CN109064057A - 一种配网线路雷电参数相对值的风险评估方法 - Google Patents

一种配网线路雷电参数相对值的风险评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种配网线路雷电参数相对值的风险评估方法，涉及电力系统配网架空线路防雷技术领域。该方法通过引入雷电活动参数诸如地闪密度相对值、雷电流幅值感应过电压程度相对值来综合评估特定配网线路中杆塔风险等级，准确查找出特定线路中相对雷害风险等级高的杆塔进行防护，以期满足不同区域中配网线路差异化雷害治理目标。

Description

一种配网线路雷电参数相对值的风险评估方法
技术领域
本发明涉及电力系统配网架空线路防雷技术领域，具体是一种配网线路雷电参数相对值的风险评估方法。
背景技术
与传统高压输电线路防雷相比，配网线路防雷有着显著的差异和技术特点。高压输电线路(110kV以上电压等级)，一般为铁塔结构，线路上面架设有避雷线，铁塔土基下方铺设有专用接地网与铁塔相连，遭受雷害特征一般为直击雷(包括：绕击雷和反击雷)，雷击部位一般是避雷线或塔顶，通过避雷线或塔体将雷电流快速泄放入地，在接地电阻合格的条件下，不会由于地电位的抬高而发生对线路的反击。因此，输电线路的杆塔接地改造技术对雷击防护是有作用的。配网线路按要求只有在进、出变电站1-2公里处架设有避雷线，其余杆塔大部分为水泥杆，其遭受雷害特征一般为感应雷，配网线路的绝缘水平决定了感应过电压是危害配电架空线路的主要元凶，感应过电压可以引起两相或者三相绝缘子发生闪络，因此，配网杆塔的接地改造不能提高配网线路的感应过电压防护水平。
目前配网线路防雷策略的研究不断在进步，针对配网线路点多面广的特点提出了多种防雷策略，以期得到一个最佳性价比的配网雷害治理技术手段。
中国专利CN 107067183A一种配电线路雷害风险评估方法公开了一种配电线路雷害风险评估方法，方法通过对地形地貌信息、雷电活动密度分布、历史跳闸数据的雷害风险分别进行评估，采用线路差异化防雷评估与治理技术，针对重点杆塔和地段安装雷击闪络保护器进行防护。该方法能够解决当前生产实际问题，并有效提高了配网防雷预期投入和防雷效果的性价比。但该方法对于雷电活动风险分级是借鉴高压输电线路的线路走廊按照地闪密度数值的高低进行划分，按照划分的等级来确定线路杆塔是否属于雷电易击段，具有片面性。按照该方法等级划分可能形成一种结果：我国南方沿海地带地闪密度居高不下，区域配网杆塔雷害风险都属于易击段；而大西南地区地闪密度稍弱的区域将都不属于易击段。实际上，对于特定区域，在地闪密度一定的条件下，闪电是具有选择性的：总是选择最薄弱的环节泄放能量。而差异化防雷重要解决任务就是找出一条线路中相对风险较高的杆塔来加以防护，而不是绝对风险。
中国专利CN 107256447A公开了10kV配网架空线路雷害风险状态层级式多因素综合评估方法。该方法通过整条线路、区段、杆塔分三级进行，每级通过对历史故障、杆塔绝缘水平、地形地貌、气候条件以及社会影响重要程度等因素进行权重划分，确定计算因子系数，然后综合加权后得到一个评估值，根据评估值的高低来确定配网线路需要防护的重要杆塔或区段或线路。该方法未将线路雷电活动参数包括落雷密度、雷电流幅值等因素纳入到计算分析中，仅以气候条件划分较为模糊，不能准确对线路区域雷电活动造成的风险进行评估。
中国专利CN 108108877 A公开了一种基于BP神经网络的输电线路雷害风险评估方法。该方法通过分析出输电线路雷害风险影响因子，根据因子采集影响安全的雷击风险样本数据，划分雷害风险等级。通过BP神经网络模型进行学习训练，然后对采集的雷击风险样本进行评估和分析。该方法为涉及对线路雷电活动参数的统计和分析，且该方法针对输电线路，并不适用于配网线路。
以上公开的专利或方法，包含其它已公开的雷害风险评估方法中对雷电活动参数诸如地闪密度的风险评估均采用的是绝对值，风险等级的评估和划分具有片面性，会给配网线路防雷治理工作带来偏差。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术和评估方法的不足，提出一种配网线路雷电参数相对值的风险评估方法，该方法通过引入雷电活动参数诸如地闪密度相对值、雷电流幅值感应过电压程度相对值来综合评估特定配网线路中杆塔风险等级，准确查找出特定线路中相对雷害风险等级高的杆塔进行防护，以期满足不同区域中配网线路差异化雷害治理目标。
为实现上述目的，本发明提出的一种配网线路雷电参数相对值的风险评估方法，包括以下步骤：
(1)对目标配网线路杆塔按照坐标绘制线路走廊；
(2)依据“线路走廊网格法”，将目标配网线路按照线路走向划分为不同区段，按照网格划分计算的地闪密度分布和雷电活动频度分布情况，统计线路走廊不同区段地闪密度FX、平均雷电流幅值IX；
(3)定义雷电活动数据计算的雷害风险为1，其中地闪密度权重P1，平均雷电流幅值权重P2，且P1+P2＝1；
(4)检索目标配网线路不同区段地闪密度FX，定义该线路走廊最高地闪密度为Fmax；
(5)通过公式求得线路走廊不同区段地闪密度与Fmax的相对值DX；
(6)通过公式DX·P1求得该区段的地闪密度风险计算值AX；
(7)检索目标配网线路不同区段平均雷电流幅值IX，计算出感应过电压幅值UX，并求得最大感应过电压幅值Umax；
(8)通过公式求得线路走廊各区段感应过电压幅值与Umax的相对值EX；
(9)通过公式EX·P2求得该区段的平均雷电流幅值风险计算值BX；
(10)利用公式AX+BX求得目标配网线路不同区段杆塔的雷电活动风险评估值CX，并根据评估值CX的由高到低排序评估目标配网线路不同区段雷害风险程度。
进一步的，步骤(1)中绘制的线路走廊的宽度为线路杆塔连线左右500米。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、该方法适用于对配网线路差异化雷害风险评估中针对雷电活动参数的专项风险分析；
2、本方法充分考虑到不同地域雷电参数对地域配网线路的影响程度，引入雷电活动参数诸如地闪密度相对值、雷电流幅值感应过电压程度相对值来综合评估特定配网线路中杆塔风险等级，体现差异化的防雷理念；
3、本方法在雷电活动风险评估中充分考虑到地闪密度和平均雷电流幅值等重要因素，评估结果更符合实际工程应用；
4、配网线路雷害的主要原因是感应过电压，引入平均雷电流幅值感应过电压计算进行风险评估更符合线路实际工况。
附图说明
图1为本发明配网线路雷电参数相对值的风险评估方法的流程示意图；
图2为某10kV线路走廊地闪密度图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明涉及电力系统配网架空线路防雷技术领域，具体涉及一种配网线路雷电参数相对值的风险评估方法。该方法通过引入雷电活动参数诸如地闪密度相对值、雷电流幅值感应过电压程度相对值来综合评估特定配网线路中杆塔风险等级，准确查找出特定线路中相对雷害风险等级高的杆塔进行防护，以期满足不同区域中配网线路差异化雷害治理目标。
以某10kV架空线路雷害风险评估为例，对该线路逐基杆塔进行落雷密度数据统计和风险评估计算，按照线路走向绘制线路走廊，查询线路走廊区域历史雷电活动参数，统计分析近三年的雷电活动密度数据。
统计线路走廊不同区段的雷电活动参数如下表所示：
某10kV线路按照线路走廊地闪次数分布分为四个区段进行落雷密度统计，按照统计结果得到的地闪密度进行雷害风险概率评估结果分为D1～D4，线路走廊中最大地闪密度Fmax＝3.726次/km2.a，根据差异化雷害风险评估思路，该密度代表线路中雷电活动最频繁的区段，以此为基准分别求得其它各区段相对于该密度的相对值，以客观反映不同区段的雷电活动强烈相对程度。由公式
可以得出：D1＝0.8449，D2＝0.6787，D3＝0.8430，D4＝1，其中D4区段为风险最高区段。按照地闪密度相对值DX及其权重P1按照公式AX＝DX·P1计算不同区段杆塔对应的地闪密度风险评估值得到A1＝0.5069，A2＝0.4072，A3＝0.5058，A4＝0.6000。
按照图1计算线路走廊不同区段平均雷电流幅值风险评估值，其中感应过电压计算公式为
其中IX为雷电流幅值(kA)，hX为线路平均高度(m)，S为雷击点离线路的距离(m)，在本实施例中，考虑10kV配网架空线路的设计规范，这里取hX＝15m，S由中心坐标与杆塔坐标求得。通过计算求得UX，并根据公式与BX＝EX·P2求得BX评估值，最后根据公式CX＝AX+BX计算每基杆塔雷电活动风险评估值如下表所示：
上表中，如果仅考虑地闪密度，即按照Ax来评估杆塔的风险等级，则很多杆塔(例如1～15号杆塔)的风险是一样的，不能有效区分各基杆塔；如果仅考虑雷电流幅值造成的感应过电压，即按照Bx来评估杆塔的风险等级，则部分杆塔风险评估与实际不符合(例如45、46号杆塔)。因此，只有同时考虑地闪密度和雷电流幅值引起的感应过电压相对值，按照上表计算CX评估结果进行排序即可评估出该线路中由于雷电活动因素造成的雷害风险程度，其中40号杆塔和52号杆塔为风险最高的两基杆塔，根据统计到的运维数据，42号塔在2017年发生过5次雷击跳闸，52号杆塔也发生过3次，可见评估结果与实际线路运行情况比较一致。具体需要防护杆塔以上表中雷电风险评估结果由高到低进行排序进行选择考虑到整体防护性能及线路避雷器的防护范围，对于风险高的杆塔适当提高安装密度，以提高线路的耐雷水平，对于风险低的降低安装密度，为配网线路差异化雷害治理工作提供指导作用。
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，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种配网线路雷电参数相对值的风险评估方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)对目标配网线路杆塔按照坐标绘制线路走廊；
(2)依据“线路走廊网格法”，将目标配网线路按照线路走向划分为不同区段，按照网格划分计算的地闪密度分布和雷电活动频度分布情况，统计线路走廊不同区段地闪密度Fx、平均雷电流幅值Ix；
(3)定义雷电活动数据计算的雷害风险为1，其中地闪密度权重P1，平均雷电流幅值权重P2，且P1+P2＝1；
(4)检索目标配网线路不同区段地闪密度Fx，定义该线路走廊最高地闪密度为Fmax；
(5)通过公式求得线路走廊不同区段地闪密度与Fmax的相对值Dx；
(6)通过公式Dx.P1求得该区段的地闪密度风险计算值Ax；
(7)检索目标配网线路不同区段平均雷电流幅值Ix，计算出感应过电压幅值Ux，并求得最大感应过电压幅值Umax；
(8)通过公式求得线路走廊各区段感应过电压幅值与Umax的相对值Ex；
(9)通过公式Ex.P2求得该区段的平均雷电流幅值风险计算值Bx；
(10)利用公式Ax+Bx求得目标配网线路不同区段杆塔的雷电活动风险评估值Cx，并根据评估值Cx的由高到低排序评估目标配网线路不同区段雷害风险程度。
2.如权利要求1所述的配网线路雷电参数相对值的风险评估方法，其特征在于：步骤(1)中绘制的线路走廊的宽度为线路杆塔连线左右500米。
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