CN111913073A - 一种10kV配电线路雷击故障模糊定位方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种10kV配电线路雷击故障模糊定位方法和装置，涉及输配电线路防雷领域，解决了在10kV配电线路雷击故障位置信息自动提取和准确性评估问题。基于贝叶斯定理融合地理信息和雷电信息，计算雷击故障发生在各杆塔及台区的概率。通过雷电过电压计算方法，提取了各杆塔及台区在附近发生地闪时绝缘闪络的概率，采用贝叶斯定理计算了考虑地理信息的各杆塔及台区的故障概率。通过跳闸时刻地闪位置信息，利用雷电定位系统地闪位置误差分布，采用贝叶斯定理依次叠加计算了考虑地闪信息的各杆塔及台区的故障概率。

Description

一种10kV配电线路雷击故障模糊定位方法和装置

技术领域

本发明涉及输配电线路防雷领域，具体涉及一种10kV配电线路雷击故障模糊定位方法和装置。

背景技术

10kV配电架空线路由于绝缘水平较低且无避雷线保护，极易发生雷害故障。据部分多雷地区配电线路的雷击跳闸事故甚至超过总数的50％。在目前的典型绝缘配置下，直击雷和感应雷均易造成绝缘闪络。由于10kV配电线路易受周边引雷设施，尤其是输电线路杆塔的屏蔽，更易发生感应雷跳闸。已有研究的数据表明，感应雷引起的雷害故障占绝大部分。随着社会经济的发展，对供电可靠性的要求越来越越高，降低感应雷闪络率具有重要意义。

目前国内外学者对感应雷过电压进行了系统性的研究，建立了过电压电磁暂态仿真模型，发现雷击距离、雷电流幅值、土壤电阻率是主要影响因素。在此基础上，运维单位可进行差异化的防雷评估和治理。然而，配网具有线路长、覆盖广、运维力量弱的特点，无法依靠现场勘查和一线一案的方式进行海量杆塔的风险评估工作。另一方面，随着近年来大数据基础建设的不断投入，运维单位已建立了各类基础数据库，初步具备了信息融合的数据基础。对此，亟需提出10kV配网杆塔感应雷闪络风险的自动评估方法。

发明内容

本发明提供的一种10kV配电线路雷击故障模糊定位方法，采用地理环境的静态信息和雷电活动的动态信息，基于贝叶斯定理提出了基于杆塔及台区的雷电故障概率计算方法，解决了在10kV配电线路雷击故障位置信息自动提取和准确性评估问题。

本发明通过下述技术方案实现：

1)根据杆塔及台区数量，计算杆塔及台区的雷击故障概率初始值。

2)根据地理信息和杆塔及台区的雷击故障概率初始值，由贝叶斯定理重新计算考虑地理信息的杆塔及台区雷击故障概率。

3)根据地闪信息和考虑地理信息的杆塔及台区雷击故障概率，由贝叶斯定理重新计算考虑地闪信息的杆塔及台区雷击故障概率。

重新计算的方式包括依次叠加计算；

进一步的，杆塔及台区的雷击故障概率初始值计算公式如下：

P_i＝1/N

其中，P_i为每基杆塔及台区的雷击故障概率，N为配电线路杆塔及台区总数量。

进一步的，由贝叶斯定理重新计算考虑地理信息的杆塔及台区雷击故障概率，步骤如下：

步骤a：计算每基杆塔线路附近r公里内发生雷击后，杆塔绝缘闪络的概率Fi。

步骤b：以雷击故障概率初始值Pi为先验概率，Fi为条件概率，计算考虑地理信息的雷击故障概率后验概率，计算公式如下：

其中，P_gi为杆塔i考虑地理信息的雷击故障概率。

进一步的，杆塔线路附近r公里内发生雷击后，杆塔绝缘闪络的概率F_i，步骤如下：

步骤a：根据杆塔所处地理信息，判断附近100m内是否有输电线路杆塔、基站以及孤立高耸建筑等明显引雷物。若有，则进入步骤b；否则，进入步骤c

步骤b：获取雷电流幅值累计概率分布数据P_cdf、区域土壤电阻率ρ、引雷设施与杆塔距离S、配网绝缘雷电冲击50％放电电压U₅₀。以雷电流幅值i、引雷设施与配网线路的垂直距离S、区域土壤电阻率ρ为输入，采用过电压计算函数V(I,S,ρ)计算过电压幅值V。若V小于U₅₀，则增大雷电流幅值，重新计算过电压；否则，以1-P_cdf(i)为杆塔绝缘闪络的概率。

步骤c：获取雷电流幅值累计概率分布数据P_cdf、区域土壤电阻率ρ、配网绝缘雷电冲击50％放电电压U₅₀。构造65m-200m的雷击距离等差序列S。对序列S中的每个值，采用步骤b中的方法计算过电压闪络概率，求均值作为杆塔绝缘闪络的概率。

进一步地，依据地闪信息，地闪信息包括地闪次数M，从一次地闪次数开始计算考虑地闪信息的杆塔及台区雷击故障概率不断迭加地闪次数再次计算直至到M次地闪次数全部计算为止。

进一步的，由贝叶斯定理重新计算考虑地闪信息的杆塔及台区雷击故障概率，步骤如下：

步骤a：获取在跳闸时间t为中心的时间范围[t-Δt,t+Δt]内，线路半径R内的地闪信息，包括地闪次数M和每次地闪的坐标。设置地闪序号k的初始值为1。设置考虑地理信息的雷击故障概率向量P_g为先验概率向量P，先验概率向量P表达式如下：P＝[P₁,P₂,…,P_N]；

步骤b：计算每基杆塔与序号为k的地闪坐标的距离，构成向量D_k，表达式如下：

D_k＝[D_k1,D_k2,…,D_kN]

其中，D_kn为第k个地闪与第n基杆塔的距离。

步骤c：根据地闪误差分布，计算第k个地闪与每基杆塔距离所处取值区间的概率，构成向量E_k表达式如下：

E_k＝[E_k1,E_k2,…,E_kN]

其中，E_kn为第k个地闪与第n基杆塔距离所处取值区间的概率。

步骤d：计算考虑第k个地闪信息的雷击故障概率后验概率，构成概率向量，后验概率向量P_g表达式如下：P_g＝[P_g1,P_g2,…,P_gN]，计算方法如下：

其中，P_ki为杆塔i考虑第k个地闪信息的雷击故障概率。

考虑第k个地闪信息的雷击故障概率向量P_k表达式如下：

P_k＝[P_k1,P_k2,…,P_kN]

步骤e：序号k迭代加一，重新设置P_k为先验概率P。若k小于M，则回到步骤b；否则，P_k为最终值。

进一步的，根据地闪误差分布，计算第k个地闪与每基杆塔距离所处取值区间的概率，步骤如下：

步骤a：获取输电线路杆塔历史雷击跳闸时间对应的地闪信息。

步骤b：统计跳闸时刻地闪与杆塔的最近距离，获取地闪距离误差的累计概率分布统计值。

步骤c：由地闪距离误差的累计概率分布统计值，拟合累计概率分布函数。

步骤d：根据地闪误差的累计概率分布函数，计算各距离取值区间内的概率，即真实地闪位置与测试地闪位置处于某距离范围内的概率。

一种10kV配电线路雷击故障模糊定位装置，包括用于根据杆塔及台区数量，计算杆塔及台区的雷击故障概率初始值的装置，还包括用于根据地理信息和杆塔及台区的雷击故障概率初始值，由贝叶斯定理重新计算考虑地理信息的杆塔及台区雷击故障概率的装置，还包括用于根据地闪信息和考虑地理信息的杆塔及台区雷击故障概率，由贝叶斯定理重新计算考虑地闪信息的杆塔及台区雷击故障概率的装置。

进一步地，所述杆塔及台区的雷击故障概率的装置中杆塔及台区的雷击故障概率的初始值计算公式如下：

P_i＝1/N

其中，P_i为每基杆塔及台区的雷击故障概率，N为配电线路杆塔及台区总数量；

进一步地，计算考虑地理信息的杆塔及台区雷击故障概率的装置中的考虑地理信息的雷击故障概率后验概率，计算公式如下：

其中，P_gi为杆塔i考虑地理信息的雷击故障概率；

进一步的，一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本方法中的步骤。本方法的具体使用依赖大量计算，因此优选的通过计算机程序来实现上述计算过程，所以任何包含本方法中所保护的步骤的计算机程序及其存储介质也属于本申请的保护范围内。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明提供的10kV配电线路雷击故障模糊定位方法，基于贝叶斯定理融合地理信息和雷电信息，计算雷击故障发生在各杆塔及台区的概率，解决了10kV配网雷击故障定位误差无法量化的问题；采用地理信息提取了各杆塔及台区在附近发生地闪时绝缘闪络的概率，在雷击故障定位中计及了微地形和引雷物的影响，提升了定位精度；采用雷电定位系统的地闪位置误差分布，在雷击故障定位中计及了雷电动态信息，提升了定位精度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的配电线路雷击故障模糊定位方法流程图。

具体实施方式

在对本发明的任意实施例进行详细的描述之前，应该理解本发明的应用不局限于下面的说明或附图中所示的结构的细节。本发明可采用其它的实施例，并且可以以各种方式被实施或被执行。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改进前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。

实施例

如图1所示，本发明一种10kV配电线路雷击故障模糊定位方法。

技术方案如下：

技术方案实现：

1)根据杆塔及台区数量，计算杆塔及台区的雷击故障概率初始值。

2)根据地理信息和杆塔及台区的雷击故障概率初始值，由贝叶斯定理重新计算考虑地理信息的杆塔及台区雷击故障概率。

3)根据地闪信息和考虑地理信息的杆塔及台区雷击故障概率，由贝叶斯定理重新计算考虑地闪信息的杆塔及台区雷击故障概率。

优选的，重新计算的方式包括依次叠加计算；

优选的，杆塔及台区的雷击故障概率初始值计算公式如下：

P_i＝1/N

其中，P_i为每基杆塔及台区的雷击故障概率，N为配电线路杆塔及台区总数量。

优选的，由贝叶斯定理重新计算考虑地理信息的杆塔及台区雷击故障概率，步骤如下：

步骤a：计算每基杆塔线路附近r公里内发生雷击后，杆塔绝缘闪络的概率Fi。

步骤b：以雷击故障概率初始值Pi为先验概率，Fi为条件概率，计算考虑地理信息的雷击故障概率后验概率，计算公式如下：

其中，P_gi为杆塔i考虑地理信息的雷击故障概率。

考虑地理信息的雷击故障概率后验概率向量P_g表达式如下：

P_g＝[P_g1,P_g2,…,P_gN]

优选的，杆塔线路附近r公里内发生雷击后，杆塔绝缘闪络的概率F_i，步骤如下：

步骤a：根据杆塔所处地理信息，判断附近100m内是否有输电线路杆塔、基站以及孤立高耸建筑等明显引雷物。若有，则进入步骤b；否则，进入步骤c

步骤b：获取雷电流幅值累计概率分布数据P_cdf、区域土壤电阻率ρ、引雷设施与杆塔距离S、配网绝缘雷电冲击50％放电电压U₅₀。以雷电流幅值i、引雷设施与配网线路的垂直距离S、区域土壤电阻率ρ为输入，采用过电压计算函数V(I,S,ρ)计算过电压幅值V。若V小于U₅₀，则增大雷电流幅值，重新计算过电压；否则，以1-P_cdf(i)为杆塔绝缘闪络的概率。

步骤c：获取雷电流幅值累计概率分布数据P_cdf、区域土壤电阻率ρ、配网绝缘雷电冲击50％放电电压U₅₀。构造65m-200m的雷击距离等差序列S。对序列S中的每个值，采用步骤b中的方法计算过电压闪络概率，求均值作为杆塔绝缘闪络的概率。

优选的，依据地闪信息，地闪信息包括地闪次数M，从一次地闪次数开始计算考虑地闪信息的杆塔及台区雷击故障概率不断迭加地闪次数再次计算直至到M次地闪次数全部计算为止。

优选的，由贝叶斯定理重新计算考虑地闪信息的杆塔及台区雷击故障概率，步骤如下：

步骤a：获取在跳闸时间t为中心的时间范围[t-Δt,t+Δt]内，线路半径R内的地闪信息，包括地闪次数M和每次地闪的坐标。设置地闪序号k的初始值为1。设置考虑地理信息的雷击故障概率向量P_g为先验概率向量P，先验概率向量P表达式如下：P＝[P₁,P₂,…,P_N]；

步骤b：计算每基杆塔与序号为k的地闪坐标的距离，构成向量D_k，表达式如下：

D_k＝[D_k1,D_k2,…,D_kN]

其中，D_kn为第k个地闪与第n基杆塔的距离。

步骤c：根据地闪误差分布，计算第k个地闪与每基杆塔距离所处取值区间的概率，构成向量E_k表达式如下：

E_k＝[E_k1,E_k2,…,E_kN]

其中，E_kn为第k个地闪与第n基杆塔距离所处取值区间的概率。

步骤d：计算考虑第k个地闪信息的雷击故障概率后验概率，构成概率向量，后验概率向量P_g表达式如下：P_g＝[P_g1,P_g2,…,P_gN]，计算方法如下：

其中，P_ki为杆塔i考虑第k个地闪信息的雷击故障概率。

考虑第k个地闪信息的雷击故障概率向量P_k表达式如下：

P_k＝[P_k1,P_k2,…,P_kN]

步骤e：序号k迭代加一，重新设置P_k为先验概率P。若k小于M，则回到步骤b；否则，P_k为最终值。

优选的，根据地闪误差分布，计算第k个地闪与每基杆塔距离所处取值区间的概率，步骤如下：

步骤a：获取输电线路杆塔历史雷击跳闸时间对应的地闪信息。

步骤b：统计跳闸时刻地闪与杆塔的最近距离，获取地闪距离误差的累计概率分布统计值。

步骤c：由地闪距离误差的累计概率分布统计值，拟合累计概率分布函数。

步骤d：根据地闪误差的累计概率分布函数，计算各距离取值区间内的概率，即真实地闪位置与测试地闪位置处于某距离范围内的概率。

优选的，一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本方法中的步骤。本方法的具体使用依赖大量计算，因此优选的通过计算机程序来实现上述计算过程，所以任何包含本方法中所保护的步骤的计算机程序及其存储介质也属于本申请的保护范围内。

优选的，一种10kV配电线路雷击故障模糊定位装置，包括用于根据杆塔及台区数量，计算杆塔及台区的雷击故障概率初始值的装置，还包括用于根据地理信息和杆塔及台区的雷击故障概率初始值，由贝叶斯定理重新计算考虑地理信息的杆塔及台区雷击故障概率的装置，还包括用于根据地闪信息和考虑地理信息的杆塔及台区雷击故障概率，由贝叶斯定理重新计算考虑地闪信息的杆塔及台区雷击故障概率的装置。

进一步地，所述杆塔及台区的雷击故障概率的装置中杆塔及台区的雷击故障概率的初始值计算公式如下：

P_i＝1/N

其中，P_i为每基杆塔及台区的雷击故障概率，N为配电线路杆塔及台区总数量。

进一步地，计算考虑地理信息的杆塔及台区雷击故障概率的装置中的考虑地理信息的雷击故障概率后验概率，计算公式如下：

其中，P_gi为杆塔i考虑地理信息的雷击故障概率。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种10kV配电线路雷击故障模糊定位方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

1)根据杆塔及台区数量，计算杆塔及台区的雷击故障概率初始值；

2)根据地理信息和杆塔及台区的雷击故障概率初始值，计算考虑地理信息的杆塔及台区雷击故障概率；

3)根据地闪信息和考虑地理信息的杆塔及台区雷击故障概率，计算考虑地闪信息的杆塔及台区雷击故障概率。

2.根据权利要求1所述的一种10kV配电线路雷击故障模糊定位方法，其特征在于，所述杆塔及台区的雷击故障概率的初始值计算公式如下：

P_i＝1/N

其中，P_i为每基杆塔及台区的雷击故障概率，N为配电线路杆塔及台区总数量。

3.根据权利要求2所述的一种10kV配电线路雷击故障模糊定位方法，其特征在于，所述考虑地理信息的杆塔及台区雷击故障概率计算步骤如下：

步骤a：计算每基杆塔线路附近r公里内发生雷击后，杆塔绝缘闪络的概率Fi；

步骤b：以雷击故障概率初始值Pi为先验概率，Fi为条件概率，计算考虑地理信息的雷击故障概率后验概率，计算公式如下：

其中，P_gi为杆塔i考虑地理信息的雷击故障概率考虑地理信息的雷击故障概率，N为配电线路杆塔及台区总数量。

4.根据权利要求3所述的一种10kV配电线路雷击故障模糊定位方法，其特征在于，依据地闪信息，地闪信息包括地闪次数M，从一次地闪次数开始计算考虑地闪信息的杆塔及台区雷击故障概率不断迭加地闪次数再次计算直至到M次地闪次数全部计算为止。

5.根据权利要求4所述的一种10kV配电线路雷击故障模糊定位方法，其特征在于，所述考虑地闪信息的杆塔及台区雷击故障概率计算步骤如下：

步骤a：获取在跳闸时间t为中心的时间范围[t-Δt,t+Δt]内，线路半径R内的地闪信息，包括地闪次数M和每次地闪的坐标，设置地闪序号k的初始值为1，设置考虑地理信息的雷击故障概率向量P_g为先验概率向量P，先验概率向量P表达式如下：

P＝[P₁,P₂,…,P_N]；

步骤b：计算每基杆塔与序号为k的地闪坐标的距离，构成向量D_k，表达式如下：

D_k＝[D_k1,D_k2,…,D_kN]

其中，D_kn为第k个地闪与第n基杆塔的距离；

步骤c：根据地闪误差分布，计算第k个地闪与每基杆塔距离所处取值区间的概率，构成向量E_k表达式如下：

E_k＝[E_k1,E_k2,…,E_kN]

其中，E_kn为第k个地闪与第n基杆塔距离所处取值区间的概率；

步骤d：计算考虑第k个地闪信息的雷击故障概率后验概率，构成概率向量，后验概率向量P_g表达式如下：P_g＝[P_g1,P_g2,…,P_gN]，计算方法如下：

其中，P_ki为杆塔i考虑第k个地闪信息的雷击故障概率，

考虑第k个地闪信息的雷击故障概率向量P_k表达式如下：

P_k＝[P_k1,P_k2,…,P_kN]；

步骤e：序号k迭代加一，重新设置P_k为先验概率P，若k小于M，则回到步骤b；否则，P_k为最终值。

6.根据权利要求5所述的一种10kV配电线路雷击故障模糊定位方法，其特征在于，所述地闪与每基杆塔距离所处取值区间的概率计算步骤如下：

步骤a：获取输电线路杆塔历史雷击跳闸时间对应的地闪信息；

步骤b：统计跳闸时刻地闪与杆塔的最近距离，获取地闪距离误差的累计概率分布统计值；

步骤c：由地闪距离误差的累计概率分布统计值，拟合累计概率分布函数；

步骤d：根据地闪误差的累计概率分布函数，计算各距离取值区间内的概率，即真实地闪位置与测试地闪位置处于某距离范围内的概率。

7.一种10kV配电线路雷击故障模糊定位装置，其特征在于，包括用于根据杆塔及台区数量，计算杆塔及台区的雷击故障概率初始值的装置，还包括用于根据地理信息和杆塔及台区的雷击故障概率初始值，由贝叶斯定理重新计算考虑地理信息的杆塔及台区雷击故障概率的装置，还包括用于根据地闪信息和考虑地理信息的杆塔及台区雷击故障概率，由贝叶斯定理重新计算考虑地闪信息的杆塔及台区雷击故障概率的装置。

8.根据权利要求7所述的一种10kV配电线路雷击故障模糊定位装置，其特征在于，所述杆塔及台区的雷击故障概率的装置中杆塔及台区的雷击故障概率的初始值计算公式如下：

P_i＝1/N

其中，P_i为每基杆塔及台区的雷击故障概率，N为配电线路杆塔及台区总数量。

9.根据权利要求8所述的一种10kV配电线路雷击故障模糊定位装置，其特征在于，计算考虑地理信息的杆塔及台区雷击故障概率的装置中的考虑地理信息的雷击故障概率后验概率，计算公式如下：

其中，P_gi为杆塔i考虑地理信息的雷击故障概率。

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