CN109190243A - 一种基于组合赋权法的输电线路防雷措施选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于组合赋权法的输电线路防雷措施选择方法，基于每基杆塔的具体情况，采用组合赋权法对输电线路杆塔进行防雷措施优化选择，既考虑了客观因素，也结合了主观的经验和需求，能可靠的得出最优化的输电线路防雷措施。

Description

一种基于组合赋权法的输电线路防雷措施选择方法

技术领域

本发明涉及输电线路防雷技术领域，尤其涉及一种基于组合赋权法的输电线路防雷措施选择方法。

背景技术

近年来，由于雷击而引起的电网运行故障频繁发生，雷击架空输电线路引起的线路停电是我国输电线路的主要事故类型。许多输电线路不可避免的要经过多雷、土壤电阻率高、地形复杂的地区，为降低这些地区输电线路的雷击跳闸必须采取各种防雷措施来提高输电线路的耐雷水平。随着线路走廊的紧缺，同塔双回或多回输电线路日益增多，杆塔高度增加；并且由于高速公路的建设，大跨越高杆塔的数据急剧增加，这些因素都使输电线路杆塔遭受雷击的概率大幅度增加。针对上述情况有采取有效的措施来提高线路的防雷性能(如降低杆塔接地电阻、加强绝缘水平、架设耦合地线、安装防绕击侧针、安装线路避雷器等防雷措施)。各种防雷措施的应用目的及实施后的效果各不相同，并且不同地区实施不同措施的费用、难度也不尽相同。

但在实际工程中，很多地区仍然采用粗放式的防雷改造管理方式，不考虑输电线路和防雷措施的特点，无差异的选择单一防雷措施进行治理，使得治理效果不显著，改造过的杆塔需要进行二次改造，大大浪费了人力物力。防雷措施评估模型存在人的主观性影响太大、所考虑的影响因素不够全面等不足，不能客观地、可靠地评估防雷措施的应用效果。

因此，在进行防雷改造前，对防雷措施进行综合评估，根据评估结果选择技术经济型较高的措施是提高防雷改造效果的关键环节，本发明即提出了一种基于组合赋权法的输电线路防雷措施选择方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于组合赋权法的输电线路防雷措施选择方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于组合赋权法的输电线路防雷措施选择方法，包括以下步骤：

S1：获取相应地区输电线路以及杆塔的相应数据信息，计算该地区输电线路每基杆塔的雷击跳闸率X；

S2：确定相应地区输电线路雷击跳闸率X的控制指标P，根据输电线路雷击跳闸率X与控制指标P之间的关系，划分输电线路的风险等级，并根据所述风险等级确定需要进行防雷改造的基杆塔；

S3：建立针对所述基杆塔的防雷措施优化选择综合分析模型，确定所述基杆塔防雷措施的评价指标，并对所述评价指标进行评分，并建立基于组合赋权法的决策矩阵；

S4：根据层次分析法确定所述评价指标的权重，并进行一致性检验；

S5：运用熵权法确定所述评价指标的熵权值，即为各指标的客观权重；

S6：运用组合赋权法确定各指标的组合权重，并通过计算得到最终的优选结果。

优选的，步骤S1中，所述相应数据信息包括输电线路杆塔号、杆塔型号、杆塔经纬度、杆塔呼高、档距、地形、接地电阻、地闪密度及输电线路中各杆塔的结构图；包括输电线路的导线型号、导线半径、导线直流电阻、导线***数及导线间距；还包括输电线路地线型号、地线半径、地线直流电阻、绝缘子串型号、长度、干弧距离信息。

优选的，根据所述各杆塔的结构图获得各杆塔的根开数据；根据所述杆塔经纬度确定每基杆塔的左倾角、右倾角、海拔高度以及杆塔的土壤电阻率；根据杆塔之间的档距算出每基杆塔的导线弧垂及地线弧垂。

优选的，在仿真模拟软件中建立输电线路杆塔雷击跳闸率模型、雷电流模型、输电线路模型、杆塔模型、接地电阻模型和绝缘子闪络模型，并将输电线路以及杆塔的相应数据信息输入上述模型中获得每基杆塔的绕击跳闸率及反击跳闸率，所述绕击跳闸率及反击跳闸率之和为雷击跳闸率X。

优选的，步骤S2中，根据各地区的雷暴日确定出各地区雷击跳闸率X的控制指标P，根据输电线路雷击跳闸率X与控制指标P之间的关系，将输电线路的风险等级划分为A、B、C、D四级，其中，A级范围为，X＜0.5P；B级范围为，0.5P≤X＜P；C级范围为，P≤X＜1.5P；D级范围为，X≥1.5P，判定雷击跳闸率X大于或等于控制指标P的风险等级为需要进行防雷改造的基杆塔。

优选的，步骤S3中，所述评价指标包括雷击跳闸率X的降低效果、工程费用、改造难易度、维护难易度以及运行寿命，所述建立基于组合赋权法的决策矩阵包括下列步骤：

S31、根据防雷措施建立因素论域U＝{u₁，u₂，…，u_n}；

S32、根据评价指标建立评语论域V＝{V₁，V₂，…，V_m}；

S33、根据因素论域U与评语论域V之间进行单因素评价，建立下列指标水平矩阵：

其中，i取1，2，3，…，m；j取1，2，3，…，n。

S34、将所述指标水平矩阵的特征值采用下式进行归一化处理：

r_ij＝x_ij/maxX_ij

r_ij＝maxX_ij/X_ij

S35、根据所述特征值归一化处理结果，获得下列归一化矩阵R：

优选的，步骤S4中，运用层次分析法确定所述评价指标的权重，并进行一致性检验的步骤为：

S41、建立判断矩阵，通过对指标的两两比较，对同一层次中各指标的相对重要性进行判断，列出判断矩阵如下：

V_i：V_j＝a_ij

A＝(a_ij)_n*m

式中，V_i为一个评价指标，V_j为另一个评价指标，a_ij为标度，判断标准为：当标度为1时，表示两指标具有同等重要性；当标度为3时，表示a_i比a_j稍微重要；当标度为5时，表示a_i比a_j明显重要；当标度为7时，表示a_i比a_j强烈重要；当标度为9时，表示a_i比a_j极端重要；

S42、计算判断矩阵A的最大特征根的特征向量，该向量即为权重向量w₁；

S43、对判断矩阵A进行一致性检验。

优选的，步骤S5中，所述运用熵权法确定各项指标的客观权重的步骤如下：

S51、计算第i个因素下第j个评价值的比重P_ij：

式中，r_ij为归一化矩阵的特征值，n为评价指标。

S52、计算第i个因素的熵值e_i：

S53、计算第i个因素的差异系数g_i：

g_i＝1-e_i

S54、定义权数w_ij：

式中，w_j就是熵权法确定的权重，即权重向量w₂。

优选的，运用组合赋权法确定各指标的组合权重，采用下式进行计算：

W＝α*w₁+β*w₂

式中，α为层次分析法的相对重要程度，β为熵权法的相对重要程度，最后算出各防雷措施的综合评价值E＝U*W，评价值越大，则代表该防雷措施的优先级高。

与现有技术相比，本发明达到的有益效果如下：

本发明提供的一种基于组合赋权法的输电线路防雷措施选择方法，基于每基杆塔的具体情况，采用组合赋权法对输电线路杆塔进行防雷措施优化选择，既考虑了客观因素，也结合了主观的经验和需求，能可靠的得出最优化的输电线路防雷措施。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种基于组合赋权法的输电线路防雷措施选择方法的流程图。

图2为本发明实施例提供的评价等级。

具体实施方式

为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，并结合附图对本发明做进一步的说明。

参见图1，一种基于组合赋权法的输电线路防雷措施选择方法，包括以下步骤：

S1：获取相应地区输电线路以及杆塔的相应数据信息，计算该地区输电线路每基杆塔的雷击跳闸率X；

S2：确定相应地区输电线路雷击跳闸率X的控制指标P，根据输电线路雷击跳闸率X与控制指标P之间的关系，划分输电线路的风险等级，并根据所述风险等级确定需要进行防雷改造的基杆塔；

S3：建立针对所述基杆塔的防雷措施优化选择综合分析模型，确定所述基杆塔防雷措施的评价指标，并对所述评价指标进行评分，并建立基于组合赋权法的决策矩阵；

S4：根据层次分析法确定所述评价指标的权重，并进行一致性检验；

S5：运用熵权法确定所述评价指标的熵权值，即为各指标的客观权重；

S6：运用组合赋权法确定各指标的组合权重，并通过计算得到最终的优选结果。

具体的，收集输电线路杆塔号、杆塔型号、杆塔经纬度、杆塔呼高、档距、地形、接地电阻、地闪密度及输电线路中各杆塔的结构图；收集输电线路的导线型号、导线半径、导线直流电阻、导线***数及导线间距；收集地线型号、地线半径、地线直流电阻、绝缘子串型号、长度、干弧距离的数据，根据上述数据建立雷击输电线路计算统计数据库；可根据杆塔结构图得到各杆塔的根开；根据杆塔的经纬度在Google地图上确定杆塔的左倾角、右倾角、海拔高度，并根据杆塔地理位置，确定杆塔所在地区的土质，并根据所确定的土质获取土壤电阻率；通过杆塔之间的档距，根据档端角度法分别算出杆塔的导线弧垂及地线弧垂。

根据上述数据在ATP—EMTP中建立输电线路杆塔雷击跳闸率模型，其中绕击跳闸率计算模型采用电气几何模型，反击跳闸率计算模型采用电磁暂态分析模型，雷电流模型采用双指数波拟合模型，输电线路模型采用Jmarti线路模型，杆塔模型采用多波阻抗模型，接地电阻模型采用冲击接地电阻模型，绝缘子闪络模型采用先导法模型，然后将所述雷击输电线路计算统计数据库内的数据输入ATP—EMTP所建立的上述模型中以后，可计算得到每基杆塔的绕击跳闸率及反击跳闸率。

以海南省儋州市110kV鹅八一线为例进行说明。

首先收集海南省儋州市110kV鹅八一线的数据资料，得到雷击输电线路计算统计数据库，将数据带入建立的输电线路雷击跳闸率计算模型得到110kV红乘线各杆塔的绕击和反击跳闸率。

根据得到的杆塔的绕击跳闸率及反击跳闸率，并根据《110(66)kV～500kV架空输电线路管理规范》第八十九条中规定：归算到40个雷暴日，110kV输电线路雷击跳闸率应不超过0.525次/百公里·年，220kV输电线路雷击跳闸率应不超过0.315次/百公里·年。参考上述标准，各地区均按照本地区的雷暴日确定出各地区雷击跳闸率的控制指标P，将输电线路闪络风险等级根据线路跳闸率与控制指标之间的关系分为A、B、C、D四级，A级为线路杆塔跳闸率达控制指标的0.5倍以下，B级为线路跳闸率达控制指标的0.5-1倍，C级为线路跳闸率达控制指标的1-1.5倍；D级为线路跳闸率达控制指标的1.5倍以上。将各杆塔进行输电线路闪络风险等级的划分，确定出输电线路闪络风险等级为C和D的杆塔确定为需要进行防雷改造的杆塔。跳闸率与风险等级的关系如表1所示：

表1

跳闸率X	X＜0.5P	0.5P≤X＜P	P≤X＜1.5P	X≥1.5P
					风险等级	A	B	C	D

根据《110(66)kV～500kV架空输电线路管理规范》得到儋州地区雷击跳闸率指标值为1.588次/百公里·年，从而选出需要改造的杆塔如表2所示，表2中总计算跳闸率为绕击跳闸率与反击跳闸率之和。

表2

杆塔编号	总跳闸率	杆塔编号	总跳闸率
				4	3.791861	82	4.3950519
5	2.646627	92	5.144301261
				8	3.960634	94	3.856849675
9	4.463779	96	2.049131071
				10	5.028104	98	2.075931893
18	4.187369	112	3.237186261
				30	3.963629	116	4.701417786
34	4.834635	118	4.992479493
				38	4.088855	120	4.586972769
40	3.570369	121	4.02927114
				41	5.137339	122	4.827404539
42	3.167002	124	3.541846518
				46	2.357284	126	3.721016855
47	2.686094	127	6.159973054
				49	4.023722	129	3.106130596
51	3.413102	134	2.366930143
				52	3.312272	135	2.833518571
54	3.111094	140	6.2369
				57	2.107174	142	3.404039166
61	2.424097	147	3.399106748
				63	2.61643	148	3.26593366
68	2.474414	149	4.909683961
				70	4.149648	155	4.266774303
76	4.746829	159	1.853232786
				80	3.592849

收集110kV鹅八一线往年的遭受雷击的数据得到：2010.5.10，＃54杆雷击；＃158杆引流线对横担放电；2010.7.8，P119杆AB相陶瓷绝缘子被击穿；2012.7.25，＃2转角杆B相引流烧断。所以所需改造的杆塔除了表3中所示的以外，还有＃2、＃119、＃158号杆塔。

具体的，在步骤S3中，所述评价指标包括雷击跳闸率X的降低效果、工程费用、改造难易度、维护难易度以及运行寿命，并将可以采用的防雷措施分别一一对应所述五个评价指标，所述评价指标为区间型指标。然后划分防雷措施对应评价指标的评价等级，评价等级分为5个级别，分别对应5个标准值，即低、较低、中等、较高、高，如图2所示，所述建立初始决策矩阵包括下列步骤：

S31、根据防雷措施建立因素论域U＝{u₁，u₂，…，u_n}；

S32、根据评价指标建立评语论域V＝{V₁，V₂，…，V_m}；

S33、根据因素论域U与评语论域V建立下列初始决策矩阵：

其中，i取1，2，3，…，m；j取1，2，3，…，n。

S34、将所述指标水平矩阵的特征值采用下式进行归一化处理：

r_ij＝x_ij/maxX_ij

r_ij＝maxX_ij/X_ij

S35、根据所述特征值归一化处理结果，获得下列归一化矩阵R：

以＃54号杆塔为例，各防雷措施相对于五个评价指标的评分结果如表3所示：

表3

将表3所述评分结果设为组合赋权法的决策矩阵。

具体的，在步骤S4中，运用层次分析法确定所述评价指标的权重，并进行一致性检验的步骤为：

S41、建立判断矩阵，通过对指标的两两比较，对同一层次中各指标的相对重要性进行判断，列出判断矩阵A如下：

V_i：V_j＝a_ij

A＝(a_ii)_n*m

代入数据可获得判断矩阵A：

式中，V_i为一个评价指标，V_j为另一个评价指标，a_ij为标度，判断标准为：当标度为1时，表示两指标具有同等重要性；当标度为3时，表示a_i比a_j稍微重要；当标度为5时，表示a_i比a_j明显重要；当标度为7时，表示a_i比a_j强烈重要；当标度为9时，表示a_i比a_j极端重要；

S42、计算判断矩阵A的最大特征根的特征向量，该向量即为权重向量w₁，计算获得：

w₁＝[0.4659 0.2009 0.1555 0.0598 0.1179]^T

S43、对判断矩阵A进行一致性检验，得到CI＝0.0503，CR＝0.0449，其中CR＜0.1，所以符合要求。

具体的，在步骤S5中，所述运用熵权法确定各项指标的客观权重的步骤如下：

S51、计算第i个因素下第j个评价值的比重P_ij：

式中，r_ij为归一化矩阵的特征值，n为评价指标。

S52、计算第i个因素的熵值e_i：

S53、计算第i个因素的差异系数g_i对于给定的e_i越大，因素评价值的差异性越小，则因素在综合评价中所起到额作用越小，因此，可定义差异系数g_i＝1-e_i，则当因素g_i越大时，因素越重要；

S54、定义权数w_ij：

式中，w_j就是熵权法确定的权重，即权重向量w₂，经计算可得：

w₂＝[0.4041 0.1214 0.2113 0.0784 0.1848]^T。

运用组合赋权法确定各指标的组合权重，采用下式进行计算：

W＝α*w₁+β*w₂

式中，α为层次分析法的相对重要程度，可取值0.5，β为熵权法的相对重要程度，可取值0.5，则可得到：

W＝[0.435 0.16115 0.1834 0.0691 0.15135]^T

最后算出各防雷措施的综合评价值：

E＝U*W＝[0.2240 0.1430 0.1760 0.1555 0.0691 0.15135]^T

评价值越大，则代表该防雷措施的优先级高，所以由计算结果可知，110kV鹅八一线#54杆塔的防雷措施优选顺序为：1.安装避雷器；2.架设耦合地线；3.加装保护间隙；4.加强绝缘水平；5.降低杆塔接地电阻；6.安装防雷侧针。对本线路其他需要改造的杆塔按照此步骤进行分析计算，即可得到整条线路的防雷改造措施。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种基于组合赋权法的输电线路防雷措施选择方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：获取相应地区输电线路以及杆塔的相应数据信息，计算该地区输电线路每基杆塔的雷击跳闸率X；

S2：确定相应地区输电线路雷击跳闸率X的控制指标P，根据输电线路雷击跳闸率X与控制指标P之间的关系，划分输电线路的风险等级，并根据所述风险等级确定需要进行防雷改造的基杆塔；

S3：建立针对所述基杆塔的防雷措施优化选择综合分析模型，确定所述基杆塔防雷措施的评价指标，并对所述评价指标进行评分，并建立基于组合赋权法的决策矩阵；

S4：根据层次分析法确定所述评价指标的权重，并进行一致性检验；

S5：运用熵权法确定所述评价指标的熵权值，即为各指标的客观权重；

S6：运用组合赋权法确定各指标的组合权重，并通过计算得到最终的优选结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于组合赋权法的输电线路防雷措施选择方法，其特征在于，步骤S1中，所述相应数据信息包括输电线路杆塔号、杆塔型号、杆塔经纬度、杆塔呼高、档距、地形、接地电阻、地闪密度及输电线路中各杆塔的结构图；包括输电线路的导线型号、导线半径、导线直流电阻、导线***数及导线间距；还包括输电线路地线型号、地线半径、地线直流电阻、绝缘子串型号、长度、干弧距离信息。

3.根据权利要求2所述的一种基于组合赋权法的输电线路防雷措施选择方法，其特征在于，根据所述各杆塔的结构图获得各杆塔的根开数据；根据所述杆塔经纬度确定每基杆塔的左倾角、右倾角、海拔高度以及杆塔的土壤电阻率；根据杆塔之间的档距算出每基杆塔的导线弧垂及地线弧垂。

4.根据权利要求3所述的一种基于组合赋权法的输电线路防雷措施选择方法，其特征在于，在仿真模拟软件中建立输电线路杆塔雷击跳闸率模型、雷电流模型、输电线路模型、杆塔模型、接地电阻模型和绝缘子闪络模型，并将输电线路以及杆塔的相应数据信息输入上述模型中获得每基杆塔的绕击跳闸率及反击跳闸率，所述绕击跳闸率及反击跳闸率之和为雷击跳闸率X。

5.根据权利要求4所述的一种基于组合赋权法的输电线路防雷措施选择方法，其特征在于，步骤S2中，根据各地区的雷暴日确定出各地区雷击跳闸率X的控制指标P，根据输电线路雷击跳闸率X与控制指标P之间的关系，将输电线路的风险等级划分为A、B、C、D四级，其中，A级范围为，X＜0.5P；B级范围为，0.5P≤X＜P；C级范围为，P≤X＜1.5P；D级范围为，X≥1.5P，判定雷击跳闸率X大于或等于控制指标P的风险等级为需要进行防雷改造的基杆塔。

6.根据权利要求5所述的一种基于组合赋权法的输电线路防雷措施选择方法，其特征在于，步骤S3中，所述评价指标包括雷击跳闸率X的降低效果、工程费用、改造难易度、维护难易度以及运行寿命，所述建立基于组合赋权法的决策矩阵包括下列步骤：

S31、根据防雷措施建立因素论域U＝{u₁，u₂，…，u_n}；

S32、根据评价指标建立评语论域V＝{V₁，V₂，…，V_m}；

S33、根据因素论域U与评语论域V之间进行单因素评价，建立下列指标水平矩阵：

其中，i取1，2，3，…，m；j取1，2，3，…，n。

S34、将所述指标水平矩阵的特征值采用下式进行归一化处理：

r_ij＝x_ij/maxX_ij

r_ij＝maxX_ij/X_ij

S35、根据所述特征值归一化处理结果，获得下列归一化矩阵R：

7.根据权利要求6所述的一种基于组合赋权法的输电线路防雷措施选择方法，其特征在于，步骤S4中，运用层次分析法确定所述评价指标的权重，并进行一致性检验的步骤为：

S41、建立判断矩阵，通过对指标的两两比较，对同一层次中各指标的相对重要性进行判断，列出判断矩阵如下：

V_i：V_j＝a_ij

A＝(a_ij)_n*m

式中，V_i为一个评价指标，V_j为另一个评价指标，a_ij为标度，判断标准为：当标度为1时，表示两指标具有同等重要性；当标度为3时，表示a_i比a_j稍微重要；当标度为5时，表示a_i比a_j明显重要；当标度为7时，表示a_i比a_j强烈重要；当标度为9时，表示a_i比a_j极端重要；

S42、计算判断矩阵A的最大特征根的特征向量，该向量即为权重向量w₁；

S43、对判断矩阵A进行一致性检验。

8.根据权利要求7所述的一种基于组合赋权法的输电线路防雷措施选择方法，其特征在于，步骤S5中，所述运用熵权法确定各项指标的客观权重的步骤如下：

S51、计算第i个因素下第j个评价值的比重P_ij：

式中，r_ij为归一化矩阵的特征值，n为评价指标。

S52、计算第i个因素的熵值e_i：

S53、计算第i个因素的差异系数g_i：

g_i＝1-e_i

S54、定义权数w_ij：

式中，w_j就是熵权法确定的权重，即权重向量w₂。

9.根据权利要求8所述的一种基于组合赋权法的输电线路防雷措施选择方法，其特征在于，运用组合赋权法确定各指标的组合权重，采用下式进行计算：

W＝α*w₁+β*w₂

式中，α为层次分析法的相对重要程度，β为熵权法的相对重要程度，最后算出各防雷措施的综合评价值E＝U*W，评价值越大，则代表该防雷措施的优先级高。