CN104655986A - 输电线路跳闸雷击故障点判别方法 - Google Patents

Abstract

输电线路跳闸雷击故障点判别方法,涉及一种故障点判别的方法。目前在线路跳闸雷击查询和判别工作中存在查询结果不准确、不及时、判断需要耗费时间长。输电线路跳闸雷击故障点判别方法，其特征在于包括以下步骤：在电网调度系统中提取跳闸输电线路的线路信息和跳闸时间信息；对跳闸线路在跳闸时间范围的雷击情况查询，获得可能的雷击跳闸点附近杆塔信息；根据实时观测数据、雷电风险模型、配网SACDA数据、地理信息数据、雷达回波数据，运行空间分析模型对输电线的雷电故障进行实时定位；对雷电故障的定位信息进行发布；并通过短信方式发送给负责人员。本技术方案能快速找到雷击故障发生位置，降低线路维修延误带来的损失。

Description

输电线路跳闸雷击故障点判别方法

技术领域

本发明涉及一种故障点判别的方法，尤其指输电线路跳闸雷击故障点判别方法。

背景技术

近年来，随着地闪探测数据的累积，国外对地闪密度、雷电流幅值、外部自然环境、设备内部环境为基础的雷电灾害风险方面进行了一些列的研究，我国学者也相继在地闪基础参数统计方法及部分省市地区地闪活动规律为基础的雷灾风险方面开展了卓有成效的工作。但在融合多种数据进行雷击点确定方面基本属于空白。

国内在“雷暴活动的气候特征”、“雷电分布特征及雷电参数研究”、“华北地区电网雷害分布图的研究”等方面有一些研究课题，在雷电活动与气候、地形地貌等相关性，或雷电分布与电网雷击事故相关性方面已有一定的研究成果。华北电网公司在研究中提出了电网雷害分布图的确定方法，即依据电网绝缘强度和雷电活动频度提出危险雷电分布，在此基础上综合运行经验和地形地质地貌因素形成绕击电网雷害分布图、反击电网雷害分布图，并根据华北电网雷电自动监测数据为基础绘制了华北电网2003～2006年4级雷害分布图，结合提出的防雷配置原则将其应用于工程中，取得了较好的效果。以上的研究对于雷击点判别模型提供了一方面的技术基础。国网电力科学院为能够直观反映电网雷害分布，从地闪时空分布基础数据出发, 通过确定电网雷害危险电流区间研究确定雷害危险事件频次分布及其分级的评估体系, 提出了电网雷害分布确定方法；用电网雷害分布统计方法，编制了华北电网雷害图，并分析了华北电网雷害事件与雷害分布图相关性。结果表明，电网雷害分布图与电网雷害故障历史记录间有良好的线性相关性。

针对不同的研究角度和评估目的，雷电灾害风险评估可概括为雷灾风险评估、损失评估和防灾工程的减灾效益评估等。近年来，伴随着IT技术的发展，风险评估软件化已成为复杂或重大雷电灾害风险决策的必要辅助手段。国外普遍重视雷电灾害的评估研究，如法国现已累积了15年的雷电定位资料，并用每平方公里雷暴次数来对雷暴日数进行订正；在雷电灾害风险评估方面，IEC风险管理标准草案现已转化为法国标准。为了便于防雷工作者开展工作，开发了相应的风险评估软件Jupiter Software。该软件容扩了标准中所有涉及的参数，为使用者提供了一个比较实用的工具。

国内虽然起步落后于发达国家，但伴随着经济的发展和人们防雷意识的增强，相应发布了一系列防雷技术规范。广东、上海、江西等省市通过对系列标准的研究和工作需求分析，各自开发了雷击风险评估软件，取得了一定的研究成果，但就其研究对象而言比较单一，评估因素不够全面，并且大部分的雷电风险分析是针对建筑物或涉及建筑物的。

电网雷电定位系统已运行十年，在雷电灾害风险评估、雷击线路杆塔定位、设备事故原因分析及雷电参数统计等方面，均取得了较好的应用效果。但目前在线路跳闸雷击查询和判别工作中，还存在几个问题：（1）调度通知的跳闸时间有误差，使查询结果不准确；（2）查询条件不合理，造成查询不准确；（3）雷击后需工作人员在内网计算机上查询，再将结果通知巡线人员，往往有较大的时间差。（4）实际雷击点的确定和雷击性质的判别，往往需要查询线路实际杆塔的参数作为参考，工作人员需要耗费大量的时间。

发明内容

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供输电线路跳闸雷击故障点判别方法，以达到故障点判别快速准确的目的。为此，本发明采取以下技术方案。

输电线路跳闸雷击故障点判别方法，其特征在于包括以下步骤：

1）在电网调度系统中提取跳闸输电线路的线路信息和跳闸时间信息；

2）对跳闸线路在跳闸时间范围的雷击情况查询，获得可能的雷击跳闸点附近杆塔信息；

3）根据实时观测数据、雷电风险模型、配网SACDA数据、地理信息数据、雷达回波数据，运行空间分析模型对输电线的雷电故障进行实时定位；

其中地理信息数据包括土地利用类型易损性数据；在进行雷电故障进行定位分析时，根据土地利用类型易损性数据值从高到低的顺序排查跳闸线路的雷击故障点；土地利用类型易损性数据计算时，先将区域划分为多个格网状区域，每一个格网即为一个基本评价单元；当网格化后得到的格网区域落在多个源区域时，采用面积权重内插法来计算格网区域上的属性值，根据格网区域内各源区域所占面积的百分比来确定格网区域的属性数值：a)找出落在各个规则格网区域上的源区域；b)确定各个源区域与格网区域相交部分的面积，并计算其占格网区域面积的百分比；c)按照面积比例计算属性值；

4）对雷电故障的定位信息进行发布；并通过短信方式发送给负责人员。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征。

根据记录的地闪发生时间、地闪发生经纬度、地闪电流幅值，统计各地理网格内的地闪频次，获得该地区地闪发生频次的空间分布；分析历年电网输电线路发生雷击跳闸点，结合雷电分布，对雷电分布图进行修正，并对类型易损性数据进行修正。

根据土地利用类型的分类标准对土地进行分类，分成居民用地、城镇用地、水域、旱地、林地、草地、水田；根据土地利用类型的栅格数据与地闪密度进行计算，获得相关系数，并逐一进行显著性检验。

有益效果：本技术方案将区域分块，易于统计、分析，将区域分别设置属性值，便于根据属性值分析雷击故障点位置，对故障点的位置从最高风险地开始分析查询，有利于快速找到发生位置。在雷电灾害实时故障点判别研究空白的情况下，本技术方案提出基于雷电定位系统的实时观测数据、雷电风险模型、配网SACDA数据、地理信息数据、雷达回波数据，运行空间分析模型对输电线的雷电故障进行实时定位。发现电网设施雷电灾害与雷电参数、气候、地形、地貌等因素的相关性规律，建立电网雷击风险评估模型，并构建基于多数据融合技术的输电线雷击故障定位模型，完成电网设施雷击风险评估及故障定位系统，在电网设施防雷工作中具有更大的应用价值。当雷电故障定位后，将雷电故障信息进行发布，并通过短信方式发送给负责人员，提高信息传输速度，降低线路维修延误带来的损失。

附图说明

图1是某一区域的100m*100m格网的土地利用类型图。

图2是单个格网类型示意图。

图3是本发明总体框架设计图。

图4是本发明流程图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

本发明包括以下步骤：

1）在电网调度系统中提取跳闸输电线路的线路信息和跳闸时间信息；

2）对跳闸线路在跳闸时间范围的雷击情况查询，获得可能的雷击跳闸点附近杆塔信息；

3）根据实时观测数据、雷电风险模型、配网SACDA数据、地理信息数据、雷达回波数据，运行空间分析模型对输电线的雷电故障进行实时定位；

其中地理信息数据包括土地利用类型易损性数据；在进行雷电故障进行定位分析时，根据土地利用类型易损性数据值从高到低的顺序排查跳闸线路的雷击故障点；土地利用类型易损性数据计算时，先将区域划分为多个格网状区域，每一个格网即为一个基本评价单元；当网格化后得到的格网区域落在多个源区域时，采用面积权重内插法来计算格网区域上的属性值，根据格网区域内各源区域所占面积的百分比来确定格网区域的属性数值：a)找出落在各个规则格网区域上的源区域；b)确定各个源区域与格网区域相交部分的面积，并计算其占格网区域面积的百分比；c)按照面积比例计算属性值；

4）对雷电故障的定位信息进行发布；并通过短信方式发送给负责人员。

为使雷电故障判别更为准确，对历史数据进行分析，根据记录的地闪发生时间、地闪发生经纬度、地闪电流幅值，统计各地理网格内的地闪频次，获得该地区地闪发生频次的空间分布；分析历年电网输电线路发生雷击跳闸点，结合雷电分布，对雷电分布图进行修正，并对类型易损性数据进行修正。

为便于计算易损性数据，根据土地利用类型的分类标准对土地进行分类，分成居民用地、城镇用地、水域、旱地、林地、草地、水田；根据土地利用类型的栅格数据与地闪密度进行计算，获得相关系数，并逐一进行显著性检验。

本技术方案实现输电线路雷击跳闸故障点判别的自动性、有效性、及时性。主要完成调度系统与雷电定位系统的接口。实现提取跳闸输电线路的线路信息和跳闸时间信息，并结合电网雷电定位系统，完成对跳闸线路在跳闸时间范围的雷击情况查询，输出可能的雷击跳闸点附近杆塔信息；研发基于多数据融合技术的输电线雷击故障点判别模型。根据雷电定位系统的实时观测数据、雷电风险模型、配网SACDA数据，地理信息数据、雷达回波数据，运行空间分析模型对输电线的雷电故障进行实时定位。

在电网雷害中，电网设备所处的不同的下垫面土地利用类型,在很大程度上决定了其所承受的外部灾害的打击程度,也就是说其灾害脆弱性程度。在指定区域内，定义某土地类型针对某一灾害的最大值潜在易损性为1，其最小值潜在易损性为0。首先要确定不同土地类型针对不同灾害的潜在易损性的权重。目前权重的确定，有按专家的经验和主观判断来确定，如经验权数法、专家打分法等；有各种数学方法，如统计平均值法、指标值法、相邻指标比较法、灵活偏好矩阵法、逐步回归法、灰色关联法、主成分分析法、层次分析法、模糊变权法等。数学方法由于其主观性小而应用较为广泛，但数学方法在模型选择和数据选择上也具有一定的主观性，而且还要兼顾其使用的灵活性和可操作性，因此本技术方案采取专家打分法和层次分析法相结合计算不同土地利用类型针对电网雷害的潜在易损性因子。

下面介绍其技术实现路线。

基于GIS技术，对研究区域划分为100m×100m的格网状区域，每一个格网即为一个基本评价单元，根据空间量化模型来计算每个评价单元的易损性程度值（此评价单元针对某一自然灾害的土地利用类型易损性量化值）。如图1所示，研究区域按照土地利用类型可划分为多个多边形区域，各区的属性信息见图例。不可避免地，网格化后得到的格网区域可能有落在多个源区域的情况。采用面积权重内插法来实现最大限度地合理推定这些格网区域上的属性值（可通过一定的线性规则转化为该格网区域的承灾体脆弱程度）。此方法根据规则格网区域内各源区域所占面积的百分比来确定格网区域的属性数值。主要步骤如下：a)找出落在各个规则格网区域上的源区域；b)确定各个源区域与规则格网区域相交部分的面积，并计算其占格网区域面积的百分比；c)按照面积比例的多少来分配属性值。

图2为一个评价单元，A、B、C、D为此格网内的不同土地利用类型。针对某一种特定灾害而言，不同土地利用类型的相应潜在易损性因子为                                                。格网中A、B、C、D的面积为。其评价单元内的土地利用类型易损性量化值可表达为：

   （1-1）

式（1-1）即为单个评价单元中，土地利用类型易损性计算模型。

选取近年浙江省精细化土地利用类型矢量数据。根据土地利用类型数据来量化区域承灾体对雷电灾害的易损性，从而来研究雷电分布与地理因素之间的相关性。土地利用类型数据包含21种：21林地、22灌木林地、23疏林地、24其他林地、31高覆盖草地、32中覆盖草地、33低覆盖草地、41河渠、42湖泊、43水库、51城镇用地、52居民用地、53工交建设用地、66裸岩、111山区水田、112丘陵水田、113平原水田、121山区旱地、122丘陵旱地、123平原旱地（以上数字为标准类型代码）。

由于地区的地闪密度各范围都有分布，既有地闪密度较低的地区，也有地闪密度较高的地区，所以选取台州地区作为土地利用类型相关性分析的典型样本。根据土地利用类型的一级分类标准以及台州的实际情况，将以上分为居民用地（52、53）、城镇用地（51）、水域（41、42、43）、旱地（121、122、123）、林地（21、22、23、24）、草地（31、32、33）、水田（111、112、113）。利用浙江某一地区的土地利用类型的栅格数据与地闪密度进行相关分析，求得其相关系数，并逐一进行显著性检验。

表 土地利用类型与地闪频次的相关分析

除了林地外，其他土地利用类型和地闪密度成负相关关系。全部土地类型的相关系数都通过了显著性的检验。林地与年均地闪密度成正相关关系，这说明，地闪容易在林地上发生；而地闪密度与水田成负相关关系，这说明，地闪不易在水田上发生。其他土地利用类型由于相关系数太小，与地闪密度的关系可以忽略。

选取栅格中年均地闪密度大于15次的进行分析。在地闪密度在15次以上的栅格中，林地平均占79.0%，水田占12.1%，草地占3.6%，旱地3%，其他在3%以下。

浙江省的林地一般位于高海拔地区，而由于地形的作用，容易遭致闪电。而且林地一般有高耸的冠层，也容易引雷。综合上述，林地易于发生地闪。

输电线路雷击事故与雷电参数及因素的相关性规律，为雷击点判别模型提供历史风险影响因子，利用GridGIS空间分析技术，实现对区域下垫面的精细网格化（如1000米×1000米）处理，将各个影响要素归纳到精细网格中进行统一处理，网格自动提取每个单元中的相关地理特征，建立单元网格中多种信息的综合提取模型。基于以上的方法，研究地闪密度、地闪强度、气候背景、地形地貌等因素与雷击风险度的影响，运行专家打分、层次分析等风险评估的方法建立浙江电网雷击风险评估模型，划分浙江电网雷击风险等级。

浙江电网雷害分布确定的基础是浙江电网雷电监测系统多年积累的海量地闪自动监测数据库。将地闪自动监测数据库和地理信息系统( GIS)相结合, 建立地闪时空分布特征基础数据分析平台。首先将区域在地理空间上网格化,依据包括:地闪发生时间、地闪发生经纬度、地闪电流幅值等信息在内的地闪监测数据记录,利用网格法,统计各地理网格内的地闪频次，初步得出该地区地闪发生频次的空间分布。分析历年电网输电线路发生雷击跳闸点，结合雷电分布，进行对电网雷电分布图的修正研究。输电线路雷击闪络的发生受雷电活动自身的随机性,输电线路所经地域气候、地理、地形地貌等因素制约,具有一定的分散性,使实际雷击闪络故障点分布与雷害等级分布不是绝对完全一致。项目结合线路运行历史数据, 依据线路历史运行的雷击跳闸故障点获得电网历史雷害区域，分析故障点的雷电分布与雷害事故的相关性，对雷电分布图进行修正，如对故障点区域附近的雷害等级提高一个等级, 以加强监测数据与实际运行数据的相关性。

如图3、4所示，本技术方案建立输电线路跳闸雷击查询接口及雷击点判别模型，完成调度系统与雷电定位系统的接口。实现提取跳闸输电线路的线路信息和跳闸时间信息，并结合电网雷电定位系统，完成对跳闸线路在跳闸时间范围的雷击情况查询，输出可能的雷击跳闸点附近杆塔信息；

建立基于多数据融合技术的输电线雷击故障点判别模型。根据雷电定位系统的实时观测数据、雷电风险模型、配网SACDA数据，地理信息数据、雷达回波数据，运行空间分析模型对输电线的雷电故障进行实时定位。

以上图1-4所示的输电线路跳闸雷击故障点判别方法是本发明的具体实施例，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。

Claims (3)

1.输电线路跳闸雷击故障点判别方法，其特征在于包括以下步骤：

1）在电网调度系统中提取跳闸输电线路的线路信息和跳闸时间信息；

2）对跳闸线路在跳闸时间范围的雷击情况查询，获得可能的雷击跳闸点附近杆塔信息；

3）根据实时观测数据、雷电风险模型、配网SACDA数据、地理信息数据、雷达回波数据，运行空间分析模型对输电线的雷电故障进行实时定位；

其中地理信息数据包括土地利用类型易损性数据；在进行雷电故障进行定位分析时，根据土地利用类型易损性数据值从高到低的顺序排查跳闸线路的雷击故障点；土地利用类型易损性数据计算时，先将区域划分为多个格网状区域，每一个格网即为一个基本评价单元；当网格化后得到的格网区域落在多个源区域时，采用面积权重内插法来计算格网区域上的属性值，根据格网区域内各源区域所占面积的百分比来确定格网区域的属性数值：a)找出落在各个规则格网区域上的源区域；b)确定各个源区域与格网区域相交部分的面积，并计算其占格网区域面积的百分比；c)按照面积比例计算属性值；

4）对雷电故障的定位信息进行发布；并通过短信方式发送给负责人员。

2.根据权利要求1所述的输电线路跳闸雷击故障点判别方法，其特征在于：根据记录的地闪发生时间、地闪发生经纬度、地闪电流幅值，统计各地理网格内的地闪频次，获得该地区地闪发生频次的空间分布；分析历年电网输电线路发生雷击跳闸点，结合雷电分布，对雷电分布图进行修正，并对类型易损性数据进行修正。

3.根据权利要求2所述的输电线路跳闸雷击故障点判别方法，其特征在于：根据土地利用类型的分类标准对土地进行分类，分成居民用地、城镇用地、水域、旱地、林地、草地、水田；根据土地利用类型的栅格数据与地闪密度进行计算，获得相关系数，并逐一进行显著性检验。