CN108596427A - 一种输电线路雷击风险等级图的绘制方法 - Google Patents

一种输电线路雷击风险等级图的绘制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种输电线路雷击风险等级图的绘制方法，该方法基于输电线路分布式故障诊断系统对输电线路故障进行在线监测，其中输电线路分布式故障诊断系统终端直接安装于输电线路本体上，对输电线路故障进行诊断定位；然后结合定位结果对输电线路本体雷击事件进行分析，结合多方面因素以设定规则得出输电线路雷击风险图，实现输电线路雷击风险等级的评定。与现有技术相比，本发明结合因素更全面，能有效区分直击雷和感应雷等优点。

Description

一种输电线路雷击风险等级图的绘制方法
技术领域
本发明涉及一种雷电分布图绘制方法，尤其是涉及一种输电线路雷击风险等级图的绘制方法。
背景技术
输电线路作为电网电能运输不可或缺的部分，常年运行在野外等严酷环境下，难免因多种因素导致故障。根据以往线路的运行经验，输电线路故障中雷击故障占比达65％以上，雷击故障常常造成绝缘子闪络甚至线路断股等严重后果，为此，需要对线路进行防雷改造，目前防雷改造基本以雷电定位系统的线路走廊落雷密度图为基础，对高故障率区域进行相对应的防雷改造。
现阶段，国内在雷电分布图绘制上存在多种方式，主流上有以下几种方式：(1)依据雷电监测系统得到的线路走廊落雷密度图，目前，雷电监测系统已在全国大面积运行，运行情况良好，根系统所监测到的历史数据进行分析，得到线路走廊落雷密度图，但此种方法不能对雷击但未跳闸的故障进行精准判断，最终反映的为整个线路走廊的落雷密度图，大大增大了线路改造的成本；(2)依据雷暴日来表征线路雷击活动分布，雷暴日即指某地区一年中有雷电放电的天数，用来表征不同地区雷电活动的频繁程度，但人工观测的雷暴日局限于个人差异和地形影响，闪电监测系统观测的雷暴日大大依赖于设备的灵敏性和其探索方法；(3)利用当地的地闪密度表征雷电活动频率，地闪密度作为代替雷暴日的参考标准，能够更好的反映地面落雷的情况，但由于输电线路一般具备有一定的绝缘性能，并不是每一次雷击都会引起线路绝缘子的闪络，只有当雷电流达到一定的幅值后才可能会引起闪络，引发跳闸故障。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种输电线路雷击风险等级图的绘制方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种输电线路雷击风险等级图的绘制方法，该方法基于输电线路分布式故障诊断系统对输电线路故障进行在线监测，其中输电线路分布式故障诊断系统终端直接安装于输电线路本体上，对输电线路故障进行诊断定位；
然后结合定位结果对输电线路本体雷击事件进行分析，结合多方面因素以设定规则得出输电线路雷击风险图，实现输电线路雷击风险等级的评定。
优选地，该方法具体包括以下步骤：
1)计算单基杆塔雷击风险概率；
2)根据步骤1)中输电线路单基杆塔的雷击风险值，判定单基杆塔的雷击风险等级，分为I、II、III、IV、V等级；
3)根据层次分析法计算单基杆塔雷击风险I、II、III、IV、V等级所对应的权重；
4)将输电线路分区；
5)计算单个区域的雷击线路本体风险等级W
W＝Aλ1+Bλ2+Cλ3+Dλ4+Eλ5
其中，λ1、λ2、λ3、λ4、λ5分别为单个区域所含处于雷击风险I、II、III、IV、V等级杆塔基数；
6)根据区域雷击线路本体风险等级W的取值，根据不同地区实际情况划分W取值范围，确定线路本体雷击风险评估图，线路单个区域位于不同取值范围的雷击风险W在线路本体雷击风险评估图上以不同颜色标注；W取值越大，该区域雷击风险越高。
优选地，所述的1)计算单基杆塔雷击风险概率具体为：
(1)对不同杆塔特征的权重进行分析，取平均值得到不同特征的权重，将杆塔接地电阻权重记作k1，地形地貌权重记作k2，雷电流幅值权重记作k3；
(2)根据单基杆塔特征选取有效权重k1、k2、k3，结合当地地闪密度N，计算得到单基杆塔的雷击风险值Nx
Nx＝k1*k2*k3*N。
优选地，所述的杆塔接地电阻权重k1具体计算如下表所示：
优选地，所述的地形地貌权重k2具体计算如下表所示：
优选地，所述的雷电流幅值权重k3具体计算如下表所示：
优选地，所述的步骤2)中的雷击风险等级划分原则为：
根据各地单基杆塔的雷击风险值划分区间，I级对应区间(0，a)，II级对应区间[a,b)，III级对应区间[b，c)，IV级对应区间[c，d)，V级对应区间[d，R]，R为单基杆塔雷击风险值的上限值；
同时，根据分布式故障诊断系统，结合系统一年雷击监测结果，针对于有雷击跳闸故障的杆塔直接提升两个风险等级，最高等级为V；针对于雷击未跳闸的杆塔，直接提升一个风险等级，最高等级为V。
优选地，所述的步骤3)具体为：
(1)将单基杆塔雷击风险等级I、II、III、IV、V记作r1、r2、r3、r4、r5；
(2)按照下述规则划定原始矩阵：
原始矩阵：
矩阵元素制定原则：
其中w1、w2、w3、w4可根据各地情况不同取值，1＜w1＜w2＜w3＜w4；
(3)计算矩阵的特征向量和指标权重，计算出特征向量后即可得出r1、r2、r3、r4、r5的权重。
优选地，所述的步骤(3)具体为：
a)对原矩阵的各列求和：
r r1 r2 r3 r4 r5
r1 1 1/w1 1/w2 1/w3 1/w4
r2 w1 1 1/w1 1/w2 1/w3
r3 w2 w1 1 1/w1 1/w2
r4 w3 w2 w1 1 1/w1
r5 w4 w3 w2 w1 1
SUM α1 α2 α3 α4 α5
b)归一化处理，
r' r1' r2' r3' r4' r5'
r1' 1/α1 1/w1α2 1/w2α3 1/w3α4 1/w4α5
r2' w1/α1 1/α2 1/w1α3 1/w2α4 1/w3α5
r3' w2/α1 w1/α2 1/α3 1/w1α4 1/w2α5
r4' w3/α1 w2/α2 w1/α3 1/α4 1/w1α5
r5' w4/α1 w3/α2 w2/α3 w1/α4 1/α5
c)对矩阵r'的各行求和，求得的和即为r1、r2、r3、r4、r5特征向量：
r' r1' r2' r3' r4' r5' SUM
r1' 1/α1 1/w1α2 1/w2α3 1/w3α4 1/w4α5 β1
r2' w1/α1 1/α2 1/w1α3 1/w2α4 1/w3α5 β2
r3' w2/α1 w1/α2 1/α3 1/w1α4 1/w2α5 β3
r4' w3/α1 w2/α2 w1/α3 1/α4 1/w1α5 β4
r5' w4/α1 w3/α2 w2/α3 w1/α4 1/α5 β5
d)对特征向量进行归一化处理，得到单基杆塔雷击风险I、II、III、IV、V等级对应的权重A、B、C、D、E，其中A＝β1/5，B＝β2/5，C＝β3/5，D＝β4/5，E＝β5/5。
优选地，所述的步骤4)的分区原则为：以杆塔基数为单位，每n级杆塔为一区域。
本发明专利是基于输电线路分布式故障诊断系统所诊断的数据，故本专利较现有方法相比，存在以下优点:
1、本发明较现有手段相比，结合因素更全面，能有效区分直击雷和感应雷。
2、能对雷击未跳闸事件进行分析：由于输电线路雷击事件中，部分雷击事件的雷电流不足以击穿绝缘子导致跳闸故障产生，因此现有技术在计算雷电风险等级时并不能有效识别雷击未跳闸事件，导致在进行防雷相关改造工作时，部分区域未纳入改造或整改区域内，致使改造效果欠缺，本专利中采用的方法能有效解决不足，能对未造成跳闸事故的雷击事件进行识别，所得到的输电线路雷击风险等级图更完善可靠。
附图说明
图1为本发明线路雷击风险评估结构图；
图2为本发明的具体流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
如图1和图2所示，本发明实现步骤如下：
①计算单基杆塔雷击风险概率，具体实现步骤如下：
(1)选取n名拥有多年运行经验的线路运行人员，对不同杆塔特征的权重进行分析，取平均值得到不同特征的权重，将杆塔接地电阻权重记作k1，地形地貌记作k2，雷电流幅值记作k3
表1杆塔接地电阻k1权重表
表2杆塔地形地貌k2权重表
表3雷电流幅值k3权重表
(2)根据单基杆塔特征选取有效权重k1、k2、k3，结合当地地闪密度N，计算得到单基杆塔的雷击风险值Nx：
Nx＝k1*k2*k3*N
②根据步骤①中输电线路单基杆塔的雷击风险值，判定单基杆塔的雷击风险等级，分为I、II、III、IV、V等级，划分原则为：根据各地单基杆塔的雷击风险值划分区间，I级对应区间(0，a)，II级对应区间[a,b),III级对应区间[b，c)，IV级对应区间[c，d)，V级对应区间[d，R]，R为单基杆塔雷击风险值的上限值。
同时，根据分布式故障诊断系统，结合系统一年雷击监测结果，针对于有雷击跳闸故障的杆塔直接提升两个风险等级，最高等级为V；针对于雷击未跳闸的杆塔，直接提升一个风险等级，最高等级为V。
③根据层次分析法计算单基杆塔雷击风险I、II、III、IV、V等级所对应的权重，计算方法如下：
(1)将单基杆塔雷击风险等级I、II、III、IV、V记作r1、r2、r3、r4、r5；
(2)按照下述规则划定原始矩阵：
原始矩阵：
矩阵元素制定原则：
(3)计算矩阵的特征向量和指标权重，计算出特征向量后即可得出r1、r2、r3、r4、r5的权重。
1)对原矩阵的各列求和：
2)归一化处理，
r' r1' r2' r3' r4' r5'
r1' 1/α1 1/w1α2 1/w2α3 1/w3α4 1/w4α5
r2' w1/α1 1/α2 1/w1α3 1/w2α4 1/w3α5
r3' w2/α1 w1/α2 1/α3 1/w1α4 1/w2α5
r4' w3/α1 w2/α2 w1/α3 1/α4 1/w1α5
r5' w4/α1 w3/α2 w2/α3 w1/α4 1/α5
3)对矩阵r'的各行求和，求得的和即为r1、r2、r3、r4、r5特征向量：
r' r1' r2' r3' r4' r5' SUM
r1' 1/α1 1/w1α2 1/w2α3 1/w3α4 1/w4α5 β1
r2' w1/α1 1/α2 1/w1α3 1/w2α4 1/w3α5 β2
r3' w2/α1 w1/α2 1/α3 1/w1α4 1/w2α5 β3
r4' w3/α1 w2/α2 w1/α3 1/α4 1/w1α5 β4
r5' w4/α1 w3/α2 w2/α3 w1/α4 1/α5 β5
4)对特征向量进行归一化处理，得到单基杆塔雷击风险I、II、III、IV、V等级对应的权重A、B、C、D、E，其中A＝β1/5，B＝β2/5，C＝β3/5，D＝β4/5，E＝β5/5。
④将输电线路分区，分区原则：以杆塔基数为单位，每n级杆塔为一区域；
⑤计算单个区域的雷击线路本体风险等级W：
W＝Aλ1+Bλ2+Cλ3+Dλ4+Eλ5
其中，λ1、λ2、λ3、λ4、λ5分别为单个区域所含处于雷击风险I、II、III、IV、V等级杆塔基数。
⑥根据区域雷击线路本体风险等级W的取值，根据不同地区实际情况划分W取值范围，确定线路本体雷击风险评估图，线路单个区域位于不同取值范围的雷击风险W在线路本体雷击风险评估图上以不同颜色标注；W取值越大，该区域雷击风险越高，越需要进行防雷改造。
附图1：线路雷击风险评估结构图
附图说明：附图为输电线路雷击风险评估结构图，主要由三部分构成：第一部分为输电线路雷击风险评估的影响因素，包含雷击事件和杆塔特性，其中根据杆塔特性包含有接地电阻(塔高)、地形地貌、雷电流幅值与地闪密度得到单基杆塔的雷击风险值；第二部分为杆塔评估，通过第一部分影响因素可计算输电线路每基杆塔的雷击风险值，将单基杆塔雷击风险值按不同区段，划分为五个区间，分别对应输电线路单基杆塔雷击风险I、II、III、IV、V级；第三部分为线路评估，将输电线路本体等分为多个区域，将第二部分所得单基杆塔所处单个区域不同雷击风险等级的数量进行统计，同时通过层次分析法计算不同风险等级的权重，得到单个区域的雷击风险，最终汇总为输电线路雷击风险评估图。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种输电线路雷击风险等级图的绘制方法，其特征在于，该方法基于输电线路分布式故障诊断系统对输电线路故障进行在线监测，其中输电线路分布式故障诊断系统终端直接安装于输电线路本体上，对输电线路故障进行诊断定位；
然后结合定位结果对输电线路本体雷击事件进行分析，结合多方面因素以设定规则得出输电线路雷击风险图，实现输电线路雷击风险等级的评定。
2.根据权利要求1所述的一种输电线路雷击风险等级图的绘制方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
1)计算单基杆塔雷击风险概率；
2)根据步骤1)中输电线路单基杆塔的雷击风险值，判定单基杆塔的雷击风险等级，分为I、II、III、IV、V等级；
3)根据层次分析法计算单基杆塔雷击风险I、II、III、IV、V等级所对应的权重；
4)将输电线路分区；
5)计算单个区域的雷击线路本体风险等级W
W＝Aλ1+Bλ2+Cλ3+Dλ4+Eλ5
其中，λ1、λ2、λ3、λ4、λ5分别为单个区域所含处于雷击风险I、II、III、IV、V等级杆塔基数；
6)根据区域雷击线路本体风险等级W的取值，根据不同地区实际情况划分W取值范围，确定线路本体雷击风险评估图，线路单个区域位于不同取值范围的雷击风险W在线路本体雷击风险评估图上以不同颜色标注；W取值越大，该区域雷击风险越高。
3.根据权利要求2所述的一种输电线路雷击风险等级图的绘制方法，其特征在于，所述的1)计算单基杆塔雷击风险概率具体为：
(1)对不同杆塔特征的权重进行分析，取平均值得到不同特征的权重，将杆塔接地电阻权重记作k1，地形地貌权重记作k2，雷电流幅值权重记作k3；
(2)根据单基杆塔特征选取有效权重k1、k2、k3，结合当地地闪密度N，计算得到单基杆塔的雷击风险值Nx
Nx＝k1*k2*k3*N。
4.根据权利要求3所述的一种输电线路雷击风险等级图的绘制方法，其特征在于，所述的杆塔接地电阻权重k1具体计算如下表所示：
5.根据权利要求3所述的一种输电线路雷击风险等级图的绘制方法，其特征在于，所述的地形地貌权重k2具体计算如下表所示：
6.根据权利要求3所述的一种输电线路雷击风险等级图的绘制方法，其特征在于，所述的雷电流幅值权重k3具体计算如下表所示：
7.根据权利要求2所述的一种输电线路雷击风险等级图的绘制方法，其特征在于，所述的步骤2)中的雷击风险等级划分原则为：
根据各地单基杆塔的雷击风险值划分区间，I级对应区间(0，a)，II级对应区间[a,b)，III级对应区间[b，c)，IV级对应区间[c，d)，V级对应区间[d，R]，R为单基杆塔雷击风险值的上限值；
同时，根据分布式故障诊断系统，结合系统一年雷击监测结果，针对于有雷击跳闸故障的杆塔直接提升两个风险等级，最高等级为V；针对于雷击未跳闸的杆塔，直接提升一个风险等级，最高等级为V。
8.根据权利要求2所述的一种输电线路雷击风险等级图的绘制方法，其特征在于，所述的步骤3)具体为：
(1)将单基杆塔雷击风险等级I、II、III、IV、V记作r1、r2、r3、r4、r5；
(2)按照下述规则划定原始矩阵：
原始矩阵：
矩阵元素制定原则：
其中w1、w2、w3、w4可根据各地情况不同取值，1＜w1＜w2＜w3＜w4；
(3)计算矩阵的特征向量和指标权重，计算出特征向量后即可得出r1、r2、r3、r4、r5的权重。
9.根据权利要求8所述的一种输电线路雷击风险等级图的绘制方法，其特征在于，所述的步骤(3)具体为：
a)对原矩阵的各列求和：
r r1 r2 r3 r4 r5 r1 1 1/w1 1/w2 1/w3 1/w4 r2 w1 1 1/w1 1/w2 1/w3 r3 w2 w1 1 1/w1 1/w2 r4 w3 w2 w1 1 1/w1 r5 w4 w3 w2 w1 1 SUM α1 α2 α3 α4 α5
b)归一化处理，
r′ r1′ r′2 r3′ r4′ r′5 r1′ 1/α1 1/w1α2 1/w2α3 1/w3α4 1/w4α5 r′2 w1/α1 1/α2 1/w1α3 1/w2α4 1/w3α5 r3′ w2/α1 w1/α2 1/α3 1/w1α4 1/w2α5 r′4 w3/α1 w2/α2 w1/α3 1/α4 1/w1α5 r′5 w4/α1 w3/α2 w2/α3 w1/α4 1/α5
c)对矩阵r'的各行求和，求得的和即为r1、r2、r3、r4、r5特征向量：
d)对特征向量进行归一化处理，得到单基杆塔雷击风险I、II、III、IV、V等级对应的权重A、B、C、D、E，其中A＝β1/5，B＝β2/5，C＝β3/5，D＝β4/5，E＝β5/5。
10.根据权利要求2所述的一种输电线路雷击风险等级图的绘制方法，其特征在于，所述的步骤4)的分区原则为：以杆塔基数为单位，每n级杆塔为一区域。
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