一種評估輸電線路山火故障跳閘概率的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種評估輸電線路山火故障跳閘概率的方法，屬輸電線路在線監(jiān)測和 故障風(fēng)險評估技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 途經(jīng)山嶺地帶的輸電線路極易受到山火等自然災(zāi)害的威脅。山火發(fā)生時的造成輸 電線路故障跳閘的原因主要是火焰溫度、火焰導(dǎo)電率以及灰燼和煙霧導(dǎo)致間隙絕緣水平下 降，發(fā)生氣隙擊穿閃絡(luò)。近年來，輸電走廊發(fā)生山火造成的輸電線路故障停運(yùn)事件有逐年增 多的趨勢。建立評估輸電線路山火故障跳閘概率的評估方法對降低山火災(zāi)害的損失具有重 要意義。
[0003] 目前，輸電線路的山火故障研究主要是預(yù)報未來的山火等級，或者用設(shè)備監(jiān)測或 人工巡線的方法找尋是否有山火發(fā)生，確定火源點附近的輸電線路，并通知調(diào)度部門決策 是否采取停電停運(yùn)等措施避免線路跳閘故障。具體包括如下幾個方面：
[0004] (1)監(jiān)測山火是否發(fā)生并發(fā)出預(yù)警的技術(shù)。通過大范圍的衛(wèi)星遙感技術(shù)或者小范 圍安裝的傳感器、攝像機(jī)等元件監(jiān)測山火是否發(fā)生，并向運(yùn)行管理人員發(fā)出預(yù)警信號。該方 法的基本思路是在山火發(fā)生后提醒運(yùn)行人員做出預(yù)防或減小電網(wǎng)停電損失的措施。
[0005] (2)監(jiān)測山地輸電走廊的氣象條件預(yù)測可能發(fā)生的山火等級。該方法應(yīng)用氣象預(yù) 報的結(jié)果評估輸電走廊的山火等級，便于電網(wǎng)做出預(yù)防輸電線路山火跳閘的預(yù)案。
[0006] 可見目前對輸電線路山火故障的研究缺乏綜合評估輸電線路山火故障跳閘概率 的方法，因此制定防災(zāi)減災(zāi)預(yù)案和災(zāi)后處理措施的依據(jù)是定性的，而不是定量的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，以提高電網(wǎng)安全運(yùn)行水平為目標(biāo)，本發(fā)明提 供了一種輸電線路山火故障跳閘概率的評估方法，用于輸電線路山火故障跳閘概率評估， 制定輸電線路山火故障預(yù)案和防災(zāi)減災(zāi)措施。
[0008] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種輸電線路山火故障跳閘概率評估 的方法，所述方法采用宏觀氣象條件、地理條件、日期易獲得數(shù)據(jù)作為輸入量，并采用山火 發(fā)生概率模型、山火條件下輸電線路故障模型、山火的蔓延模型預(yù)測輸電線路山火故障跳 閘概率或者在山火發(fā)生后計算線路故障跳閘概率，以及分析周邊火源點對線路山火故障影 響程度；使用模糊綜合評判法對輸電線路途經(jīng)區(qū)域的山火發(fā)生概率P㈧進(jìn)行評判，從而實 現(xiàn)對輸電線路山火故障跳閘概率評估，繪制山火風(fēng)險區(qū)域等級分布圖，制定輸電線路山火 故障預(yù)案和防災(zāi)減災(zāi)措施。
[0009] 所述一種輸電線路山火故障跳閘概率評估的方法是：將所計算的某段輸電線路劃 分成為多個等分，假定每個等分的山火故障概率為P 11,則輸電線路的山火故障跳閘概率評 估公式是：
[0010]
( I )
[0011] 所述將所計算的某段輸電線路劃分成為多個等分，若計算山火已發(fā)生時的情況， 則對山火附近將要影響到的線路按照地形精度劃分；若計算山火未發(fā)生時的情況，則按照 微氣象條件差異劃分。
[0012] 所述輸電線路的山火故障跳閘概率Pf中η的計算方法是：山火已發(fā)生時，采用山 火蔓延模型和算法計算線路周圍某個火源點起火后一定時間t內(nèi)火勢蔓延的情況，記錄輸 電線路被火場覆蓋的η段。山火未發(fā)生時，按照微氣象條件差異劃分為η段。
[0013] 所述輸電線路的山火故障跳閘概率評估公式中的P11是指第i等份的輸電線路段 的山火故障概率，其計算公式是：
[0014] Pll=P1(A)XP1(BlA) (2)
[0015] 式中，P1㈧為輸電線路走廊山火發(fā)生概率；P1 (B|A)為山火條件下輸電線路故障 概率。
[0016] 若計算山火已發(fā)生時的情況，則對山火附近將要影響到的線路按照地形精度劃 分；若計算山火未發(fā)生時的情況，則對輸電線路按照微氣象條件差異劃分為幾個較長線段， 取線段中按照地形精度劃分時的最大值作為改線段的P 1 (B IA)。
[0017] 所述輸電線路走廊山火發(fā)生概率P1 (A)是指輸電線路第i等份走廊附近不同火源 點起火并蔓延至輸電線路走廊的概率。其計算方法是：
[0018] 1.若山火未發(fā)生，先將火險評判等級劃分為5級。
[0019] 表1火險等級劃分
[0021] 利用輸電線路途經(jīng)區(qū)域的每日降水量R、日最高溫度T、日最小空氣相對濕度H、日 平均風(fēng)速W、人為因子K等量，根據(jù)火險評判等級與因子量值是正相關(guān)還是負(fù)相關(guān)，繼而選 擇戒下型或戒上型隸屬函數(shù)原型式來表征各因子與決策判別量之間的隸屬關(guān)系：
[0022] (3)
[0023] (4)
[0024] 式中：x為X中R，T，H，W，K各因子的測量值或預(yù)測值，分別用r，t，h，w，k表示，f為 對應(yīng)的隸屬函數(shù)原型式；a，b，c為待定系數(shù)。對收集的各因子測量數(shù)據(jù)做歸一化處理，并求 解待定系數(shù)a，b，c。將各因子對火險決策判別集的隸屬度記作：
[0025] M = [M1 M2 M3 M4 M5] (5)
[0026] 其中=M1= (R1, T1, H1, W1, KJt，表示各因子對第i級火險等級的隸屬度。M可以根 據(jù)各自對應(yīng)的原型式f在表1中每個火險等級相應(yīng)的區(qū)域林火概率的最大值和最小值為關(guān) 鍵截域來計算隸屬函數(shù)R 1 JpH1 J111。并采用專家打分法制定降水量R、空氣溫度T、空氣 相對濕度H、風(fēng)速W、人為因子K等影響因子的權(quán)重A = (aR, aT, aH, aw, aK)，其中aR, aT, aH, aw, aK 分別為R，T，H，W，K各因子的權(quán)重。則對五個火險等級的隸屬度為：
[0027] B = Lb1 b2 b3 b4 b5] =AXM (6)
[0028] 其中 A1= aRXRfaTXTi+aHXHi+BwXW1+BkXK1J = 1，2,3,4,5。按照最大隸屬度 原則選定為哪一級火險，繼而可以根據(jù)表1得到該區(qū)域內(nèi)發(fā)生山火概率P(A)。
[0029] 2、若山火已發(fā)生，可以采用山火蔓延模型和算法計算著火后一定時間t內(nèi)所形成 的火場形狀和覆蓋情況。認(rèn)為線路被山火覆蓋的部*PJA) = 1，線路上距離火場超過火源 點到線路距離1的部分P1(A) = P(A)，介于兩者之間的部分認(rèn)為其P1(A)按照線性變化。
[0030] 所述山火條件下輸電線路故障概率P1 (B|A)是指在輸電走廊發(fā)生山火的條件下輸 電線路故障概率。其計算方法是：在山火條件下，輸電線路擊穿概率接近正態(tài)分布。
[0031]
(7)
[0032] 式中U為實際電壓，U' 5。= K ,KhK1IJ5。為山火條件下工頻擊穿電壓。正常情況下的 工頻擊穿電壓U 5。采用查表法得到。其中KdS空氣密度校正系數(shù)，KhS空氣濕度校正系數(shù)。 ι?為空氣濃煙校正系數(shù)。κ d，Kh，ι?為校正山火發(fā)生時，空氣溫度、濕度、密度變化以及濃煙 對U5。的影響。系數(shù)KjP空氣相對密度δ相關(guān)：
[0033] Kd= δ m (8)
[0034] 空氣濕度校正系數(shù)心為：
[0035] Kh=Kw (9)
[0036] 式⑶~（9)中的指數(shù)m，W及系數(shù)K的具體取值可參考國家標(biāo)準(zhǔn)。山火中濃煙使 擊穿電壓最多可以下降到原來的10%。因此這里令心等于1/10，BP :
[0037]
10 >
[0038] 所述一種輸電線路山火故障風(fēng)險評估的方法中山火蔓延模型的建立方法是：采 取參考文獻(xiàn)中毛賢敏等人修正后的王正非林火模型。
[0039] (11)
[0040] ： (12)
[0041]
[0042]
[0043] CN 105160412 A VL 4/6 貝
[0044] 式（11)~式（15)分別為上坡、下坡、左平坡、右平坡、風(fēng)方向的蔓延速度表達(dá)式。 式中，Rc是初始蔓延速度；K S表示可燃物配置格局更正系數(shù)；Kw表示風(fēng)力更正系數(shù)；K φ表示 地形坡度更正系數(shù)，Φ表示地形坡度角，Θ為上坡方向按順時針轉(zhuǎn)到風(fēng)向時，所旋轉(zhuǎn)的角 度。
[0045] 所述一種輸電線路山火故障風(fēng)險評估的方法中山火蔓延模型的算法采用邊界插 值算法。
[0046] 本發(fā)明涉及的基本原理是：輸電線路走廊山火發(fā)生概率P1(A)與線路途經(jīng)區(qū)域的 氣象條件相關(guān)，根據(jù)歷史火災(zāi)發(fā)生情況和線路故障信息，選擇影響山火發(fā)生的各個因素如 每日降水量、空氣溫度、空氣相對濕度、風(fēng)速風(fēng)向等?？紤]到火災(zāi)多為農(nóng)民、百姓在農(nóng)耕燒 荒，節(jié)日祭祖時引發(fā)，因此引入人為因子K作為衡量人類行為對山火的干擾。上述因子的預(yù) 報皆有模糊性和不準(zhǔn)確性，故選擇使用模糊綜合評判的方法對山火概率進(jìn)行預(yù)報。采用模 糊綜合判別法時若某事物受多個因素影響時，可以用權(quán)重代表每個因素對事物判別重要程 度的差別，做出合理的綜合判別。所以可以用公式B= Lb1 b2 b3 b4 b5] =AXM計算山火 等級，得到山火發(fā)生概率。
[0047] 輸電線路山火條件下的故障概率P1 (B|A)與山火發(fā)生時輸電線路氣隙的絕緣水平 有關(guān)。造成輸電線路山火故障跳閘的原因主要是火焰引起的溫度、導(dǎo)電率的改變以及灰燼 和煙霧導(dǎo)致間隙絕緣水平下降，從而發(fā)生氣隙擊穿閃絡(luò)。線路運(yùn)行情況正常時不會發(fā)生擊 穿。但是山火發(fā)生時，空氣溫度劇烈升高，大氣濕度、密度也必然隨之變化，由此引入K d、Kh 校正擊穿電壓。除了大氣條件的改變之外，山火燃燒植被將產(chǎn)生大量濃煙，包含大量飛灰， 炭黑以及灰燼和木肩等長條狀、大尺寸顆粒。在火焰條件下和正?？諝庵校w粒觸發(fā)放電的 特性具有明顯區(qū)別，在山火中濃煙觸發(fā)間隙放電具有倍增效應(yīng)，使得氣隙的絕緣強(qiáng)度發(fā)生 劇烈下降，擊穿電壓最多可以下降到原來的10%。所以引入系數(shù)心?？紤]到山地植被情況 復(fù)雜，而不同植被，不同風(fēng)速、風(fēng)向都將影響濃煙對U 5。的影響程