CN105426671A - 一种雷暴天气下架空配电线路的可靠性评测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种雷暴天气下架空配电线路的可靠性评测方法，依据架空配电线路的故障停运历史数据及其故障维修历史数据对雷暴期间架空配电线路雷击故障的时序特性加以分析，综合考量了雷暴天气中引起架空配电线路故障的雷击气候因素、雷击故障维修难度因素、架空配电线路的几何参数因素以及电气配置因素，建立了架空配电线路可靠度计算模型，对雷暴天气下架空配电线路的可靠性加以评测，能够很好地体现架空配电线路在多方面的实际因素情况，从而有利于更加准确、可靠地计算和评测雷暴天气下架空配电线路的可靠性，能够为配电网的规划和运行提供有效的指导辅助信息。

Description

一种雷暴天气下架空配电线路的可靠性评测方法

技术领域

本发明属于恶劣天气下配电线路可靠性评测技术领域，具体涉及一种雷暴天气下架空配电线路的可靠性评测方法。

背景技术

雷暴天气是严重影响人类生产、生活的自然灾害之一。配电线路具有量大面广的特点，承担着向低压负荷分配电能的重任。中压架空线路绝缘水平较低，一般无避雷线保护，网架结构复杂，一旦遇到雷暴灾害天气的袭击，线路往往会遭受破坏。相比高压输电线路，暴露于外部环境中的架空配电线路更容易遭受雷击，造成电力中断，影响网络的供电可靠性水平。研究表明，灾害性天气下线路的故障率大约是正常天气的2000倍，而修复时间为5倍。

国内外学者针对架空线路元件与气象因素之间的风险模型做了大量研究。通常情况下引起架空线路故障的主要气象因素包括风速、雷电和覆冰等，其中雷击引起的线路故障率与架空线路的物理长度强相关，风速与覆冰引起的架空线路故障与线路物理长度弱相关。期刊《高电压技术》2011年第12期第37卷认为雷击跳闸闪络率越高的架空线路故障风险越高，因此以雷击闪络率作为雷暴灾害风险等级评估指标；期刊《电力系统及其自动化学报》2011年第6期第23卷根据气象统计数据和电网运行数据，梳理了不同气候条件等级下的线路故障率，采用灰色模糊理论的分析方法，得到包含不同气象因素的输电线路故障率。

然而，上述关于雷暴天气下架空配电线路可靠性相关的研究成果，都缺乏针对于雷暴气象特征参数与架空配电线路元件停运风险之间关系的研究，难以用于指导针对实际天气情况下的气象特征对架空配电线路可靠性的评测应用中；同时，由于雷暴天气下配电网可靠性评估将受限于雷暴气象监测系统预报信息的时效性，架空配电线路的故障风险将随着雷暴气象特征的变化而随时变化，属于短期可靠性评估的技术领域范畴，目前针对雷暴天气影响下架空配电短期可靠性评估尚无完善、有效的评测方法和体系。因此，如何找到一种针对雷暴天气下架空配电线路的可靠性评测方法，使其能够应用在雷暴气象监测系统所能预报的未来时间段内对架空配电线路的可靠性加以有效评测，已经成为一个重要的技术研究方向。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种雷暴天气下架空配电线路的可靠性评测方法，用以解决现有技术中针对未来雷暴天气影响下对架空配电线路的可靠性评测缺乏有效手段的问题，用以对雷暴天气下架空配电线路的可靠性评测提供一种可行的方法方案，用以为配电网的规划和运行提供指导辅助信息。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种雷暴天气下架空配电线路的可靠性评测方法，包括如下步骤：

1)统计架空配电线路的故障停运历史数据和故障维修历史数据，并测量架空配电线路的几何参数；

2)根据架空配电线路的几何参数，计算架空配电线路上的导线对应的雷电流幅值，进而得出架空配电线路所对应的计及地闪密度和雷电流幅值的雷击跳闸率时变函数TR_l(t)，t表示以单位时长划分的第t时段；

3)根据架空配电线路的故障停运历史数据，对架空配电线路的故障次数与雷击跳闸次数之间的函数关系进行线性拟合，进而得到架空配电线路因雷击跳闸引起故障的雷击线路故障比例系数α，从而得到架空配电线路的雷击线路故障率时变函数λ_yl(t)＝TR_l(t)×α；

4)根据架空配电线路的故障停运历史数据和故障维修历史数据，统计出架空配电线路各次因雷击故障维修所需的修复时长，并按照预设定的修复时长等级划分标准，将各次因雷击故障维修按其所需修复时长归类到相应的修复时长等级，从而根据各个修复时长等级中所含雷击故障维修次数占故障维修历史数据中雷击故障维修总次数的比例，来统计确定架空配电线路在出现雷击故障维修时所需修复时长在不同修复时长等级的分布概率；

5)根据架空配电线路的雷击线路故障率时变函数以及架空配电线路在出现雷击故障维修时所需修复时长在不同修复时长等级的分布概率，建立得到以时间为变量的架空配电线路可靠度计算模型：

$R\left(t\right)=1-Q\left(t\right),Q\left(t\right)=\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{P}_j\frac{{\mathrm{\λ}}_{yl}\left(t\right)}{{\mathrm{\λ}}_{yl}\left(t\right)+1/R_j};$

其中，R(t)表示架空配电线路在第t时段的可靠度值；Q(t)表示架空配电线路在第t时段的不可用度值；R_j为第j个修复时长等级的修复时长上限值，P_j为架空配电线路在出现雷击故障维修时所需修复时长属于第j个修复时长等级的概率值，j∈{1,2,…,m}，m为修复时长等级总数；

6)获取未来时间段的雷暴天气预报信息，根据未来时间段的雷暴预报信息确定未来时间段中各个时段内的地闪密度值，作为架空配电线路可靠度计算模型的输入量，从而利用空配电线路可靠度计算模型计算得到架空配电线路在未来时间段中各个时段的可靠度值，依据所计算得到的可靠度值对未来时间段雷暴天气下架空配电线路的可靠性进行评测；所述可靠度值越高，则其对应的雷暴天气下架空配电线路的可靠性越好。

上述雷暴天气下架空配电线路的可靠性评测方法中，具体而言，所述步骤2中)，架空配电线路所对应的雷击跳闸率时变函数TR_l(t)具体为：

TR_l(t)＝TR_d(t)+TR_i(t)；

TR_d(t)和TR_i(t)分别为第t个时段内的架空配电线路因雷暴造成的配电线路跳闸的直击雷跳闸率和感应雷跳闸率：

${\mathrm{TR}}_d\left(t\right)=N_g\left(t\right)\×\mathrm{\η}\×\frac{b+2D}{10}\×{10}^{-I_e/88};$

${\mathrm{TR}}_i\left(t\right)=0.2\×N_g\left(t\right)\×\mathrm{\η}\×\underset{D}{\overset{+\mathrm{\∞}}{\∫}}{10}^{-I_e\left(s\right)/88}ds;$

其中，N_g(t)为第t个时段内的地闪密度；b为架空配电线路最上层导线在地面的投影宽度；D为架空配电线路单侧引雷范围；I_e为架空配电线路的耐雷水平值；s为雷击点到架空配电线路导线的距离；η为建弧率。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明雷暴天气下架空配电线路的可靠性评测方法，考量了雷暴天气中引起架空配电线路故障的雷击气候因素，并依据架空配电线路的故障停运历史数据及其故障维修历史数据对雷暴期间架空配电线路雷击故障的时序特性加以分析，在架空配电线路可靠度计算模型中，计及了出现雷击故障维修时所需修复时长在不同修复时长等级的分布概率，并且以不同时段的地闪密度大小来表征雷暴天气下不同时段的雷击强度，对架空配电线路的可靠性加以综合评估，体现了本发明可靠性评测方法与击气候因素和雷击故障维修难度的密切关联性。

2、本发明雷暴天气下架空配电线路的可靠性评测方法中，由于架空配电线路的可靠度计算模型还受到雷击跳闸率中相关的架空配电线路几何参数以及交流电气装置过电压保护和绝缘配合建弧率的影响，体现了本发明可靠性评测方法与架空配电线路的几何参数以及电气配置情况具有密切关联性。

3、本发明雷暴天气下架空配电线路的可靠性评测方法，能够很好地体现架空配电线路在多方面的实际因素情况，从而有利于更加准确、可靠地计算和评测雷暴天气下架空配电线路的可靠性，能够为配电网的规划和运行提供有效的指导辅助信息。

附图说明

图1为负极性雷云中的电荷分布模型图。

图2为无避雷线配电线路电气几何模型原理图。

图3为永久性故障次数与雷击跳闸次数线性拟合曲线图。

图4为架空配电线路雷击故障修复时长多水平分级概率密度曲线示意图。

图5为实施例中地面倾角对线路可靠度影响曲线图。

图6为实施例中绝缘配置对线路可靠度的影响曲线图。

具体实施方式

本发明提供了一种雷暴天气下架空配电线路的可靠性评测方法，该方法通过雷暴预报信息，分析雷暴过程演变特点，根据雷暴参数预报信息并结合雷击跳闸特性，采用线性拟合的方法得到架空线路时变故障率，并对雷暴天气下线路雷击故障率进行分析，用以建立以时间为变量的架空配电线路可靠度计算模型，最后根据未来时间段的雷暴预报信息所包含的雷暴气象参数，利用架空配电线路可靠度计算模型对未来时间段雷暴天气下架空配电线路的可靠性进行评测。

本发明雷暴天气下架空配电线路的可靠性评测方法的具体流程如下：

1)统计架空配电线路的故障停运历史数据和故障维修历史数据，并测量架空配电线路的几何参数；

2)根据架空配电线路的几何参数，计算架空配电线路上的导线对应的雷电流幅值，进而得出架空配电线路所对应的计及地闪密度和雷电流幅值的雷击跳闸率时变函数TR_l(t)，t表示以单位时长划分的第t时段；

这里计算涉及到雷电放电模型和架空配电线路的电气几何模型。雷击跳闸率是指每年每百公里线路由于雷击引起的开断次数。本文通过雷暴监测系统提供的数据，研究强雷暴过程中可能造成线路跳闸的雷击跳闸次数，因此，本文中雷击跳闸率指每小时每百公里线路由于雷击引起的开断次数。击距法的基本原理是由雷云向地面发展的先导放电通道头部到达被击物体的临界击穿距离—击距之前，击中点是不确定的，先到达哪个物体的击距之内，即向该物体放电，雷电放电模型如图1所示。无避雷线保护的中压架空配电线路的击距模型(也称作架空配电线路的电气几何模型)如图2所示。图2中CAB弧为导线暴露弧；BD弧为大地暴露弧；R_d为对导线击距；R_e为对地面击距；θ为地面倾角。

①R_d为对导线击距，其不仅与雷电流幅值有关，还与导线高度有关。Eirksson提出的击距计算式为：

R_d＝0.67h^0.6I^0.74(9)；

式中，R_d为对导线击距，单位为m；h为导线平均高度，单位为m；I为电流幅值。

②IEEE工作组推荐的对地面击距R_e的计算表达式为：

R_e＝(0.168ln(43-h)+0.36))×R_d(10)；

③当导线高度与对导线击距和对地面击距的交点B处于同一高度时的雷电流为雷电流临界值I₀：

$I_0={\left(\frac{h^{0.4}\×cos\mathrm{\θ}}{0.67\×\left(0.168ln\right(43-h)-sin\mathrm{\θ}+0.36)}\right)}^{1/0.74}---\left(11\right);$

④我国电力行业推荐的架空配电线路单侧引雷范围D计算式为：

$D=\underset{0}{\overset{I_0}{\∫}}{R}_{d}p\left(I\right)dI+\underset{I_0}{\overset{+\mathrm{\∞}}{\∫}}{x}_{k}p\left(I\right)dI---\left(12\right);$

其中，x_k为导线击距和对地击距交点的横坐标值，单位为m；p(I)为雷电流幅值概率密度函数：

$p\left(I\right)=\frac{ln10}{88}{10}^{\frac{-I}{88}},$ 一般地区(13)；

$p\left(I\right)=\frac{ln10}{44}{10}^{\frac{-I}{44}},$ 西北少雷地区(14)；

配电线路的雷击跳闸率包括直击雷跳闸率和感应雷跳闸率，当落雷位于CAD弧段时会直接击中导线引起直击雷跳闸；当落雷击于BD弧段线路附近的大地时，导线可能会发生感应雷跳闸。根据击距模型可得一般地区在一次雷暴过程中，第t个小时段内因雷暴造成的配电线路跳闸的直击雷跳闸率TR_d(t)和感应雷跳闸率TR_i(t)分别用式(15)和式(16)表示：

${\mathrm{TR}}_d\left(t\right)=N_g\left(t\right)\×\mathrm{\η}\×\frac{b+2D}{10}\×{10}^{-I_e/88}---\left(15\right);$

${\mathrm{TR}}_i\left(t\right)=0.2\×N_g\left(t\right)\×\mathrm{\η}\×\underset{D}{\overset{+\mathrm{\∞}}{\∫}}{10}^{-I_e\left(s\right)/88}ds---\left(16\right);$

式中，N_g(t)为第t个小时段内的地闪密度，单位为次/km².小时；b为最上层导线在地面的投影宽度，单位为m；I_e为耐雷水平；s为雷击点到线路距离；η为建弧率，根据我国电力行业标准，交流电气装置的过电压保护和绝缘配合(DLT520-1997)建弧率可表示为：

η＝(4.5E^0.75-14)×10^-2(17)；

其中，E为绝缘子串的平均运行电压梯度，单位为kV/m。

综合式(15)和式(16)可得到架空配电线路的雷击跳闸率时变函数TR_l(t)为：

TR_l(t)＝TR_d(t)+TR_i(t)(18)；

从上述分析可以发现，若已知每个时段内的地闪密度和雷电流幅值，可根据击距法求取此时间段内配电线路的雷击跳闸率。

3)根据架空配电线路的故障停运历史数据，对架空配电线路的故障次数与雷击跳闸次数之间的函数关系进行线性拟合，进而得到架空配电线路因雷击跳闸引起故障的雷击线路故障比例系数α，从而得到架空配电线路的雷击线路故障率时变函数λ_yl(t)＝TR_l(t)×α。

根据配电网运行经验可知，雷击引起的架空配电线路故障大部分为瞬时性故障，该类故障可以通过自动重合闸装置清除，在不考虑自动重合闸引起的敏感负荷电压暂降时，该类故障一般不会造成用户停电。而另有小部分雷击跳闸不能通过自动重合闸装置清除，可能会引起线路强迫停运，此类故障为永久性故障。

鉴别雷击瞬时性故障和永久性故障是一项非常艰巨的工作，需建立在大量历史数据统计的基础上。本发明假设自动重合闸装置高度可靠，瞬时性故障均可及时清除。线路雷击跳闸次数与永久性故障次数间的函数关系可通过线路历史雷击停运记录数据线性拟合得到。

假设线路雷击闪络跳闸的历史数据为{x_i，y_i}，其中x_i为雷击跳闸次数，y_i为线路永久性故障次数。定义拟合函数为：

y＝f(x)＝αx+b(19)

均方误差为：

$S_E^2=\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}({\mathrm{\αx}}_i+b-y_i)---\left(20\right)$

采用最小二乘法求解满足均方误差最小的α和b：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{\∂S_E^2}{\∂\mathrm{\α}}=2\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}({\mathrm{\αx}}_i+b-y_i)=0\\ \frac{\∂S_E^2}{\∂b}=2\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}({\mathrm{\αx}}_i+b-y_i)x_i=0\end{array}\right.---\left(21\right)$

整理可得拟合曲线满足方程：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\α}\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{x}_i+mb=\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{y}_i\\ \mathrm{\α}\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{x}_i^2+b\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{x}_i=\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{x}_i{y}_i\end{array}\right.---\left(22\right)$

$\mathrm{\α}=(\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{y}_i\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{x}_i^2-\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{x}_i\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{x}_i{y}_i)/(m\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{x}_i^2-{\left(\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{x}_i\right)}^2)---\left(23\right)$

$b=(m\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{x}_i{y}_i-\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{x}_i\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{y}_i)/(m\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{x}_i^2-{\left(\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{x}_i\right)}^2)---\left(24\right)$

例如，NationalLightningDetectionNetwork(NLDN)提供了某配电线路(1995-1999年)5年时间内不同雷暴强度下永久性故障次数与雷击跳闸次数的统计数据，将永久性故障次数与雷击跳闸次数进行线性拟合可得如图3所示的曲线。由图3可以看出，α＝0.195，b＝0。因此，因雷击引起的线路永久性故障次数约占雷击跳闸次数的19.5％，即永久性故障率可近似等于雷击跳闸率的19.5％。为简化分析，本文认为对于该区域来说配网雷击跳闸的雷击线路故障比例系数α＝0.195。需要说明的是，针对不同地区，雷击线路故障比例系数也不尽相同，需要结合当地线路历史雷击停运记录统计计算而确定雷击线路故障比例系数的具体取值。

以雷击跳闸率模型为基础，结合架空线路雷击跳闸强送不成功率，可得雷暴过程中第t个时间段内线路瞬时性故障率和永久性故障率分别如下：

架空配电线路瞬时性故障率：

λ_sl(t)＝TR_l(t)×(1-α)(25)

架空配电线路永久性故障率：

λ_yl(t)＝TR_l(t)×α(26)。

4)根据架空配电线路的故障停运历史数据和故障维修历史数据，统计出架空配电线路各次因雷击故障维修所需的修复时长，并按照预设定的修复时长等级划分标准，将各次因雷击故障维修按其所需修复时长归类到相应的修复时长等级，从而根据各个修复时长等级中所含雷击故障维修次数占故障维修历史数据中雷击故障维修总次数的比例，来统计确定架空配电线路在出现雷击故障维修时所需修复时长在不同修复时长等级的分布概率。

修复时长是指元件故障导致停电到故障元件通过修复或更换恢复供电经历的时间，电力系统可靠性评估中大部分强迫失效是可修复的。当架空配电线路因雷击发生永久性故障时，需要人工对线路进行矫正性维修。考虑到维修人员的人生安全，雷暴过程结束之后才能对元件进行维修。雷暴天气下架空线路修复时长会受雷暴强弱、雷暴降雨量和维修人员素质等诸多因素影响，因此，修复时长是关于这些因素的时变函数，如公式(27)所示：

R(t)＝μ(L_t,Q_t,...)(27)；

式中，R(t)为雷暴天气下中压线路修复时长；L_t为不同雷暴强度下雷暴持续时间；Q_t表示与线路修复人员素质有关的影响因素。

由于线路的修复过程与人员素质等人为因素有关，很难针对各类因素建立准确的解析表达式，通常只能通过数据统计得到。通过分析雷暴发生期间架空配电线路印雷击故障而导致维修所需的修复时长历史数据，不同雷击故障下的修复时长服从指数分布，其概率分布如图4所示。为了在可靠性评估中计入雷暴天气对修复时长的影响，需综合计入例如图4中所示的修复时长多水平分级概率密度曲线。为简化分析，可以离散化修复时长概率密度分布曲线，建立如图4所示的修复时长多水平分级概率密度曲线，图中修复时长等级的划分可以按照预设定的修复时长等级划分标准来进行，修复时长等级划分的级数越多，模型越精确。

具体操作时预先设定修复时长等级划分标准，则可以根据架空配电线路的故障停运历史数据和故障维修历史数据，统计出架空配电线路各次因雷击故障维修所需的修复时长，并按照预设定的修复时长等级划分标准，将各次因雷击故障维修按其所需修复时长归类到相应的修复时长等级，从而根据各个修复时长等级中所含雷击故障维修次数占故障维修历史数据中雷击故障维修总次数的比例，来统计确定架空配电线路在出现雷击故障维修时所需修复时长在不同修复时长等级的分布概率。如表1所示，其中R_j为第j个修复时长等级的修复时长上限值，P_j为架空配电线路在出现雷击故障维修时所需修复时长属于第j个修复时长等级的概率值，j∈{1,2,…,m}，m为修复时长等级总数。

表1修复时长等级及其分布概率示例

5)根据架空配电线路的雷击线路故障率时变函数以及架空配电线路在出现雷击故障维修时所需修复时长在不同修复时长等级的分布概率，建立得到以时间为变量的架空配电线路可靠度计算模型：

$R\left(t\right)=1-Q\left(t\right),Q\left(t\right)=\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{P}_j\frac{{\mathrm{\λ}}_{yl}\left(t\right)}{{\mathrm{\λ}}_{yl}\left(t\right)+1/R_j}---\left(28\right);$

式(28)中，R(t)表示架空配电线路在第t时段的可靠度值；Q(t)表示架空配电线路在第t时段的不可用度值；R_j为第j个修复时长等级的修复时长上限值，P_j为架空配电线路在出现雷击故障维修时所需修复时长属于第j个修复时长等级的概率值，j∈{1,2,…,m}，m为修复时长等级总数。

6)获取未来时间段的雷暴天气预报信息，根据未来时间段的雷暴预报信息确定未来时间段中各个时段内的地闪密度值，作为架空配电线路可靠度计算模型的输入量，从而利用空配电线路可靠度计算模型计算得到架空配电线路在未来时间段中各个时段的可靠度值，依据所计算得到的可靠度值对未来时间段雷暴天气下架空配电线路的可靠性进行评测；该可靠度值越高，则其对应的雷暴天气下架空配电线路的可靠性越好。

该步骤中，在计算架空配电线路在未来时间段中各个时段的可靠度值时，根据上述的式(28)可知，由于架空配电线路可靠度计算模型中，架空配电线路在未来时间段中第t时段的可靠度值R(t)与雷击线路故障率时变函数λ_yl(t)相关，而雷击线路故障率时变函数λ_yl(t)与雷击跳闸率时变函数TR_l(t)相关，根据上述的式(18)以及式(15)和(16)可知，雷击跳闸率时变函数TR_l(t)与未来时间段中第t时段内的地闪密度N_g(t)相关，因此，只要根据未来时间段的雷暴预报信息确定未来时间段中各个时段内的地闪密度值，作为架空配电线路可靠度计算模型的输入量，即可相应地计算出未来时间段中各个时段的可靠度值，从而依据可靠度值对雷暴天气下架空配电线路的可靠性加以评测。

下面结合具体实施方式，进一步说明本发明的技术特点和效果。

实施例：

本算例以沿海地区某条总长度为15km配电线路为例，采用本发明雷暴天气下架空配电线路的可靠性评测方法来确认该架空配电线路的可靠度，用于对其进行可靠性的评测。

本实施例中，统计了架空配电线路的故障停运历史数据和故障维修历史数据，获取了架空配电线路的几何参数，架空线路杆塔采用水泥塔杆，杆塔最高处导线高度为10m；线路绝缘子采用针式绝缘子(P-15)，绝缘子串雷击冲击耐受电压为150kV；导线为三角形布置，b＝0，导线弧垂为0.5m。

表2本实施例中强雷暴天气下闪电活动情况

表3本实施例中不同绝缘子U50％和最小电弧距离

根据线路所在地区供电局提供的雷暴气象数据与线路停运数据记录，对架空配电线路的故障次数与雷击跳闸次数之间的函数关系进行线性拟合，进而得到该地区架空配电线路因雷击跳闸引起故障的雷击线路故障比例系α＝0.198。同时，设定的以每4个小时的时间间隔划分一个修复时长等级，作为修复时长等级划分标准，根据架空配电线路的故障停运历史数据和故障维修历史数据，统计出架空配电线路各次因雷击故障维修所需的修复时长，并按照预设定的修复时长等级划分标准，将各次因雷击故障维修按其所需修复时长归类到相应的修复时长等级，从而根据各个修复时长等级中所含雷击故障维修次数占故障维修历史数据中雷击故障维修总次数的比例，来统计确定架空配电线路在出现雷击故障维修时所需修复时长在不同修复时长等级的分布概率，得到该架空配电线路的修复时长等级及其分布概率如表4所示：

表4本实施例中雷暴天气下修复时长等级及其分布概率

由此，利用本发明雷暴天气下架空配电线路的可靠性评测方法中建立的架空配电线路可靠度计算模型加以计算，得到本实施例中雷暴天气下架空配电线路故障率及其可靠度计算结果，如表5所示：

表5本实施例中雷暴天气下架空配电线路雷击故障率

根据本实施例计算所得的线路可靠度值，按照本实施例预先设定的可靠性评级标准，可以对该架空配电线路在第1～7时段内的可靠性进行评测。本实施例中预先设定的可靠性评级标准为，可靠度值≥0.8为I级风险等级，0.7≤可靠度值<0.8为II级风险等级，0.6≤可靠度值<0.7为III级风险等级，0.5≤可靠度值<0.6为IV级风险等级，可靠度值<0.5为V级风险等级，风险等级的级数越低表明可靠性越高。由此，得出本实施例中架空配电线路在第1～7时段内的风险评级结果如表6所示。

表6本实施例中雷暴天气下架空配电线路雷击跳闸故障风险评级

据此风险评级结果，便能够更好地安排部署架空配电线路在第1～7时段内的安全性防御措施。

本发明雷暴天气下架空配电线路的可靠性评测方法中，考量了雷暴天气中引起架空配电线路故障的雷击气候因素，并依据架空配电线路的故障停运历史数据及其故障维修历史数据对雷暴期间架空配电线路雷击故障的时序特性加以分析，在架空配电线路可靠度计算模型中，计及了出现雷击故障维修时所需修复时长在不同修复时长等级的分布概率，并且以不同时段的地闪密度大小N_g(t)来表征雷暴天气下不同时段的雷击强度，对架空配电线路的可靠性加以综合评估，体现了本发明可靠性评测方法与击气候因素和雷击故障维修难度的密切关联性；不仅如此，由于架空配电线路的可靠度计算模型还受到雷击跳闸率TR_l(t)中相关的架空配电线路几何参数(例如最上层导线在地面的投影宽度b和架空配电线路单侧引雷范围D)以及交流电气装置过电压保护和绝缘配合建弧率η的影响，因此在架空配电线路几何参数不同或者电气装置的绝缘配置不同的情况下，对于架空配电线路可靠度值都会有影响。例如，架空配电线路所在位置的地面倾斜度会影响其整体几何参数情况，图5示出了上述实施例的架空配电线路在不同地面倾角下的可靠度计算结果，可以看到不同地面倾角下对架空配电线路可靠度的影响情况。又例如，图6示出了架空配电线路中电气装置采用不同绝缘配置下的可靠度计算结果，可以看到在采用针式绝缘子、玻璃绝缘子、复合绝缘子、瓷横担绝缘子的情况下对架空配电线路可靠度的影响情况。由此也可以看到，本发明雷暴天气下架空配电线路的可靠性评测方法能够很好地体现架空配电线路在多方面的实际因素情况，从而有利于更加准确、可靠地计算和评测雷暴天气下架空配电线路的可靠性，能够为配电网的规划和运行提供有效的指导辅助信息。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种雷暴天气下架空配电线路的可靠性评测方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)统计架空配电线路的故障停运历史数据和故障维修历史数据，并测量架空配电线路的几何参数；

2)根据架空配电线路的几何参数，计算架空配电线路上的导线对应的雷电流幅值，进而得出架空配电线路所对应的计及地闪密度和雷电流幅值的雷击跳闸率时变函数TR_l(t)，t表示以单位时长划分的第t时段；

3)根据架空配电线路的故障停运历史数据，对架空配电线路的故障次数与雷击跳闸次数之间的函数关系进行线性拟合，进而得到架空配电线路因雷击跳闸引起故障的雷击线路故障比例系数α，从而得到架空配电线路的雷击线路故障率时变函数λ_yl(t)＝TR_l(t)×α；

4)根据架空配电线路的故障停运历史数据和故障维修历史数据，统计出架空配电线路各次因雷击故障维修所需的修复时长，并按照预设定的修复时长等级划分标准，将各次因雷击故障维修按其所需修复时长归类到相应的修复时长等级，从而根据各个修复时长等级中所含雷击故障维修次数占故障维修历史数据中雷击故障维修总次数的比例，来统计确定架空配电线路在出现雷击故障维修时所需修复时长在不同修复时长等级的分布概率；

5)根据架空配电线路的雷击线路故障率时变函数以及架空配电线路在出现雷击故障维修时所需修复时长在不同修复时长等级的分布概率，建立得到以时间为变量的架空配电线路可靠度计算模型：

$R\left(t\right)=1-Q\left(t\right),Q\left(t\right)=\underset{j=1}{\overset{m}{\&Sigma;}}{P}_j\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_{yl}\left(t\right)}{{\mathrm{\&lambda;}}_{yl}\left(t\right)+1/R_j};$

其中，R(t)表示架空配电线路在第t时段的可靠度值；Q(t)表示架空配电线路在第t时段的不可用度值；R_j为第j个修复时长等级的修复时长上限值，P_j为架空配电线路在出现雷击故障维修时所需修复时长属于第j个修复时长等级的概率值，j∈{1,2,…,m}，m为修复时长等级总数；

6)获取未来时间段的雷暴天气预报信息，根据未来时间段的雷暴预报信息确定未来时间段中各个时段内的地闪密度值，作为架空配电线路可靠度计算模型的输入量，从而利用空配电线路可靠度计算模型计算得到架空配电线路在未来时间段中各个时段的可靠度值，依据所计算得到的可靠度值对未来时间段雷暴天气下架空配电线路的可靠性进行评测；所述可靠度值越高，则其对应的雷暴天气下架空配电线路的可靠性越好。

2.根据权利要求1所述雷暴天气下架空配电线路的可靠性评测方法，其特征在于，所述步骤2中)，架空配电线路所对应的雷击跳闸率时变函数TR_l(t)具体为：

TR_l(t)＝TR_d(t)+TR_i(t)；

TR_d(t)和TR_i(t)分别为第t个时段内的架空配电线路因雷暴造成的配电线路跳闸的直击雷跳闸率和感应雷跳闸率：

${\mathrm{TR}}_d\left(t\right)=N_g\left(t\right)\&times;\mathrm{\&eta;}\&times;\frac{b+2D}{10}\&times;{10}^{-I_e/88};$

${\mathrm{TR}}_i\left(t\right)=0.2\&times;N_g\left(t\right)\&times;\mathrm{\&eta;}\&times;\underset{D}{\overset{+\mathrm{\&infin;}}{\&Integral;}}{10}^{-I_e\left(s\right)/88}ds;$

其中，N_g(t)为第t个时段内的地闪密度；b为架空配电线路最上层导线在地面的投影宽度；D为架空配电线路单侧引雷范围；I_e为架空配电线路的耐雷水平值；s为雷击点到架空配电线路导线的距离；η为建弧率。