CN107784401A - 基于电网稳定性的输电线路雷击风险评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能化程度高、集成化程度高的基于电网稳定性的输电线路雷击风险评估方法，其结构包括：结合雷电特征参数、地形地貌参数、线路结构特征和绝缘配置的输电线路差异化雷击风险评估方法，计算得到各级杆塔和线路雷击跳闸率值，并以输电线路防雷性能的设计值、规定值或运行经验值为参考划分各级杆塔的雷击风险等级；依据各级杆塔的雷击风险对整个线路区段防雷性能的影响程度不同，评估全线各个区段的雷击风险等级，确定线路易闪区段；基于电网稳定性的输电线路雷击风险评估以各条线路的雷击跳闸率为风险来源，根据重合闸率和手动强送成功率将雷击风险划分为不同评价类型，再以供电可靠性、设备损害性、线路重要性等级和运行时间为评价准则进行评估，最终确定各条线路的雷击风险等级，据此实现“电网→线路→杆塔段→杆塔”的完整评价体系。

Description

基于电网稳定性的输电线路雷击风险评估方法

技术领域

本发明涉及一种累计风险评估方法，尤其是一种智能化程度高、集成化程度高的基于电网稳定性的输电线路雷击风险评估方法。

背景技术

近年来，随着电网的快速发展和强对流天气的增多，雷击故障呈现出一些新的特点，雷击造成的线路两相闪络、同塔双回线路同时闪络、同一输电通道多回线路相继跳闸等严重故障明显增加，高电压、长距离、大容量输电线路防雷工作面临新的课题。为此，需要根据输电线路在电网中的重要程度和作用、线路走廊雷电活动强度、地形地貌及线路结构等差异开展深入细致的防雷评估研究，建立科学规范的面向电网的输电线路雷击风险评价体系，依次确定防雷改造的重点线路、重点区段和重点杆塔，以评估结果指导各级生产管理部门进行有针对性的架空输电线路防雷设计、建设、运行和改造工作。

然而，针对基于电网稳定性的输电线路雷击风险评估，目前一般采用雷击跳闸率作为评价指标，认为跳闸率高的线路即为雷击风险较高的线路。而根据电网运行经验，虽然雷击引起的线路跳闸次数所占比例较高，但由于重合成功率较高，导致所占非计划停运比例比所占跳闸比例低。这主要是因为雷击跳闸为电力***瞬时性故障，跳闸发生后自动重合闸若能可靠动作，可以避免中断供电等永久性故障发生。因此，仅以雷击跳闸率作为衡量面向电网的输电线路雷击风险的唯一指标是不完全的，跳闸率的绝对数值并不能真实反映各条线路的雷击风险水平，据此无法准确评估确定亟待改造的重点线路。基于电网稳定性的输电线路雷击风险评估应考虑雷击跳闸后对电网运行、输变电设备造成的一系列损失进行综合评估，得到更加全面细致的评估结果。针对线路易闪区段的评估目前主要有两种方法：一种是采用计算得到的各级杆塔雷击跳闸率求得各区段雷击跳闸率的算术平均值，通过各区段平均雷击跳闸率值的大小来判断各区段雷击风险的强弱；另一种是基于雷电定位***监测数据，通过对输电线路走廊各区段雷电活动进行统计分析研究，得到线路走廊各区段的地闪密度分布，通过各区段地闪密度值的大小来得到输电线路中雷击的薄弱段。第一种方法采用的是简单的算术平均法来获取各区段杆塔的平均雷击跳闸率，而在算术平均的过程中有可能忽略个体的差异，容易受到极端数值的影响，存在着一定的误差，不能准确反映各区段杆塔的雷击风险强弱。第二种方法这种方法仅考虑了线路走廊雷电活动特征，忽略了线路结构及地形地貌特征等因素，获得的薄弱段为线路中的易受雷击段，即易击段，而非易闪段，采用该方法对地形条件和杆塔结构复杂的线路，无法有效评估线路各区段的雷击风险。

目前输电线路杆塔雷击风险评估采用的一般方法是计算线路中典型杆塔在典型地形地貌和传统雷电参数下的雷击跳闸率。由于计算时未考虑各级杆塔的实际雷电活动特征、地形地貌特征、杆塔结构特征和绝缘配置的影响，因此计算结果不能真实反映杆塔的实际雷击风险水平。另外，由于没有评估全线各级杆塔雷击故障的相对风险，导致无法确定线路中的易闪杆塔。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种智能化程度高、集成化程度高的基于电网稳定性的输电线路雷击风险评估方法。

实现本发明目的的基于电网稳定性的输电线路雷击风险评估方法：

其结构包括：结合雷电特征参数、地形地貌参数、线路结构特征和绝缘配置的输电线路差异化雷击风险评估方法，计算得到各级杆塔和线路雷击跳闸率值，并以输电线路防雷性能的设计值、规定值或运行经验值为参考划分各级杆塔的雷击风险等级；然后依据各级杆塔的雷击风险对整个线路区段防雷性能的影响程度不同，评估全线各个区段的雷击风险等级，确定线路易闪区段；基于电网稳定性的输电线路雷击风险评估以各条线路的雷击跳闸率为风险来源，根据重合闸率和手动强送成功率将雷击风险划分为不同评价类型，再以供电可靠性、设备损害性、线路重要性等级和运行时间为评价准则进行评估，评估时还引入实际故障数据校核，最终确定各条线路的雷击风险等级，据此即能实现“电网→线路→杆塔段→杆塔”的完整评价体系。

其方法包括如下步骤：

1)通过雷电定位数据筛选统计出各级杆塔和杆塔区段的落雷情况，结合各级杆塔和杆塔区段的结构参数与地形地貌参数选用合理的耐雷水平计算模型计算出各级杆塔和杆塔区段的反击耐雷水平及绕击耐雷水平；

2)通过步骤1计算得到的各级杆塔和杆塔区段的耐雷水平结合该地区的雷电流幅值概率分布函数计算各级杆塔和杆塔区段的雷击跳闸率；

3)对各级杆塔和杆塔区段的雷击跳闸率进行加权平均计算得到该线路的平均雷击跳闸率；

4)通过步骤3得到的线路雷击跳闸率结合线路遭受雷击跳闸自动重合闸不成功率且手动强送不成功率判断线路永久故障率；

5)通过复杂网络理论计算线路在输电网结构中的权重系数判定线路在电网结构中的重要程度；

6)通过电网运行单位提供的实时潮流计算判定线路在不同时期、具体时间段、计及潮流的线路重要程度；

7)考虑线路遭受雷击造成永久故障后的现场施工因素、天气影响因素、控制措施因素、设备类型因素、故障类别因素、历史统计因素、设备缺陷因素、检修时间因素等影响因素计算得到综合因素的风险概率发生值；

8)通过对步骤4、5、6、7所计算得到的各影响因子值进行函数运算得到输电网中具体线路遭受雷击跳闸时对电网的安全运行风险值。

进一步的，逐级杆塔的雷击风险评估采用输电线路差异化雷击风险评估技术，包括如下步骤：

(1)参数统计，参数统计包括雷电参数统计和线路数据的统计，雷电参数统计使用雷电定位***的地闪数据统计分析得到雷电参数分布，线路数据包括线路结构特征以及线路走廊的地形地貌特征；

(2)在参数统计的基础上，利用合适的模型对全线路进行逐级杆塔雷击跳闸率计算，得到每级杆塔的雷击跳闸率；

(3)输电线路雷击风险评估，根据设定的评估标准，结合杆塔雷击跳闸率的计算结果，评估每级杆塔的耐雷性能，分级指标如图1所示，其中P为计算所得的杆塔雷击跳闸率，S为评估标准，位于A级的杆塔雷击风险等级最低，位于D级的杆塔雷击风险等级最高；还应结合杆塔所处地区雷电活动参数、杆塔结构、绝缘配置、地形地貌特征给出耐雷性能弱的杆塔易闪络的原因。

进一步的，杆塔区段的雷击风险评估包括以下步骤：

(1)输电线路各级杆塔雷击风险评估以全线平均雷击跳闸率值作为评估标准S，依据图1所示的杆塔雷击风险分级指标将输电线路各级杆塔的雷击跳闸率计算值与分级指标比较，确定各杆塔的雷击风险等级。

(2)按线路区段统计各雷击风险等级杆塔数占区段杆塔总数的百分比依据雷电参数统计分析程序统计雷电参数所划分的网格段，将整条线路依次划分为若干区段，计算各区段内雷击风险分别处于A、B、C、D级的杆塔百分比。例如某区段共有10基杆塔，处于A级的有3基，B级的有2基，C级的有4基，D级的有1基；则该区段内雷击风险等级处于A级的杆塔百分比为3/10即30％，B级杆塔百分比为2/10即20％，C级杆塔百分比为4/10即40％，D级杆塔百分比为1/10即10％。

(3)根据改进层次分析法(IAHP)，计算各区段的雷击风险权重向量，通过改进层次分析法首先求得各区段对A级杆塔百分比的权重向量W1、对B级杆塔百分比的权重向量W2、对C级杆塔百分比的权重向量W3和对D级杆塔百分比的权重向量W4。

以计算各区段对A级杆塔百分比的权重向量W1为例进行说明：

①采用三标度法求出各区段A级杆塔百分比所对应的比较矩阵。

②以各区段A级杆塔百分比所对应的比较矩阵作为输入参数，通过改进层次分析法计算程序计算得到各区段对A级杆塔百分比的权重向量W1。

各区段中A级杆塔百分比越高则在权重向量W1中所占的权重就越大，反之则越小。

依据以上步骤还可以分别求出W2、W3和W4。

由于A、B、C、D级杆塔的雷击风险存在显著差异，因此还需要求出不同风险等级杆塔对雷击风险的权重向量。具体步骤包括：采用三标度法求出不同风险等级杆塔的雷击风险所对应的比较矩阵；以不同风险等级杆塔的雷击风险所对应的比较矩阵作为输入参数，采用改进层次分析法计算程序计算得到不同风险等级杆塔对雷击风险的权重向量WR。

最后按下式自上而下将各层权重向量进行合成得到各区段的雷击风险权重向量WE，从而确定线路易闪段。

WE＝[W1 W2 W3 W4]*WR (1)

此评估体系同时还适用于评估各区段的反击和绕击雷击风险。

进一步的，对电网的雷击风险评估包括如下步骤：

(1)基于电网稳定性的输电线路雷击风险评估三部分风险划分

以雷击跳闸率Sr为基础，结合雷击重合闸成功率Cr和强送成功率Qr，分别求得雷击重合闸成功、重合失败但强送成功和重合失败且强送失败这三部分的概率值，其中计算风险评估初值时采用雷击跳闸率计算值和统计参数，进行评估结果校核时采用实际故障数据。

(2)基于基于电网稳定性的输电线路雷击风险评估体系分别评估三部分风险

当评估雷击重合闸成功的风险时，只考虑运行时间、重要性等级和设备损害性的影响，通过改进层次分析法计算程序求得各条线路对于雷击重合成功风险的权重向量WS；当评估雷击重合不成功的风险时，需考虑供电可靠性、运行时间、重要性等级和设备损害性的影响，通过改进层次分析法计算程序分别求得各条线路对于重合失败但强送成功、重合失败且强送失败的权重向量WC、WQ。

以求解雷击重合成功风险的权重向量WS为例进行说明：

①采用三标度法求出各线路运行时间、重要性等级和设备损害对应的比较矩阵，其中设备损害用绝缘子烧蚀损坏、导地线烧蚀损坏和接地引下线烧蚀损坏所造成的经济损失来衡量；

②依据改进层次分析法计算程序求得各线路对运行时间、重要性等级和设备损害的权重向量W22、W23、W24；

③依据改进层次分析法计算程序求得运行时间、重要性等级和设备损害这三个因素对于雷击风险的影响权重W1；

④最后按下式自上而下将各层权重向量进行合成得到各线路对于雷击重合成功风险的权重向量WS。

WS＝[W22 W23 W24]*W1 (2)

(3)三部分风险的权重向量加权求和

由于三种风险的权重向量求和与发生三种风险状况的风险源有关，因此还需根据各种风险源的绝对值进行折算。

④重合成功的雷击风险RS

RS＝WS*Sr*Cr (3)

⑤重合失败但强送成功的雷击风险RC

RC＝WC*Sr*(1-Cr)*Qr (4)

⑥重合失败且强送失败的雷击风险RQ

RQ＝WQ*Sr*(1-Cr)*(1-Qr) (5)

考虑三种风险对雷击风险的的影响程度(重合成功＜重合闸失败但强送成功＜重合闸失败且强送失败)不同，采用改进层次分析法计算程序求得三部分风险对于雷击风险的权重向量W2，结合三部分风险的权重向量RS、RC、RQ，加权求和可以得到各线路对于雷击风险的权重向量Risk1：

Risk1＝[RS RC RQ]*W2 (6)

(4)实际雷击故障数据校核风险评估初值

评估时，首先采用电网内各条线路的雷击跳闸率计算值和统计参数进行上述(1)～(3)的计算，得到风险评估初值；在此基础上，考虑雷电活动的随机性，引入各条线路实际雷击跳闸率、重合闸成功率、强送成功率及实际故障数据进行步骤(1)～(3)的计算，得到基于实际故障数据的风险评估值；最后，根据不同线路的运行时间差异确定不同的权重，将风险评估初值和基于实际故障数据的风险评估值加权求和得到最终的风险评估权重向量Risk。

进一步的，由面向电网的雷击风险评估步骤可知该风险结构需要考虑的参数分为以下4个部分：

1)线路永久故障率参数部分

该部主要考虑输电线路雷击跳闸率、线路自动重合闸不成功率、手动强送电不成功率；其中线路遭受雷击跳闸后自动重合闸不成功率及手动强送电不成功率由运行经验给出其参考值，线路的雷击跳闸率由线路各级杆塔的雷击跳闸率加权平均给出。

2)线路在输电网结构中的权重参数部分

该部分为不考虑线路具体负荷时在电网结构中的重要程度，通过对复杂网络理论中几种典型节点、边权重的评估方法对电网结构中线路的权重进行计算。

3)线路在具体时间电网具体运行方式下的权重参数部分

该部分为考虑线路具体运行方式下线路供电中断对电网造成的负荷损失值，并结合社会影响因素计算得到线路在具体时间电网具体运行方式下的权重值。

4)其他影响因素部分

该部分综合考虑天气影响因素、设备类型因素、故障类别因素、现场施工因素、控制措施因素、设备缺陷因素、历史统计因素、检修时间因素等参数。

进一步的，线路永久故障率P_l与线路永久故障率相对风险值P_L的计算公式如下：

线路永久故障率P_l的公式为：

P_l＝线路雷击跳闸率N*自动重合闸失败率P_A*手动强送电失败率P_H (7)

其中，线路的P_A和P_H由运行的原始数据给出。

线路永久故障率相对风险值P_L计算公式为：

P_L＝(线路雷击跳闸率N/规程规定雷击跳闸率N_r)*P_A*P_H (8)

进一步的，面向电网的输电线路雷击风险R_c的计算公式如下：

R_c＝P_l*ω*ω₂*P_RO

其中，R_c的计量单位是MW/100km·a。

而面向电网的输电线路雷击故障相对风险R_c”的计算公式如下：

R″_c＝P_L*ω*ω″₂*P_RO

其中，R_c”为无量纲值。

本专利的优点包括：

(1)依据雷击引发面向电网的输电线路雷击风险的全过程，提出基于电网稳定性的输电线路雷击风险评估应以差异化防雷技术为基础形成“电网→线路→杆塔段→杆塔”的完整评价体系，依次确定防雷改造的重点线路、重点区段和重点杆塔；

(2)基于电网稳定性的输电线路雷击风险评估应以雷击跳闸率作为风险来源，综合重合闸率、手动强送成功率、线路重要性等级、运行时间、供电可靠性指标、设备损害性指标进行综合评估，确定各条线路的雷击风险等级；

(3)杆塔区段雷击风险评估是根据各区段中不同风险等级杆塔的百分比构造比较矩阵，采用改进层次分析法，计算得到各区段对各风险等级杆塔百分比的权重向量，在此基础上考虑不同风险等级杆塔对区段雷击风险的影响不同加权计算得到各区段的雷击风险权重向量；

(4)对电网的输电线路雷击风险评价体系的提出和研究，突破了以往仅以雷击跳闸率作为衡量雷击风险指标的片面和不足，对于推动电网雷电防护领域继续开展风险评估研究具有重要作用，其评估结果能够为各级生产运行单位全面掌握电网防雷性能、主动实施差异化防雷服务；

(5)通过线路的雷击跳闸率结合自动重合闸不成功率及手动强送不成功率计算得到线路永久故障率，利用线路永久故障率结合线路在电网结构中的权重系数、线路在电网具体时间运行方式下的权重系数及其他影响因子的风险发生概率建立了基于电网稳定性的输电线路雷击风险评估模型，从而为研究电网的雷电灾害提供了新的研究思路；

(6)利用本文提出的后一种基于电网稳定性的输电线路雷击风险评估模型能够有效的评估不同线路遭受雷击跳闸对电网的风险、同一线路在不同时间段遭受雷击跳闸对电网的风险为电网运行单位的电网防雷提供有效的指导意见。

附图说明

图1为雷击风险分级指标图

具体实施方式

本发明的基于电网稳定性的输电线路雷击风险评估方法：

其结构包括：结合雷电特征参数、地形地貌参数、线路结构特征和绝缘配置的输电线路差异化雷击风险评估方法，计算得到各级杆塔和线路雷击跳闸率值，并以输电线路防雷性能的设计值、规定值或运行经验值为参考划分各级杆塔的雷击风险等级；然后依据各级杆塔的雷击风险对整个线路区段防雷性能的影响程度不同，评估全线各个区段的雷击风险等级，确定线路易闪区段；基于电网稳定性的输电线路雷击风险评估以各条线路的雷击跳闸率为风险来源，根据重合闸率和手动强送成功率将雷击风险划分为不同评价类型，再以供电可靠性、设备损害性、线路重要性等级和运行时间为评价准则进行评估，评估时还引入实际故障数据校核，最终确定各条线路的雷击风险等级，据此即能实现“电网→线路→杆塔段→杆塔”的完整评价体系。

其方法包括如下步骤：

1)通过雷电定位数据筛选统计出各级杆塔和杆塔区段的落雷情况，结合各级杆塔和杆塔区段的结构参数与地形地貌参数选用合理的耐雷水平计算模型计算出各级杆塔和杆塔区段的反击耐雷水平及绕击耐雷水平；

2)通过步骤1计算得到的各级杆塔和杆塔区段的耐雷水平结合该地区的雷电流幅值概率分布函数计算各级杆塔和杆塔区段的雷击跳闸率；

3)对各级杆塔和杆塔区段的雷击跳闸率进行加权平均计算得到该线路的平均雷击跳闸率；

4)通过步骤3得到的线路雷击跳闸率结合线路遭受雷击跳闸自动重合闸不成功率且手动强送不成功率判断线路永久故障率；

5)通过复杂网络理论计算线路在输电网结构中的权重系数判定线路在电网结构中的重要程度；

6)通过电网运行单位提供的实时潮流计算判定线路在不同时期、具体时间段、计及潮流的线路重要程度；

7)考虑线路遭受雷击造成永久故障后的现场施工因素、天气影响因素、控制措施因素、设备类型因素、故障类别因素、历史统计因素、设备缺陷因素、检修时间因素等影响因素计算得到综合因素的风险概率发生值；

8)通过对步骤4、5、6、7所计算得到的各影响因子值进行函数运算得到输电网中具体线路遭受雷击跳闸时对电网的安全运行风险值。

进一步的，逐级杆塔的雷击风险评估采用输电线路差异化雷击风险评估技术，包括如下步骤：

(1)参数统计，参数统计包括雷电参数统计和线路数据的统计，雷电参数统计使用雷电定位***的地闪数据统计分析得到雷电参数分布，线路数据包括线路结构特征以及线路走廊的地形地貌特征；

(2)在参数统计的基础上，利用合适的模型对全线路进行逐级杆塔雷击跳闸率计算，得到每级杆塔的雷击跳闸率；

(3)输电线路雷击风险评估，根据设定的评估标准，结合杆塔雷击跳闸率的计算结果，评估每级杆塔的耐雷性能，分级指标如图1所示，其中P为计算所得的杆塔雷击跳闸率，S为评估标准，位于A级的杆塔雷击风险等级最低，位于D级的杆塔雷击风险等级最高；还应结合杆塔所处地区雷电活动参数、杆塔结构、绝缘配置、地形地貌特征给出耐雷性能弱的杆塔易闪络的原因。

进一步的，杆塔区段的雷击风险评估包括以下步骤：

(1)输电线路各级杆塔雷击风险评估以全线平均雷击跳闸率值作为评估标准S，依据图1所示的杆塔雷击风险分级指标将输电线路各级杆塔的雷击跳闸率计算值与分级指标比较，确定各杆塔的雷击风险等级。

(2)按线路区段统计各雷击风险等级杆塔数占区段杆塔总数的百分比依据雷电参数统计分析程序统计雷电参数所划分的网格段，将整条线路依次划分为若干区段，计算各区段内雷击风险分别处于A、B、C、D级的杆塔百分比。例如某区段共有10基杆塔，处于A级的有3基，B级的有2基，C级的有4基，D级的有1基；则该区段内雷击风险等级处于A级的杆塔百分比为3/10即30％，B级杆塔百分比为2/10即20％，C级杆塔百分比为4/10即40％，D级杆塔百分比为1/10即10％。

(3)根据改进层次分析法(IAHP)，计算各区段的雷击风险权重向量，通过改进层次分析法首先求得各区段对A级杆塔百分比的权重向量W1、对B级杆塔百分比的权重向量W2、对C级杆塔百分比的权重向量W3和对D级杆塔百分比的权重向量W4。

以计算各区段对A级杆塔百分比的权重向量W1为例进行说明：

①采用三标度法求出各区段A级杆塔百分比所对应的比较矩阵。

②以各区段A级杆塔百分比所对应的比较矩阵作为输入参数，通过改进层次分析法计算程序计算得到各区段对A级杆塔百分比的权重向量W1。

各区段中A级杆塔百分比越高则在权重向量W1中所占的权重就越大，反之则越小。

依据以上步骤还可以分别求出W2、W3和W4。

由于A、B、C、D级杆塔的雷击风险存在显著差异，因此还需要求出不同风险等级杆塔对雷击风险的权重向量。具体步骤包括：采用三标度法求出不同风险等级杆塔的雷击风险所对应的比较矩阵；以不同风险等级杆塔的雷击风险所对应的比较矩阵作为输入参数，采用改进层次分析法计算程序计算得到不同风险等级杆塔对雷击风险的权重向量WR。

最后按下式自上而下将各层权重向量进行合成得到各区段的雷击风险权重向量WE，从而确定线路易闪段。

WE＝[W1 W2 W3 W4]*WR (1)

此评估体系同时还适用于评估各区段的反击和绕击雷击风险。

进一步的，对电网的雷击风险评估包括如下步骤：

(1)基于电网稳定性的输电线路雷击风险评估三部分风险划分

以雷击跳闸率Sr为基础，结合雷击重合闸成功率Cr和强送成功率Qr，分别求得雷击重合闸成功、重合失败但强送成功和重合失败且强送失败这三部分的概率值，其中计算风险评估初值时采用雷击跳闸率计算值和统计参数，进行评估结果校核时采用实际故障数据。

(2)基于基于电网稳定性的输电线路雷击风险评估体系分别评估三部分风险

当评估雷击重合闸成功的风险时，只考虑运行时间、重要性等级和设备损害性的影响，通过改进层次分析法计算程序求得各条线路对于雷击重合成功风险的权重向量WS；当评估雷击重合不成功的风险时，需考虑供电可靠性、运行时间、重要性等级和设备损害性的影响，通过改进层次分析法计算程序分别求得各条线路对于重合失败但强送成功、重合失败且强送失败的权重向量WC、WQ。

以求解雷击重合成功风险的权重向量WS为例进行说明：

①采用三标度法求出各线路运行时间、重要性等级和设备损害对应的比较矩阵，其中设备损害用绝缘子烧蚀损坏、导地线烧蚀损坏和接地引下线烧蚀损坏所造成的经济损失来衡量；

②依据改进层次分析法计算程序求得各线路对运行时间、重要性等级和设备损害的权重向量W22、W23、W24；

③依据改进层次分析法计算程序求得运行时间、重要性等级和设备损害这三个因素对于雷击风险的影响权重W1；

④最后按下式自上而下将各层权重向量进行合成得到各线路对于雷击重合成功风险的权重向量WS。

WS＝[W22 W23 W24]*W1 (2)

(3)三部分风险的权重向量加权求和

由于三种风险的权重向量求和与发生三种风险状况的风险源有关，因此还需根据各种风险源的绝对值进行折算。

⑦重合成功的雷击风险RS

RS＝WS*Sr*Cr (3)

⑧重合失败但强送成功的雷击风险RC

RC＝WC*Sr*(1-Cr)*Qr (4)

⑨重合失败且强送失败的雷击风险RQ

RQ＝WQ*Sr*(1-Cr)*(1-Qr) (5)

考虑三种风险对雷击风险的的影响程度(重合成功＜重合闸失败但强送成功＜重合闸失败且强送失败)不同，采用改进层次分析法计算程序求得三部分风险对于雷击风险的权重向量W2，结合三部分风险的权重向量RS、RC、RQ，加权求和可以得到各线路对于雷击风险的权重向量Risk1：

Risk1＝[RS RC RQ]*W2 (6)

(4)实际雷击故障数据校核风险评估初值

评估时，首先采用电网内各条线路的雷击跳闸率计算值和统计参数进行上述(1)～(3)的计算，得到风险评估初值；在此基础上，考虑雷电活动的随机性，引入各条线路实际雷击跳闸率、重合闸成功率、强送成功率及实际故障数据进行步骤(1)～(3)的计算，得到基于实际故障数据的风险评估值；最后，根据不同线路的运行时间差异确定不同的权重，将风险评估初值和基于实际故障数据的风险评估值加权求和得到最终的风险评估权重向量Risk。

进一步的，由面向电网的雷击风险评估步骤可知该风险结构需要考虑的参数分为以下4个部分：

1)线路永久故障率参数部分

该部主要考虑输电线路雷击跳闸率、线路自动重合闸不成功率、手动强送电不成功率；其中线路遭受雷击跳闸后自动重合闸不成功率及手动强送电不成功率由运行经验给出其参考值，线路的雷击跳闸率由线路各级杆塔的雷击跳闸率加权平均给出。

2)线路在输电网结构中的权重参数部分

该部分为不考虑线路具体负荷时在电网结构中的重要程度，通过对复杂网络理论中几种典型节点、边权重的评估方法对电网结构中线路的权重进行计算。

3)线路在具体时间电网具体运行方式下的权重参数部分

该部分为考虑线路具体运行方式下线路供电中断对电网造成的负荷损失值，并结合社会影响因素计算得到线路在具体时间电网具体运行方式下的权重值。

4)其他影响因素部分

该部分综合考虑天气影响因素、设备类型因素、故障类别因素、现场施工因素、控制措施因素、设备缺陷因素、历史统计因素、检修时间因素等参数。

进一步的，线路永久故障率P_l与线路永久故障率相对风险值P_L的计算公式如下：

线路永久故障率P_l的公式为：

P_l＝线路雷击跳闸率N*自动重合闸失败率P_A*手动强送电失败率P_H (7)

其中，线路的P_A和P_H由运行的原始数据给出。

线路永久故障率相对风险值P_L计算公式为：

P_L＝(线路雷击跳闸率N/规程规定雷击跳闸率N_r)*P_A*P_H (8)

进一步的，面向电网的输电线路雷击风险R_c的计算公式如下：

R_c＝P_l*ω*ω₂*P_RO

其中，R_c的计量单位是MW/100km·a。

而面向电网的输电线路雷击故障相对风险R_c”的计算公式如下：

R″_c＝P_L*ω*ω″₂*P_RO

其中，R_c”为无量纲值。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神前提下，本领域普通工程技术人员对本发明技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.基于电网稳定性的输电线路雷击风险评估方法，其特征在于，其结构包括：结合雷电特征参数、地形地貌参数、线路结构特征和绝缘配置的输电线路差异化雷击风险评估方法，计算得到各级杆塔和线路雷击跳闸率值，并以输电线路防雷性能的设计值、规定值或运行经验值为参考划分各级杆塔的雷击风险等级；然后依据各级杆塔的雷击风险对整个线路区段防雷性能的影响程度不同，评估全线各个区段的雷击风险等级，确定线路易闪区段；基于电网稳定性的输电线路雷击风险评估以各条线路的雷击跳闸率为风险来源，根据重合闸率和手动强送成功率将雷击风险划分为不同评价类型，再以供电可靠性、设备损害性、线路重要性等级和运行时间为评价准则进行评估，评估时还引入实际故障数据校核，最终确定各条线路的雷击风险等级，据此即能实现“电网→线路→杆塔段→杆塔”的完整评价体系。

2.基于电网稳定性的输电线路雷击风险评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)通过雷电定位数据筛选统计出各级杆塔和杆塔区段的落雷情况，结合各级杆塔和杆塔区段的结构参数与地形地貌参数选用合理的耐雷水平计算模型计算出各级杆塔和杆塔区段的反击耐雷水平及绕击耐雷水平；

2)通过步骤1计算得到的各级杆塔和杆塔区段的耐雷水平结合该地区的雷电流幅值概率分布函数计算各级杆塔和杆塔区段的雷击跳闸率；

3)对各级杆塔和杆塔区段的雷击跳闸率进行加权平均计算得到该线路的平均雷击跳闸率；

4)通过步骤3得到的线路雷击跳闸率结合线路遭受雷击跳闸自动重合闸不成功率且手动强送不成功率判断线路永久故障率；

5)通过复杂网络理论计算线路在输电网结构中的权重系数判定线路在电网结构中的重要程度；

6)通过电网运行单位提供的实时潮流计算判定线路在不同时期、具体时间段、计及潮流的线路重要程度；

7)考虑线路遭受雷击造成永久故障后的现场施工因素、天气影响因素、控制措施因素、设备类型因素、故障类别因素、历史统计因素、设备缺陷因素、检修时间因素等影响因素计算得到综合因素的风险概率发生值；

8)通过对步骤4、5、6、7所计算得到的各影响因子值进行函数运算得到输电网中具体线路遭受雷击跳闸时对电网的安全运行风险值。

3.根据权利要求2所述的基于电网稳定性的输电线路雷击风险评估方法，其特征在于，逐级杆塔的雷击风险评估采用输电线路差异化雷击风险评估技术，包括如下步骤：

(1)参数统计，参数统计包括雷电参数统计和线路数据的统计，雷电参数统计使用雷电定位***的地闪数据统计分析得到雷电参数分布，线路数据包括线路结构特征以及线路走廊的地形地貌特征；

(2)在参数统计的基础上，利用合适的模型对全线路进行逐级杆塔雷击跳闸率计算，得到每级杆塔的雷击跳闸率；

(3)输电线路雷击风险评估，根据设定的评估标准，结合杆塔雷击跳闸率的计算结果，评估每级杆塔的耐雷性能，分级指标如图1所示，其中P为计算所得的杆塔雷击跳闸率，S为评估标准，位于A级的杆塔雷击风险等级最低，位于D级的杆塔雷击风险等级最高；还应结合杆塔所处地区雷电活动参数、杆塔结构、绝缘配置、地形地貌特征给出耐雷性能弱的杆塔易闪络的原因。

4.根据权利要求2所述的基于电网稳定性的输电线路雷击风险评估方法，其特征在于，杆塔区段的雷击风险评估包括以下步骤：

(1)输电线路各级杆塔雷击风险评估以全线平均雷击跳闸率值作为评估标准S，依据图1所示的杆塔雷击风险分级指标将输电线路各级杆塔的雷击跳闸率计算值与分级指标比较，确定各杆塔的雷击风险等级。

(2)按线路区段统计各雷击风险等级杆塔数占区段杆塔总数的百分比依据雷电参数统计分析程序统计雷电参数所划分的网格段，将整条线路依次划分为若干区段，计算各区段内雷击风险分别处于A、B、C、D级的杆塔百分比。例如某区段共有10基杆塔，处于A级的有3基，B级的有2基，C级的有4基，D级的有1基；则该区段内雷击风险等级处于A级的杆塔百分比为3/10即30％，B级杆塔百分比为2/10即20％，C级杆塔百分比为4/10即40％，D级杆塔百分比为1/10即10％。

(3)根据改进层次分析法(IAHP)，计算各区段的雷击风险权重向量，通过改进层次分析法首先求得各区段对A级杆塔百分比的权重向量W1、对B级杆塔百分比的权重向量W2、对C级杆塔百分比的权重向量W3和对D级杆塔百分比的权重向量W4。

以计算各区段对A级杆塔百分比的权重向量W1为例进行说明：

①采用三标度法求出各区段A级杆塔百分比所对应的比较矩阵。

②以各区段A级杆塔百分比所对应的比较矩阵作为输入参数，通过改进层次分析法计算程序计算得到各区段对A级杆塔百分比的权重向量W1。

各区段中A级杆塔百分比越高则在权重向量W1中所占的权重就越大，反之则越小。

依据以上步骤还可以分别求出W2、W3和W4。

由于A、B、C、D级杆塔的雷击风险存在显著差异，因此还需要求出不同风险等级杆塔对雷击风险的权重向量。具体步骤包括：采用三标度法求出不同风险等级杆塔的雷击风险所对应的比较矩阵；以不同风险等级杆塔的雷击风险所对应的比较矩阵作为输入参数，采用改进层次分析法计算程序计算得到不同风险等级杆塔对雷击风险的权重向量WR。

最后按下式自上而下将各层权重向量进行合成得到各区段的雷击风险权重向量WE，从而确定线路易闪段。

WE＝[W1 W2 W3 W4]*WR (1)

此评估体系同时还适用于评估各区段的反击和绕击雷击风险。

5.根据权利要求2所述的基于电网稳定性的输电线路雷击风险评估方法，其特征在于，对电网的雷击风险评估包括如下步骤：

(1)基于电网稳定性的输电线路雷击风险评估三部分风险划分

以雷击跳闸率Sr为基础，结合雷击重合闸成功率Cr和强送成功率Qr，分别求得雷击重合闸成功、重合失败但强送成功和重合失败且强送失败这三部分的概率值，其中计算风险评估初值时采用雷击跳闸率计算值和统计参数，进行评估结果校核时采用实际故障数据。

(2)基于基于电网稳定性的输电线路雷击风险评估体系分别评估三部分风险

当评估雷击重合闸成功的风险时，只考虑运行时间、重要性等级和设备损害性的影响，通过改进层次分析法计算程序求得各条线路对于雷击重合成功风险的权重向量WS；当评估雷击重合不成功的风险时，需考虑供电可靠性、运行时间、重要性等级和设备损害性的影响，通过改进层次分析法计算程序分别求得各条线路对于重合失败但强送成功、重合失败且强送失败的权重向量WC、WQ。

以求解雷击重合成功风险的权重向量WS为例进行说明：

①采用三标度法求出各线路运行时间、重要性等级和设备损害对应的比较矩阵，其中设备损害用绝缘子烧蚀损坏、导地线烧蚀损坏和接地引下线烧蚀损坏所造成的经济损失来衡量；

②依据改进层次分析法计算程序求得各线路对运行时间、重要性等级和设备损害的权重向量W22、W23、W24；

③依据改进层次分析法计算程序求得运行时间、重要性等级和设备损害这三个因素对于雷击风险的影响权重W1；

④最后按下式自上而下将各层权重向量进行合成得到各线路对于雷击重合成功风险的权重向量WS。

WS＝[W22 W23 W24]*W1 (2)

(3)三部分风险的权重向量加权求和

由于三种风险的权重向量求和与发生三种风险状况的风险源有关，因此还需根据各种风险源的绝对值进行折算。

①重合成功的雷击风险RS

RS＝WS*Sr*Cr (3)

②重合失败但强送成功的雷击风险RC

RC＝WC*Sr*(1-Cr)*Qr (4)

③重合失败且强送失败的雷击风险RQ

RQ＝WQ*Sr*(1-Cr)*(1-Qr) (5)

考虑三种风险对雷击风险的的影响程度(重合成功＜重合闸失败但强送成功＜重合闸失败且强送失败)不同，采用改进层次分析法计算程序求得三部分风险对于雷击风险的权重向量W2，结合三部分风险的权重向量RS、RC、RQ，加权求和可以得到各线路对于雷击风险的权重向量Risk1：

Risk1＝[RS RC RQ]*W2 (6)

(4)实际雷击故障数据校核风险评估初值

评估时，首先采用电网内各条线路的雷击跳闸率计算值和统计参数进行上述(1)～(3)的计算，得到风险评估初值；在此基础上，考虑雷电活动的随机性，引入各条线路实际雷击跳闸率、重合闸成功率、强送成功率及实际故障数据进行步骤(1)～(3)的计算，得到基于实际故障数据的风险评估值；最后，根据不同线路的运行时间差异确定不同的权重，将风险评估初值和基于实际故障数据的风险评估值加权求和得到最终的风险评估权重向量Risk。

6.根据权利要求2所述的基于电网稳定性的输电线路雷击风险评估方法，其特征在于，由面向电网的雷击风险评估步骤可知该风险结构需要考虑的参数分为以下4个部分：

1)线路永久故障率参数部分

该部主要考虑输电线路雷击跳闸率、线路自动重合闸不成功率、手动强送电不成功率；其中线路遭受雷击跳闸后自动重合闸不成功率及手动强送电不成功率由运行经验给出其参考值，线路的雷击跳闸率由线路各级杆塔的雷击跳闸率加权平均给出。

2)线路在输电网结构中的权重参数部分

该部分为不考虑线路具体负荷时在电网结构中的重要程度，通过对复杂网络理论中几种典型节点、边权重的评估方法对电网结构中线路的权重进行计算。

3)线路在具体时间电网具体运行方式下的权重参数部分

该部分为考虑线路具体运行方式下线路供电中断对电网造成的负荷损失值，并结合社会影响因素计算得到线路在具体时间电网具体运行方式下的权重值。

4)其他影响因素部分

该部分综合考虑天气影响因素、设备类型因素、故障类别因素、现场施工因素、控制措施因素、设备缺陷因素、历史统计因素、检修时间因素等参数。

7.根据权利要求2所述的基于电网稳定性的输电线路雷击风险评估方法，其特征在于，线路永久故障率P₁与线路永久故障率相对风险值P_L的计算公式如下：

线路永久故障率P₁的公式为：

P₁＝线路雷击跳闸率N*自动重合闸失败率P_A*手动强送电失败率P_H(7)

其中，线路的P_A和P_H由运行的原始数据给出。

线路永久故障率相对风险值P_L计算公式为：

P_L＝(线路雷击跳闸率N/规程规定雷击跳闸率N_r)*P_A*P_H(8)。

8.根据权利要求2所述的一种基于电网稳定性的输电线路雷击风险评估方法，其特征在于，面向电网的输电线路雷击风险R_c的计算公式如下：

R_c＝P₁*ω*ω₂*P_RO

其中，R_c的计量单位是MW/100km·a。

而面向电网的输电线路雷击故障相对风险R_c”的计算公式如下：

其中，R_c”为无量纲值。