CN110941802B - 一种考虑气象因素的输电线路山火跳闸概率计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑气象因素的输电线路山火跳闸概率计算方法，该方法综合考虑了影响山火发生的气象因素、植被因素、火源因素等，提出了评估山火发生概率的评价指标体系，建立了山火发生概率评估模型，基于大量历史数据分析，给出各个评价指标的取值参照表，实现了输电线路山火发生概率的评估，从而实现了输电线路山火跳闸概率的计算。本发明方法可有效评估输电线路山火故障的概率，方法原理简单，可操作性强，而且可靠性高、评估准确性好且实施方便。

Description

一种考虑气象因素的输电线路山火跳闸概率计算方法

技术领域

本发明属于电气工程领域，具体涉及一种考虑气象因素的输电线路山火跳闸概率计算方法。

背景技术

随着社会经济的发展及退耕还林、环境保护力度的加大，农村植被覆盖率越来越大，发生山火的风险越来越高。随着电网的规模不断扩大，越来越多的输电线路跨越丘陵、树林地带。输电线路走廊发生山火可能引起输电线路短路故障，且重合闸难以成功，严重威胁大电网安全稳定运行。现有的输电线路山火防治措施主要集中在山火监测方面，通过监测手段及时发现已经发生的山火，再根据山火评估输电线路山火跳闸的风险。针对山火发生可能性的预测，主要是基于发生山火的历史数据(包括卫星热点数据及人工上报数据)，这种方法仅根据历史数据进行预测，忽略了现场中一些影响山火发生的关键因素，导致山火预测误差较大。

发明内容

为更准确的评估输电线路山火跳闸概率，本发明提出了一种方法原理简单、可操作性强、可靠性高、评估准确性好且实施方便的考虑气象因素的输电线路山火跳闸概率计算方法。

本发明的技术方案为：

一种考虑气象因素的输电线路山火跳闸概率计算方法，其步骤包括：

步骤一：分析影响山火发生的气象因素、植被因素和火源因素，建立山火发生可能性的评估指标体系；

步骤二：根据所述评估指标体系中的各影响因素，建立山火发生概率的计算模型；

步骤三：收集历史山火及山火发生地的植被、地形和气象数据，并将山火信息与各数据在时空维度进行关联对应，分别计算所述计算模型中各影响因素引发山火的危险度；

步骤四：收集输电线路的相关参数，计算山火条件下某个区段内输电线路的跳闸概率；

步骤五：计算整条输电线路的山火跳闸概率。

作为上述技术方案的进一步改进：

优选的，步骤五中，整条输电线路的山火跳闸概率为：

式中，Pa为某个区段a内输电线路的山火跳闸概率。

优选的，步骤四中，山火条件下某个区段内输电线路的跳闸概率Pa为：

P_a＝Y_aP(U) (11)

式中，P(U)为山火条件下空气间隙击穿的概率；Y_a为输电线路某个区段a的山火发生概率。

优选的，步骤一中，所述评估指标体系中，所述气象因素包括降水间隔天数、温度、湿度、风速及风向；所述植被因素包括植被易燃性；所述火源因素包括火源类型和火源距输电线路距离。

优选的，步骤二中，山火发生概率的计算模型为：

Y＝Y_mY_vY_f/(Y_m,maxY_v,maxY_f,max) (1)

式中，Y为山火发生概率；Y_m为气象因素危险度；Y_v为植被因素危险度；Y_f为火源因素危险度。

优选的，所述气象因素危险度的计算方法为：

Y_m＝Y_p(Y_t+Y_h+Y_w+Y_g) (2)

式中，Y_p为降水间隔天数指标，Y_t为温度指标，Y_h为湿度指标，Y_w为风速指标，Y_g为风向及地形指标；其中，湿度指标Y_h为可燃物湿度+1/4相对湿度；

所述火源因素危险度的计算方法为：

Y_f＝Y_sY_d (3)；

式中，Y_s为火源隐患类型；Y_d为火源距线路距离。

优选的，所述气象因素中各指标的取值如下表所示：

优选的，所述植被因素危险度取决于植被类型的易燃性，对应的取值如下表所示：

植被类型	Yv(％)
		灌丛/草丛/草甸/草原	60
针阔叶林	40
		栽培植物	20
沼泽	10
		无植被或植被覆盖率低于30％	0

当输电通道附近同时存在几种植被类型时，按照危险度高的取值进行计算。

优选的，火源因素中各指标的取值如下表所示：

上表中，所述特殊日期包括春节、元宵、清明、中元、春耕以及秋收。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的方法建立了山火发生概率的评估指标体系及山火发生概率评估模型，并基于大量历史数据分析，给出了各个影响因子的取值参照表，综合考虑了气象、植被、火源隐患等关键影响因素，可有效评估输电线路山火故障的概率，方法原理简单，可操作性强，而且可靠性高、评估准确性好且实施方便。

附图说明

图1为山火发生概率评价指标体系。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

本发明的一种考虑气象因素的输电线路山火跳闸概率计算方法，其具体实现步骤为：

步骤一：分析山火发生的影响因子，建立山火发生可能性的评估指标体系。如图1所示，该评估指标体系中，山火发生的影响因子包括气象因素、植被因素和火源因素；气象因素包括降水间隔天数、温度、湿度、风速及风向；植被因素包括植被易燃性；火源因素包括火源类型和火源距输电线路距离。

步骤二：根据步骤一中各个影响因子的关系，建立山火发生概率的计算模型。

山火的发生受气象因素、植被因素、火源因素影响，且各影响因素间相互独立，因此，山火发生概率的计算模型为：

Y＝Y_mY_vY_f/(Y_m,maxY_v,maxY_f,max) (1)

式中，Y为山火发生概率；Y_m为引发山火的气象因素危险度；Y_v为引发山火的植被因素危险度；Y_f为引发山火的火源因素危险度。

步骤三：收集历史山火及山火发生地的植被、地形、气象等数据，并将山火信息与气象数据在时空维度进行关联对应。气象数据包括温度、湿度、降水间隔天数、风速、风向等。

步骤四：依据步骤三的大量山火及植被、地形、气象数据，分别分析计算气象因素、植被因素、火源因素的危险度。

1)气象因素的危险度计算方法为：

Y_m＝Y_p(Y_t+Y_h+Y_w+Y_g) (2)

式中，Y_p为降水间隔天数指标，Y_t为温度指标，Y_h为湿度指标，Y_w为风速指标，Y_g为风向及地形指标。其中，湿度指标Y_h为可燃物湿度+1/4相对湿度。

本实施例中，气象因素中各指标的取值如下表1所示：

表1

2)植被因素危险度取决于植被类型的易燃性，对应的取值如下表2所示：

表2

当输电通道附近同时存在几种植被类型时，按照危险度高的取值进行计算。

3)火源因素的危险度计算方法为：

Y_f＝Y_sY_d (3)

式中，Y_s为火源隐患类型；Y_d为火源距线路距离。

本实施例中，火源因素中各指标的取值如下表3所示：

表3

表3中的特殊日期包括春节、元宵、清明、中元、春耕、秋收等。

以下结合具体实施例1进一步说明步骤二中输电线路山火发生概率的计算方法：

实施例1

降水间隔天数为6天，Y_p为0.3，温度为30℃，Y_t为0.16，湿度为35％，Y_h为0.12，风速为8m/s，Y_w为0.2，风向及地形因素导致山火较易蔓延到线路，Y_g为0.4。植被类型为茅草，Y_v为0.6，火源隐患类型为祭祀，日期为普通日期，Y_s为0.4，火源距线路0.5km以内，Y_d为0.6，则该处输电线路发生山火的危险度为：

Y＝Y_mY_vY_f/(Y_m,maxY_v,maxY_f,max)＝0.3*(0.16+0.12+0.2+0.4)*0.6*0.4*0.6/0.15＝0.253。

步骤五：收集输电线路的相关参数，计算山火条件下某个区段内输电线路的跳闸概率；

P_a＝Y_aP(U) (11)

式中，P(U)为山火条件下空气间隙击穿的概率；Y_a为输电线路某个区段a的山火发生概率。

步骤六：计算整条输电线路的山火跳闸概率：

式中，Pa为某个区段a内输电线路的山火跳闸概率。

以下结合具体实施例2进一步说明步骤五和步骤六中山火跳闸概率的计算方法：

实施例2

以某110kV线路为例，导线与导线之间的距离为4.25m，导线与地面之间的距离为11.5m，正常情况下，导线对导线的50％击穿电压为1900kV，导线对地50％击穿电压为2100kV。

山火导致空气绝缘水平急剧降低，从而导致空气间隙击穿。空气间隙的击穿电压具有分散性，其概率分布接近正态分布，通常用50％击穿电压U₅₀和变异系数z来表示。在山火条件下，可同样认为空气间隙击穿概率服从正态分布，其概率密度可以表示为：

式中，U为实际电压；均值μ为U₅₀，标准差为zU₅₀。

由于不同间隙的电场形式与不同类型的击穿电压下，间隙击穿的分散性不同，变异系数z取值2％～8％，对于正常情况下的空气间隙工频击穿电压，z取2％，但考虑到山火情况下，空气间隙电场更不均匀，分散性增大，因此，z取4％。则山火发生时，空气间隙击穿的概率为：

由式(5)可知，50％击穿电压U₅₀是影响击穿概率的主要因素。由于输电线路的线间距离和线地距离较大，在标准参考大气条件下，其击穿电压很高，线路正常运行时不会发生击穿故障。但是，当线路下方发生山火时，空气温度剧烈升高，并且大气密度、湿度也随之变化，空气绝缘性能大大降低，也使气隙的击穿电压降低。因此，山火发生时，需要对气隙击穿电压进行校正。引入大气校正因数K_t＝K_dK_h，其中K_d为空气密度校正因数，K_h为空气湿度校正因数。

已知山火区域温度，可得空气的相对密度为：

式中，p⁰与p分别为标准参考大气条件下和发生山火时的大气压强，单位为kPa；θ⁰和θ分别为标准参考大气条件下与发生山火条件下的气体温度，单位为℃。p⁰为101.3kPa，θ⁰为20℃，p为101.3kPa，θ为500℃，则δ为0.379。

空气密度校正因数K_d取决于空气相对密度δ，其可表示为：

K_d＝δ^m (7)

式中，m的具体取值可参考国家标准。相间m为1，相地m为0.5869。

空气湿度校正因数可表示为：

K_h＝K^W (8)

式中，K和W的具体取值可参考国家标准。K为1.216，相间W为0.0195，相地W为0.5869。

山火发生时产生大量浓烟，浓烟对空气间隙的放电具有倍增效应，使气隙的击穿电压大大降低。在输电线路山火中，浓烟一般会充满大部分间隙，因此，引入浓烟校正系数：

综合考虑以上各因素，山火条件下的空气间隙50％击穿电压为：

式中，为标准参考大气条件下气隙的50％击穿电压。

相间U₅₀为0.379¹*1.216^0.0195*0.1*1900＝72.285kV，相地U₅₀为0.379^0.5869*1.216^0.5869*0.1*2100＝133.282kV。

相间故障概率为1，相地故障概率为1.7421e-16，说明该山火条件下，该段输电线路的跳闸概率Pa为1。

假设该整条输电线路中只有该段输电线路内存在山火风险，则整条输电线路发生山火跳闸的概率P为0.253。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种考虑气象因素的输电线路山火跳闸概率计算方法，其步骤包括：

步骤一：分析影响山火发生的气象因素、植被因素和火源因素，建立山火发生可能性的评估指标体系；

步骤二：根据所述评估指标体系中的各影响因素，建立山火发生概率的计算模型；

步骤三：收集历史山火及山火发生地的植被、地形和气象数据，并将山火信息与各数据在时空维度进行关联对应，分别计算所述计算模型中各影响因素引发山火的危险度；

步骤四：收集输电线路的相关参数，计算山火条件下某个区段内输电线路的跳闸概率；

步骤五：计算整条输电线路的山火跳闸概率；

所述山火发生概率的计算模型为：

Y＝Y_mY_vY_f/(Y_m,maxY_v,maxY_f,max) (1)

式中，Y为山火发生概率；Y_m为气象因素危险度；Y_v为植被因素危险度；Y_f为火源因素危险度；

所述气象因素危险度的计算方法为：

Y_m＝Y_p(Y_t+Y_h+Y_w+Y_g) (2)

式中，Y_p为降水间隔天数指标，Y_t为温度指标，Y_h为湿度指标，Y_w为风速指标，Y_g为风向及地形指标；其中，湿度指标Y_h为可燃物湿度+1/4相对湿度；

所述火源因素危险度的计算方法为：

Y_f＝Y_sY_d (3)

式中，Y_s为火源隐患类型指标；Y_d为火源距线路距离指标；

所述植被因素危险度取决于植被类型的易燃性。

2.根据权利要求1所述的考虑气象因素的输电线路山火跳闸概率计算方法，其特征在于，步骤五中，整条输电线路的山火跳闸概率为：

式中，Pa为某个区段a内输电线路的山火跳闸概率。

3.根据权利要求2所述的考虑气象因素的输电线路山火跳闸概率计算方法，其特征在于，步骤四中，山火条件下某个区段内输电线路的跳闸概率Pa为：

P_a＝Y_aP(U) (11)

式中，P(U)为山火条件下空气间隙击穿的概率；Y_a为输电线路某个区段a的山火发生概率。

4.根据权利要求3所述的考虑气象因素的输电线路山火跳闸概率计算方法，其特征在于，步骤一中，所述评估指标体系中，所述气象因素包括降水间隔天数、温度、湿度、风速及风向；所述植被因素包括植被易燃性；所述火源因素包括火源类型和火源距输电线路距离。

5.根据权利要求1所述的考虑气象因素的输电线路山火跳闸概率计算方法，其特征在于，所述气象因素中各指标的取值如下表所示：

。

6.根据权利要求5所述的考虑气象因素的输电线路山火跳闸概率计算方法，其特征在于，所述植被因素对应的取值如下表所示：

植被类型 Y_v(％) 灌丛/草丛/草甸/草原 60 针阔叶林 40 栽培植物 20 沼泽 10 无植被或植被覆盖率低于30％ 0

当输电通道附近同时存在几种植被类型时，按照危险度高的取值进行计算。

7.根据权利要求6所述的考虑气象因素的输电线路山火跳闸概率计算方法，其特征在于，火源因素中各指标的取值如下表所示：

表中所述的特殊日期包括春节、元宵、清明、中元、春耕以及秋收。