CN110428190A - 一种计及山火灾害影响的输电线路故障概率在线评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种计及山火灾害影响的输电线路故障概率评估方法，本发明根据地理网格的四顶点经纬度、火场蔓延半径以及火场扩散半径确定地理网格与T₀+ΔT时刻山火蔓延位置的关系，确定地理网格的不同山火燃烧强度并计算T₀+ΔT时刻线路在不同山火燃烧强度内的故障率，为了有效提升山火及其故障概率的在线计算效率及计算精度，本发明方法还对所述故障率的计算参数进行优化修正。本发明能够对风险线路以及重点杆塔进行告警提示，通过将输出的风险设备故障集传送到电网在线安全稳定评估预警系统，便于后续评估电网在山火灾害下的安全稳定性并给出安全稳定控制措施，有助于提高电网安全稳定运行水平。

Description

一种计及山火灾害影响的输电线路故障概率在线评估方法

技术领域

本发明属于电力系统及其自动化技术领域，具体涉及一种计及山火灾害影响范围的输电线路故障概率在线评估方法。

背景技术

由于输电线走廊经常经过山区、农区，气候变化而频发的山火导致输电线路跳闸事故时有发生。国内外近年来山火引起的输电线路跳闸事故数据表明，山火已经成为输电线路停运的突出原因之一。因此，基于山火状况及输电线路运行条件，预测山火发生时的输电线路短期可靠性水平，对于指导决策，降低停电风险，提高电力系统的可靠性具有重要意义。

线路由山火引起的跳闸通常是因为导线空气间隙被击穿或绝缘子损坏，而一般情况下由于输电线路杆塔较高，前者造成的跳闸次数占到了90％以上。其中，导线对地放电、导线对导线放电等情况均有发生，造成较大比例的单相或多相故障。

山火引发输电线路故障的机理相当复杂，涉及到相当多的物理量，很多物理量(如空气电导率、热游离等)目前无法准确确定。因此，针对山火引发输电线路故障概率的评估，无法计及所有因素，建立精确的数学解析表达式。以往研究通常偏重于山火特性的某一方面对绝缘特性的影响，没有考虑山火灾害影响的输电线路故障概率的评估和预警。

发明内容

本发明的目的是：在线计算分析输电线路受山火灾害影响的故障概率，提供一种输电线路故障概率评估方法和系统。

具体地说，本发明是采取以下的技术方案来实现的，包括下列步骤：

采集选定区域内各地理网格的四顶点经纬度以及所述各地理网格内线路条路以及各线路的长度数据；所述各地理网格关联用于采集风速风向数据的气象测点；

设定系统参数，包括设定山火实测数据有效时间，线路50％概率击穿电压和单位长度线路故障率系数λ；

在当前时刻T₀，获取当前山火实测数据有效时间内的最新山火发生点中心的经纬度并根据山火发生点的经纬度确定其所在的地理网格，通过该地理网格关联的气象测点获取山火发生点的风速、风向和火场地形坡度数据，并获得火场蔓延半径，根据当前时刻获得的参数确定T₀+ΔT时刻的火场扩散半径；

根据地理网格的四顶点经纬度、火场蔓延半径以及火场扩散半径确定地理网格与T₀+ΔT时刻山火蔓延位置的关系，确定地理网格的不同山火燃烧强度；

计算T₀+ΔT时刻线路在不同山火燃烧强度内的故障率P_L，表达式为：

式中：m为线路在T₀+ΔT时刻在山火燃烧强度k内地理网格中的分段数量；λ为预先设定的单位长度线路故障率系数；l_k为线路在山火燃烧强度k内地理网格中的长度；P_b.k为山火燃烧强度k中k的空气间隙击穿概率；

得到山火灾害下L条线路的故障概率评估结果。

进一步地，火场扩散半径R₁的计算方法表达式如下：

R₁＝k₁v₁k₂Dv+R₀，

其中k₁为风速修正系数，v₁为风速，k₂为地形修正系数，D为地形坡度，v为火势蔓延速度，R₀为获得的T₀时刻火场蔓延半径。

进一步地，所述地理网格的四顶点经纬度与T₀+ΔT时刻山火蔓延位置的关系确定方法如下：

假设地理网格G上下左右四顶点经纬度分别为g1、g2、g3、g4，山火发生点中心位置的经纬度分别为f1和f2，火场蔓延半径为r，则按以下方法判断地理网格与山火的位置关系：

a)先判断山火发生点中心位置是否在网格内，若条件K＝(！(f1<g1||f1>g2||f2>g3||f2<g4))为真，则确定地理网格G在火场S内；

b)若条件K非真，则计算地理网格四顶点与山火发生点中心位置的最小距离Rmin＝min{R1，R2，R3，R4}，并根据Rmin与火场蔓延半径r和火场扩展半径r'，判断地理网格G与火场S的位置关系：Rmin>r'，则地理网格G在火场S外，r<Rmin<r',则地理网格G在火场S附近，Rmin<r',则地理网格G在火场S内；其中R1，R2，R3和R4分别为地理网格四顶点与山火发生点中心位置的距离；

进一步地，山火燃烧强度k中k的空气间隙击穿概率服从正态分布，表达式为：

其中U′_50％为颗粒物修正系数对线路50％击穿电压。

进一步地，通过海拔修正系数及颗粒物修正系数对线路50％击穿电压进行修正：

U′_50％＝K_pK_aU_50％。

海拔修正系数K_a与预先采集的杆塔海拔H的关系：K_a＝1/(1.1-H*1/10000)；

颗粒物修正系数K_a与地理网格烟尘浓度系数S_d的关系：K_a＝1/(14*S_d+1)；

进一步地，所述地理网格烟尘浓度系数根据地理网格的不同山火燃烧强度确定，地理网格G在火场S外对应的烟尘浓度系数为S_d1，地理网格G在火场S附近对应的烟尘浓度系数为S_d2，地理网格G在火场S内对应的烟尘浓度系数为S_d3，0≤S_d3≤S_d2≤S_d1≤1。

进一步地，为了向调度员提前预警、为运行维护人员提供参考数据，提高电网的抗风险能力及安全稳定运行水平，在以上技术方案基础上还包括：

将得到山火灾害下L条线路的故障概率评估结果发送给电网安全稳定评估预警系统。

本发明所取得的有益技术效果：

本发明可在线快速计算山火灾害下输电线路的故障概率，根据地理网格的四顶点经纬度、火场蔓延半径以及火场扩散半径确定地理网格与T₀+ΔT时刻山火蔓延位置的关系，确定地理网格的不同山火燃烧强度并计算T₀+ΔT时刻线路在不同山火燃烧强度内的故障率，本发明能够向电网在线安全稳定评估预警系统输出较为准确的风险设备故障集；

本发明结合输电线路在山火条件下的闪络机制，通过对山火条件下输电线路空气间隙击穿电压的校正，同时结合气象、地形和山火各类信息进行山火引发输电线路故障概率的评估，不依赖于历史数据的大量积累，且能够考虑到关键因素(如风速风向及烟雾浓度等)，具有很强的适应性。杆塔(档距)受山火影响的计算方法相较于过去搜寻有效范围内最近实测火点或区域24小时预测火点算法，以地理网格受山火灾害影响程度进行在线快速匹配，能够同时提高计算精度和计算效率。

此外，本发明可根据应用工程的实际情况灵活设定计算参数，在保证结果精度的前提下大大减少了工程使用上的数据维护工作量，且具有容错率高、运行速度快、耗时短等优点，提高工作效率和用户体验；

本发明便于后续评估电网在山火环境下的安全稳定性并给出安全稳定控制措施，有助于提高电网安全稳定运行水平。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

具体实施方式

本发明部署在调度中心站。调度中心站配置有高级应用软件，实现山火信息采集及汇总、电网基础模型及实时数据的维护及更新等功能。

下面参照附图对本发明方法作进一步详细描述。

步骤一：读入地理网格参数、以及线路及杆塔参数、气象站测点以及当前时标T₀；建立地理网格、气象测点、杆塔及线路之间相互的关联关系。

所述地理网格是指根据电网所在地区的最大最小经纬度，将其划分为设定大小(如9km*9km)的地理网格集合Grid：{Grid1，Grid2，......，GridG}，并对其进行编号，该参数包括：地理网格四顶点及中心经纬度、网格外围8个网格编号、网格地形地质类型、网格所属小区；

设定系统参数包括：山火实测数据有效时间、山火预测数据有效时间、山火概率评估计算周期、线路50％概率击穿电压、单位长度线路故障率系数λ。

所述线路杆塔参数，包括杆塔编号、杆塔经纬度、杆塔海拔高度H、所属地理网格；线路编号、线路名称、电压等级；线路条数记为L、杆塔数目记为T。

所述气象站测点参数，包括气象站编号、名称、经纬度、所属地理网格；

步骤二：读取山火实测数据和山火预测数据，找到山火实测数据有效时间内且最新的着火点实测信息，然后计算T₀+ΔT时刻的山火蔓延范围。

所述T₀+ΔT时刻的山火蔓延范围，是根据T₀时刻山火实测数据及山火预测数据，以及气象站提供的风速、风向数据，地形数据以及火场蔓延半径，评估T₀+ΔT时刻的山火蔓延范围即确定火场扩散半径。

步骤三：计算T₀+ΔT时刻所有地理网格受山火影响程度即不同山火燃烧强度；

按地理网格与山火蔓延范围的关系，将地理网格受山火影响严重程度分3个等级：(1)地理网格在火场内；(2)地理网格在火场附近；(3)地理网格在火场外。相应的地理网格烟尘浓度系数分别为S_d1、S_d2、S_d3，其中，0≤S_d3≤S_d2≤S_d1≤1。

按地理网格(四顶点经纬度)与山火蔓延位置(T₀+ΔT时刻山火蔓延范围)的关系，确定地理网格受山火蔓延范围的位置关系。

假设地理网格G上下左右经纬度分别为g1、g2、g3、g4，山火蔓延范围S中心位置H经纬度分别为f1和f2，蔓延半径为r，则按以下方法判断地理网格与山火的位置关系：

a)先判断山火发生点中心位置是否在网格内，若条件K＝(！(f1<g1||f1>g2||f2>g3||f2<g4))为真，则可确定地理网格G在火场S内，烟尘浓度系数为S_d1。

b)若条件K非真，则进一步计算地理网格四顶点与山火发生点中心位置的最小距离Rmin＝min{R1，R2，R3，R4}，并根据Rmin与火场蔓延半径R₁和火场扩展半径r'，判断地理网格G与火场S的位置关系：Rmin>r'，则地理网格G在火场S外，R₁<Rmin<r',则地理网格G在火场S附近，Rmin<R₁,则地理网格G在火场S内，对应的烟尘浓度系数分别为S_d1、S_d2、S_d3，建议S_d1、S_d2、S_d3取值1、0.23、0。

步骤四：计算杆塔及输电线路故障概率；

根据杆塔所处地理网格受山火灾害的影响程度，计算每个杆塔档距的线路发生故障的概率。故障概率根据气隙击穿电压的计算结果建立故障概率模型，评估输电线故障率。

结合山火蔓延外推预测，计算线路在不同燃烧强度区域中的长度，动态评估线路的故障率P_L：式中：m为线路按照山火燃烧强度分段的数量；λ为单位长度线路故障率系数，可根据实际结果调整；l_k为线路在燃烧区域k中的长度；P_b.k为燃烧区域中k的空气间隙击穿概率，服从正态分布

步骤五：得到山火灾害下L条线路的故障概率评估结果Lf:{Lf 1,Lf 2,……,LfL}，并将故障概率超出阀值可能发生故障的l条线路组成风险设备集Line:{Line 1,Line2,……,Line l}。一轮计算完毕后，程序会根据触发周期自动检测，在下一周期时刻T₀+15min到来时自动启动新一轮计算。

在以上实施例的基础上，为了使评估结果更加精度，进一步包括，通过海拔修正系数及颗粒物修正系数对线路50％击穿电压进行修正：

U′_50％＝K_pK_aU_50％

海拔修正系数K_a与杆塔海拔H的关系：K_a＝1/(1.1-H*1/10000)

颗粒物修正系数K_a与烟尘浓度S_d的关系：K_a＝1/(14*S_d+1)。

在以上实施例的基础上，火场扩散半径R₁的计算方法表达式如下：

R₁＝k₁v₁k₂Dv+R₀，

其中k₁为风速修正系数，v₁为风速，k₂为地形修正系数，D为地形坡度，v为火势蔓延速度，R₀为获得的T₀时刻火场蔓延半径。

在以上实施例的基础上，为了向调度员提前预警、为运行维护人员提供参考数据，提高电网的抗风险能力及安全稳定运行水平，还包括将获得故障设备集发送给电网安全稳定评估预警系统，为后续电网安全评估提供预想故障集，同时提示每条线路故障概率较大的杆塔范围，供运行维护人员参考。

本发明提出一种考虑山火灾害影响的输电线路故障概率在线评估方法，并对超出概率阈值的风险线路以及重点杆塔进行告警提示，向调度员提前预警、为电网运行维护人员提供参考数据，同时向电网在线安全稳定评估预警系统输出风险设备故障集，便于后续评估电网在山火灾害下的安全稳定性并给出安全稳定控制措施，有助于提高电网安全稳定运行水平。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种计及山火灾害影响的输电线路故障概率评估方法，其特征在于，包括下列步骤：

采集选定区域内各地理网格的四顶点经纬度以及所述各地理网格内线路条路以及各线路的长度数据；所述各地理网格关联用于采集风速风向数据的气象测点；

设定系统参数，包括设定山火实测数据有效时间，线路50％概率击穿电压和单位长度线路故障率系数λ；

在当前时刻T₀，获取当前山火实测数据有效时间内的最新山火发生点中心位置的经纬度并根据山火发生点的经纬度确定其所在的地理网格，通过该地理网格内的气象测点获取山火发生点的风速、风向和火场地形坡度数据，并获得火场蔓延半径，根据当前时刻获得的参数确定T₀+ΔT时刻的火场扩散半径；

根据地理网格的四顶点经纬度、火场蔓延半径以及火场扩散半径确定地理网格与T₀+ΔT时刻山火蔓延位置的关系，确定地理网格的不同山火燃烧强度；

计算T₀+ΔT时刻线路在不同山火燃烧强度内的故障率P_L，表达式为：

式中：m为线路在T₀+ΔT时刻在山火燃烧强度k内地理网格中的分段数量；λ为预先设定的单位长度线路故障率系数；l_k为线路在山火燃烧强度k内地理网格中的长度；P_b.k为山火燃烧强度k中k的空气间隙击穿概率；

得到山火灾害下L条线路的故障概率评估结果。

2.根据权利要求1所述的一种计及山火灾害影响的输电线路故障概率评估方法，其特征在于，火场扩散半径R₁的计算方法表达式如下：

R₁＝k₁v₁k₂Dv+R₀，

其中k₁为风速修正系数，v₁为风速，k₂为地形修正系数，D为地形坡度，v为火势蔓延速度，R₀为获得的T₀时刻火场蔓延半径。

3.根据权利要求2所述的一种计及山火灾害影响的输电线路故障概率评估方法，其特征在于，所述地理网格的四顶点经纬度与T₀+ΔT时刻山火蔓延位置的关系确定方法如下：

假设地理网格G上下左右四顶点经纬度分别为g1、g2、g3、g4，山火发生点中心位置的经纬度分别为f1和f2，火场蔓延半径为r，则按以下方法判断地理网格与山火的位置关系：

a)先判断山火发生点中心位置是否在网格内，若条件K＝(！(f1<g1||f1>g2||f2>g3||f2<g4))为真，则确定地理网格G在火场S内；

b)若条件K非真，则计算地理网格四顶点与山火发生点中心位置的最小距离Rmin＝min{R1，R2，R3，R4}，并根据Rmin与火场蔓延半径r和火场扩展半径r'，判断地理网格G与火场S的位置关系：Rmin>r'，则地理网格G在火场S外，r<Rmin<r',则地理网格G在火场S附近，Rmin<r',则地理网格G在火场S内。

4.根据权利要求3所述的一种计及山火灾害影响的输电线路故障概率评估方法，其特征在于，

山火燃烧强度k中k的空气间隙击穿概率服从正态分布，表达式为：

其中U′_50％为颗粒物修正系数对线路50％击穿电压。

5.根据权利要求4所述的一种计及山火灾害影响的输电线路故障概率评估方法，其特征在于，

通过海拔修正系数及颗粒物修正系数对线路50％击穿电压进行修正：

U’_50％＝K_pK_aU_50％；

海拔修正系数K_a与预先采集的杆塔海拔H的关系：K_a＝1/(1.1-H*1/10000)；

颗粒物修正系数K_a与地理网格烟尘浓度系数S_d的关系：K_a＝1/(14*S_d+1)。

6.根据权利要求5所述的一种计及山火灾害影响的输电线路故障概率评估方法，其特征在于，

所述地理网格烟尘浓度系数根据地理网格的不同山火燃烧强度确定，地理网格G在火场S外对应的烟尘浓度系数为S_d1，地理网格G在火场S附近对应的烟尘浓度系数为S_d2，地理网格G在火场S内对应的烟尘浓度系数为S_d3，0≤S_d3≤S_d2≤S_d1≤1。

7.根据权利要求1所述的一种计及山火灾害影响的输电线路故障概率评估方法，其特征在于，

将得到山火灾害下L条线路的故障概率评估结果发送给电网安全稳定评估预警系统。