔的百分比构造比较矩阵，采用改进层次分析计算程序计算得到各区段对各风险等级杆塔百分比的权重向量，在此基础上考虑不同风险等级杆塔对区段雷害风险的影响不同，继续采用改进层次分析计算程序加权计算得到各区段的雷害风险权重向量。基本步骤包括：

(1)综合选定或给定输电线路各基杆塔的地形地貌信息、结构特征信息、绝缘配置信息和由雷电参数统计分析软件统计得出的地闪密度、雷电流幅值概率分布等雷电参数，采用防雷仿真计算程序计算并得到各基杆塔在指定时间段内的雷击跳闸率；

(2)将各基杆塔的雷击跳闸率加权算术平均得到全线路的平均雷击跳闸率值，以全线的平均雷击跳闸率值为基准值，依据杆塔的雷害风险分级指标，采用风险分级程序对基本步骤(1)中计算得到的各基杆塔雷击跳闸率进行防雷性能评估，确定各基杆塔的雷害风险等级；

(3)依据雷电参数统计分析程序统计雷电参数所划分的网格段，将整条线路依次划分为若干区段，采用计算机计算各个区段内处于各雷害风险等级的杆塔数占区段杆塔总数的百分比；

(4)构建层次结构模型，如图2所示，层次结构模型由目标层、准则层、方案层三个层次构成，目标层在上，准则层在中，方案层在下。目标层为杆塔段的雷害风险，准则层包括A级杆塔百分比、B级杆塔百分比、C级杆塔百分比、D级杆塔百分比，方案层包括杆塔段1、杆塔段2……杆塔段n。采用层次结构模型能够确定各层次的权重向量。首先，基于层次结构模型，采用改进层次分析计算程序计算得到各区段对各雷害风险等级杆塔百分比的权重向量，即图2中方案层对准则层的权重；并在此基础上，考虑各风险等级杆塔对雷害风险的影响程度不同，继续采用改进层次分析计算程序计算得到不同风险等级杆塔对雷害风险的权重向量，即图2中准则层对目标层的权重；最后采用计算机将各层权重向量合成得到各区段的雷害风险权重向量，从而获取各区段雷害风险评估结果，即图2中方案层对目标层的权重。

其中，所采用的评估参数是沿输电线路走廊统计得出的；线路各区段雷害风险评估结果是根据层次结构模型，采用改进层次分析计算程序计算得到；线路各区段雷害风险评估结果能够反映线路各区段的雷害风险差异。

本发明在实施中，针对需要进行各区段雷害风险评估的线路，具体采用以下步骤：

(1)输电线路各基杆塔雷击跳闸率计算

给定需要进行各区段雷害风险评估的线路信息，包括线路基本信息、线路地形地貌信息(依据线路各基杆塔的经纬度坐标运用三维GIS全扫描提取)、线路结构特征信息(杆塔、导线、地线的结构和几何尺寸)、线路绝缘特征信息(绝缘子串的干弧距离、杆塔的接地电阻)、线路雷电特征参数信息(运用雷电参数统计分析软件获取的地闪密度分布、雷电流幅值累积概率分布)。基于上述线路信息，采用防雷仿真计算程序进行逐个杆塔的雷击跳闸率计算，得到各基杆塔的雷击跳闸率的计算值。

(2)输电线路各基杆塔的雷害风险评估

采用计算机将步骤(1)获取的整条线路各基杆塔的雷击跳闸率的计算值，加权平均得到全线平均雷击跳闸率值。以全线平均雷击跳闸率值为基准值，依据杆塔的雷害风险分级指标将输电线路的各基杆塔的雷击跳闸率计算值与分级指标比较，确定各基杆塔的雷害风险等级。分级指标如表1所示，其中P为计算所得的杆塔雷击跳闸率，S为全线雷击跳闸率平均值即基准值，位于A级的杆塔雷害风险等级最低，位于D级的杆塔雷害风险等级最高

表1雷害风险分级指标

(3)按线路区段统计各雷害风险等级杆塔数占区段杆塔总数的百分比

依据雷电参数统计分析程序统计雷电参数所划分的网格段，将整条线路依次划分为若干区段，采用计算机计算各区段内雷害风险分别处于A、B、C、D级的杆塔百分比。例如某区段共有10个杆塔，处于A级的有3个，B级的有2个，C级的有4个，D级的有1个；则该区段内雷害风险等级处于A级的杆塔百分比为3/10即30％，B级杆塔百分比为2/10即20％，C级杆塔百分比为40％，D级杆塔百分比为10％。

(4)根据改进层次分析计算程序计算各区段的雷害风险权重向量

如图2所示，通过改进层次分析计算程序首先求得各区段对A级杆塔百分比的权重向量W1、对B级杆塔百分比的权重向量W2、对C级杆塔百分比的权重向量W3和对D级杆塔百分比的权重向量W4，即图2中方案层对准则层的权重。

以计算各区段对A级杆塔百分比的权重向量W1为例进行说明：

①根据三标度法采用计算机计算得到各区段A级杆塔的百分比所对应的比较矩阵

根据各区段的A级杆塔百分比大小，得出相应的比较矩阵A_ij：

$A_{\mathrm{ij}}=\left(\begin{array}{cccc}{a}_{11}& a_{12}& \·\·\·& a_{1n}\\ a_{21}& a_{22}& \·\·\·& a_{2n}\\ \·& \·& & \·\\ \·& \·& & \·\\ \·& \·& & \·\\ a_{m1}& a_{m2}& \·\·\·& a_{\mathrm{mn}}\end{array}\right)$

上式中，a_ij是第i段A级杆塔百分比与第j段A级杆塔百分比的比较结果，且有a_ii＝1。

②以各区段A级杆塔百分比所对应的比较矩阵作为输入参数，通过改进层次分析计算程序计算得到各区段对A级杆塔百分比的权重向量W1

各区段中A级杆塔百分比越高则在权重向量W1中所占的权重就越大，反之则越小。

依据以上步骤还可以分别求出W2、W3和W4。

由于A、B、C、D级杆塔的雷害风险存在显著差异，因此还需要求出不同风险等级杆塔对雷害风险的权重向量，即图2中准则层对目标层的权重。具体步骤包括：根据三标度法采用计算机计算得到不同风险等级杆塔的雷害风险所对应的比较矩阵；以不同风险等级杆塔的雷害风险所对应的比较矩阵作为输入参数，采用改进层次分析计算程序计算得到不同风险等级杆塔对雷害风险的权重向量Ws。

最后采用计算机按下式自上而下将各层权重向量进行合成得到各区段的雷害风险权重向量W，从而确定线路易闪段。

W＝[W1 W2 W3 W4]*Ws

此评估模型同时还适用于评估各区段的反击和绕击雷害风险。

作为一个例子，本发明针对某500kV输电线路2000～2009年的各区段雷害风险进行了评估。该线路共有133基杆塔，首先运用雷电参数统计分析程序获取雷电数据、运用GIS软件提取的线路地形地貌信息，再结合杆塔结构特征、绝缘配置等采用防雷仿真计算程序进行逐个杆塔雷击跳闸率计算；以全线平均雷击跳闸率值为基准值，依据杆塔的雷害风险分级指标，采用风险分级程序对各基杆塔雷击跳闸率进行防雷性能评估，确定各基杆塔的雷害风险等级；根据统计地闪密度时划分的网格段将整条线路划分为10个区段，采用计算机计算10个区段内处于A、B、C、D级的杆塔数占区段杆塔总数的百分比；采用改进层次分析计算程序计算得到各区段对A、B、C、D级杆塔百分比的权重向量；继续采用改进层次分析计算程序计算得到A、B、C、D级杆塔对雷害风险的权重向量；最后采用计算机将各层权重向量合成得到各区段的雷害风险权重向量。

表2是该线路各区段雷害风险评估结果。自投运以来，截止2010年该线路共发生雷击跳闸故障5次，5次故障点较为分散，分别位于5个不同区段。分析雷击故障点与各区段雷害风险评估结果的相关性，5次故障点除1次的风险排序位于第6位，其余4次均处于前5位，且有3次位于雷害风险排序最高的3个区段。可见，雷击故障点与线路各区段雷害风险评估结果的相关性较好，显著强于与地闪密度分布的相关性。可见，输电线路各区段雷害风险评估结果能够更加客观真实的反映线路各区段的防雷性能，能更加有效的指导设计、运行部门进行差异化防雷工作。

表2某500kV线路各区段雷害风险评估结果

Claims (5)

1.一种输电线路区段雷害风险评估方法，采用线路基本信息、线路地理信息、线路结构特征信息、线路绝缘特征信息，在指定的时间段，采用雷电参数统计分析程序，获取指定时间段内、线路走廊的雷电参数作为评估参数，通过防雷仿真计算程序计算并得到各杆塔的雷击跳闸率，并以计算所得的全线平均雷击跳闸率值为基准值进行比较，获得指定时间段内各杆塔相对于全线的雷害风险等级，其特征在于，基于层次结构模型，采用改进层次分析计算程序计算得到各区段对各雷害风险等级杆塔百分比的权重向量，并在此基础上考虑不同雷害风险等级杆塔对雷害风险的影响程度不同，继续采用改进层次分析计算程序计算得到不同风险等级杆塔对雷害风险的权重向量，最后采用计算机自上而下将各层权重合成获取各区段雷害风险评估结果，基本步骤如下：

(1)综合给定的输电线路的各基杆塔的地形地貌信息、结构特征信息、绝缘配置信息和雷电参数统计分析软件统计得出的地闪密度、雷电流幅值概率分布的雷电参数，采用防雷仿真计算程序计算并得到各基杆塔在指定时间段内的雷击跳闸率；

(2)将各杆塔的雷击跳闸率加权算术平均得到全线路的平均雷击跳闸率值，以全线的平均雷击跳闸率值为基准值，依据杆塔的雷害风险分级指标，对基本步骤(1)中计算得到的各基杆塔的雷击跳闸率进行防雷性能评估，确定各杆塔的雷害风险等级；

(3)依据雷电参数统计分析程序统计不同雷电参数所划分的网格段，将整条线路依次划分为若干区段，采用计算机计算各个区段内处于各雷害风险等级的杆塔数占区段总杆塔数的百分比；

(4)基于层次结构模型，采用改进层次分析计算程序求得各区段对各雷害风险等级杆塔百分比的权重向量；并在此基础上，考虑各风险等级杆塔对雷害风险的影响程度不同，继续采用改进层次分析计算程序求得不同风险等级杆塔对雷害风险的权重向量；最后将各层权重向量合成得到各区段的雷害风险权重向量，从而获取各区段雷害风险评估结果。

2.根据权利要求1所述的一种输电线路区段雷害风险评估方法，其特征在于，根据步骤(1)——步骤(4)能够分别评估输电线路各区段的绕击和反击雷害风险。

3.根据权利要求1所述的一种输电线路区段雷害风险评估方法，其特征在于，所采用的评估参数是沿输电线路走廊统计得出的。

4.根据权利要求1所述的一种输电线路区段雷害风险评估方法，其特征在于，线路各区段雷害风险评估结果是根据层次结构模型，采用改进层次分析计算程序计算得到。

5.根据权利要求1所述的一种输电线路区段雷害风险评估方法，其特征在于，线路各区段雷害风险评估结果能够反映线路各区段的雷害风险差异。

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