CN111639841B - 一种高压输电线路的雷击跳闸风险综合评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种高压输电线路的雷击跳闸风险综合评估方法。本发明根据待评估线路构建多节点电网模型，计算得到节点电压、功率；设置多种故障类型下重合闸动作情况状态数据，通过静态安全分析得到线路故障前后潮流之比，通过N‑1及N‑2故障暂态稳定校核得到故障平均稳定时间，引入线路传输功率及电价计算线路发生雷击跳闸故障后动态运行损失；根据跳闸系数、线路故障后的平均修复时间及成本计算线路的静态跳闸损失；根据动态运行损失与静态跳闸损失计算出线路故障后的综合损失，根据线路故障后的综合损失与该线路所在区域的总损失之比设置雷击跳闸风险综合评估等级对线路进行估。本发明可以通过此方法对高压输电线路进行全面的评估。

Description

一种高压输电线路的雷击跳闸风险综合评估方法

技术领域

本发明属于高压输电线路风险评估技术领域，尤其涉及一种高压输电线路的雷击跳闸风险综合评估方法。

背景技术

近年来，随着超、特高压线路、重要负荷供电线路、大型电源送出线路、跨区联网线路等重要输电线路的快速建设，以及土地资源紧缺导致可用的线路走廊日益减少，我国电网逐步形成了一些输送能力大、线路排列紧密的输电通道，这些输电通道已成为担负区域间电能输送的枢纽。我国大部分地区雷电活动频发，并且雷击是引起输电线路跳闸最主要的原因，约占40％-70％。因此，掌握重要输电通道雷电分布特征规律进行重要输电通道多线路雷击风险评估技术研究具有十分重要的意义。

目前的高压输电线路雷击跳闸风险评估方法大多是建立相应的模型和算法以输电线路雷击跳闸率为基础划分不同的等级对线路进行评估。常见的雷击定量计算模型有规程法、电气几何模型、先导发展模型、蒙特卡罗法、行波法以及它们的改进算法模型，目前的风险评估方法只涉及到静态防雷计算领域，未考虑线路受雷击影响后电网负荷运行方面的安全稳定水平，导致评估结果是静态计算方面的定值。随着智能电网的发展，输电线路静态风险评估已经不能完全满足电力***运维方面的需要。

据统计，电网目前由雷击引起的故障类型有单相永久性故障、两相永久性故障、相间故障以及三相永久性接地短路故障。重合闸成功率。华中区域2016-2019年间发生的95次雷击跳闸事故中，重合成功共87次，占比91.58％。重合失败会对线路送电以及电网稳定运行水平造成很大的影响，因此，动态潮流也是输电线路评估十分需要考虑的问题。

因此延伸现有高压输电线路的雷击跳闸风险评估方法的范围，根据电力***暂态稳定准则，引入以潮流计算为基础的电力***安全分析，得出线路故障前后潮流之比以及线路故障的平均稳定时间，结合线路传输功率和电价引入动态运行损失，与以雷击跳闸率为基础计算得到的静态跳闸损失结合起来，根据综合损失对输电线路雷击跳闸风险进行评估，有利于高压输电线路风险评估，并为提升电网安全稳定运行水平提供依据。

发明内容

本发明的目的是提供一种高压输电线路的雷击跳闸风险综合评估方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高压输电线路的雷击跳闸风险综合评估方法，包括以下步骤：

步骤1、选择电网区域内落雷频繁的线路，将落雷频繁的线路、以及与落雷频繁的线路同属于同一级别电网管辖区域的线路共同作为待评估线路，根据待评估线路构建多节点电网模型，设置多节点电网模型参数，通过电网潮流计算得到多节点电网模型中节点电压、节点功率，将多节点电网模型中节点电压与电压正常范围比较分析多节点电网模型运行是否正常；

步骤2、结合多节点电网模型，设置多种故障类型下重合闸动作情况状态数据，通过静态安全分析得到线路故障前后潮流之比，根据电力***暂态稳定准则设置稳定判据，结合稳定判据通过N-1故障暂态稳定校核计算单线路故障稳定时间，结合稳定判据通过N-2故障暂态稳定校核计算两线路故障稳定时间，进一步通过单线路故障稳定时间、两线路故障稳定时间得到故障平均稳定时间；

步骤3、结合线路故障前后潮流之比、故障平均稳定时间，引入线路传输功率及电价，计算线路发生雷击跳闸故障后动态运行损失；

步骤4、根据跳闸系数、结合线路故障后的平均修复时间、平均修复成本计算线路发生雷击跳闸故障后静态跳闸损失；

步骤5、根据发生雷击跳闸故障后动态运行损失、发生雷击跳闸故障后静态跳闸损失计算出线路故障后的综合损失，根据线路故障后的综合损失与该线路所在区域的总损失之比设置雷击跳闸风险综合评估等级对线路进行评估。

作为优选，步骤1所述待评估线路数量为N；

步骤1所述多节点电网模型中节点数量为Z；

步骤1所述多节点电网模型中节点电压与电压正常范围比较分析为：

所述电压正常范围为[V_min,V_max]，依次判断V₁,V₂,...V_N是否属于[V_min,V_max]，分析多节点电网模型运行是否正常；

作为优选，步骤2所述多种故障类型下重合闸动作情况状态数据为：

Data_i,j

i∈[1,4]，j∈[1,K]

其中，Data_i,j为第i种故障类型下第j种重合闸动作情况状态数据，4为故障类型的数量，故障类型依次为单相永久性故障、两相永久性故障、相间故障、三相永久性接地短路故障，K为每种故障类型下动作情况状态的数量；

Data_i,j由第i种故障类型下第j种重合闸动作情况状态下的故障位置、本侧保护跳开时间、本侧重合闸成功时间、对侧保护跳开时间、对侧重合闸成功时间构成；

步骤2所述通过静态安全分析得到线路故障前后潮流之比具体为：

通过Data_i,j在多节点电网模型中设置故障，判断多节点电网模型中各线路N-1停运后，断面潮流是否越限、线路是否存在过载问题以及线路能否满足安全送电要求；

所述断面潮流定义为P，潮流正常范围为[P_min,P_max]，在多节点电网模型中搜索各省间相关断面，并判断各省间相关断面各线路N-1停运后，若P不属于[P_min,P_max]，表示断面潮流越限，相应的线路存在过载问题，不能满足安全送电要求；

并引入故障前后潮流之比作为比例系数来描述多节点电网模型中线路，具体为：

μ_n＝wx_n/wy_n

其中，wx_n、wy_n分别为多节点电网模型中第n条线路故障前、后潮流，n∈[1,N]；

步骤2所述根据电力***暂态稳定准则设置稳定判据，具体为：

所述稳定判据为：

多节点电网模型中百万千瓦机组电压振荡趋势为减幅振荡且趋于稳态；

多节点电网模型中百万千瓦机组功角振荡趋势为减幅振荡且趋于稳态；

多节点电网模型中百万千瓦机组有功出力振荡趋势为减幅振荡且趋于稳态；

多节点电网模型中百万千瓦机组相角振荡趋势为减幅振荡且趋于稳态；

多节点电网模型各线路上电压频率偏差振荡趋势为减幅振荡且趋于稳态；

多节点电网模型各线路上传输有功振荡趋势为减幅振荡且趋于稳态；

所述趋势为减幅振荡且趋于稳态的定义为：多个时刻采样的幅度为幅值不断减小的正弦函数，且本时刻采样点的数值与上一时刻采样点的数值偏差率小于一定阈值；

步骤2所述结合稳定判据通过N-1故障暂态稳定校核计算单线路故障稳定时间为：

通过Data_i,j在多节点电网模型中设置N-1故障，结合稳定判据计算所述单线路故障稳定时间为：

将根据所述稳定判据N-1故障下，得到的百万千瓦机组电压趋于稳态的时刻、百万千瓦机组功角趋于稳态的时刻、百万千瓦机组有功出力趋于稳态的时刻、百万千瓦机组相角趋于稳态的时刻、各线路上电压频率趋于稳态的时刻、各线路上传输有功趋于稳态的时刻计算平均值得到所述单线路故障稳定时间即：

其中，tA_n,i,j表示第i种故障类型下第j种重合闸动作情况状态下的单线路故障稳定时间，i∈[1,4]，j∈[1,K]，其中，4为故障类型的数量，故障类型依次为单相永久性故障、两相永久性故障、相间故障、三相永久性接地短路故障，K为每种故障类型下动作情况状态的数量；

步骤2所述结合稳定判据通过N-2故障暂态稳定校核计算两线路故障稳定时间为：

通过Data_i,j在多节点电网模型中设置N-2故障，结合稳定判据计算所述两线路故障稳定时间为：

将根据所述稳定判据N-2故障下，得到的百万千瓦机组电压趋于稳态的时刻、百万千瓦机组功角趋于稳态的时刻、百万千瓦机组有功出力趋于稳态的时刻、百万千瓦机组相角趋于稳态的时刻、各线路上电压频率趋于稳态的时刻、各线路上传输有功趋于稳态的时刻计算平均值得到所述单线路故障稳定时间即：

其中，tB_n,i,j表示第i种故障类型下第j种重合闸动作情况状态下的两线路故障稳定时间，i∈[1,4]，j∈[1,K]，其中，4为故障类型的数量，故障类型依次为单相永久性故障、两相永久性故障、相间故障、三相永久性接地短路故障，K为每种故障类型下动作情况状态的数量；

多节点电网模型中第n条线路的故障平均稳定时间为：

t_n＝(tA_n+tB_n)/2

n∈[1,N]

其中，N为多节点电网模型中线路的数量。

作为优选，步骤3所述计算线路发生雷击跳闸故障后动态运行损失为：

G_rn＝μ_n*|P_n|*r_e*t_n

其中，μ_n表示多节点电网模型中第n条线路故障前后的潮流之比，t_n表示多节点电网模型中第n条线路的故障平均稳定时间，|P_n|表示多节点电网模型中第n条线路的线路传输功率，r_e表示电价；

作为优选，步骤4所述计算多节点电网模型中第n条线路的发生雷击跳闸故障后静态跳闸损失为：

G_sn＝β_n*t2_n*A

其中，β_n表示多节点电网模型中第n条线路的跳闸系数，t_2n表示多节点电网模型中第n条线路故障后的平均修复时间，A表示线路平均修复成本；

作为优选，步骤5所述计算出多节点电网模型中第n条线路的故障后的综合损失为：

G_n＝G_rn+G_sn

步骤5所述设置雷击跳闸风险综合评估等级系数为：

γ＝G_n/G

其中，G_n为多节点电网模型中第n条线路的故障后的综合损失，G为多节点电网模型中N条线路故障后的综合损失之和，γ为评估等级系数，γ∈[0,20％]则为等级A，γ∈[20％,40％]则为等级B，、γ∈[40％,60％]则为等级C，γ∈[60％,80％]则为等级D，γ∈[80,100％]则为等级E。

本发明的有益效果：

设置的不同的故障类型及不同的重合闸动作情况，根据电力***暂态稳定准则对高压输电线路进行电力***安全分析，并以此为基础进行高压输电线路的动态评估。

在现有高压输电线路雷击跳闸静态风险评估的基础上引入基于潮流计算的电力***安全分析方法对高压输电线路进行综合评估，可以通过此方法对高压输电线路进行运行方面的评估，结合以雷击跳闸率为基础的静态评估，可以更加全面的对线路雷击跳闸风险进行判断，同时为电网运维人员提供理论参考。

本方法适用于所有高压输电线路。

附图说明

图1：是本发明方法流程图；

图2：是本发明实施例单线路故障后有功功率变化图；

图3：是本发明实施例双线路故障后有功功率变化图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本实施例提供一种高压输电线路的雷击跳闸风险综合评估方法，在现有静态防雷计算以及在此基础上进行的雷击跳闸风险评估的基础上，引入潮流计算及电力***安全分析对对高压输电线路进行动态评估。选择待评估线路，计算电力***各部分稳定运行状态参数；以潮流计算为基础对电力***进行电力***安全分析，通过故障前后潮流之比引入比例系数来描述待评估线路；根据相应的电力***安全分析结果，得出线路故障平均稳定时间，引入线路传输功率和电价计算出动态运行损失；根据以线路雷击跳闸率为基础的跳闸系数、线路平均修复时间以及成本计算出静态跳闸损失；线路故障后的综合损失为动态运行损失与静态跳闸损失之和，根据单条线路发生故障后的综合损失与该线路所在区域的总损失之比设置雷击跳闸风险动态评估等级进行综合评估。本实施例方法对高压输电线路雷击跳闸风险评估方法进行了有力的补充，为电网运维人员提供理论参考。

本实施例是通过以下述技术方案来实现的，如图1所示，一种高压输电线路的雷击跳闸风险综合评估方法。

本发明第一实施例为：

步骤1、选择电网区域内落雷频繁的线路，将落雷频繁的线路、以及与落雷频繁的线路同属于同一级别电网管辖区域的线路共同作为待评估线路，根据待评估线路构建多节点电网模型，通过电网潮流计算得到多节点电网模型中节点电压、节点功率，将多节点电网模型中节点电压与电压正常范围比较分析多节点电网模型运行是否正常；

步骤1所述待评估线路数量为9，依次编号为线路一～线路九；

步骤1所述多节点电网模型中节点电压均在电压正常范围内，多节点电网模型运行正常。

步骤2、结合多节点电网模型，设置多种故障类型下重合闸动作情况状态数据，通过静态安全分析得到线路故障前后潮流之比，根据电力***暂态稳定准则设置稳定判据，结合稳定判据通过N-1故障暂态稳定校核计算单线路故障稳定时间，结合稳定判据通过N-2故障暂态稳定校核计算两线路故障稳定时间，进一步通过单线路故障稳定时间、两线路故障稳定时间得到故障平均稳定时间；

步骤2所述多种故障类型下重合闸动作情况状态数据为：

Data_i,j

i∈[1,4]，j∈[1,K]

其中，Data_i,j为第i种故障类型下第j种重合闸动作情况状态数据，4为故障类型的数量，故障类型依次为单相永久性故障、两相永久性故障、相间故障、三相永久性接地短路故障，K为每种故障类型下动作情况状态的数量；

Data_i,j由第i种故障类型下第j种重合闸动作情况状态下的故障位置、本侧保护跳开时间、本侧重合闸成功时间、对侧保护跳开时间、对侧重合闸成功时间构成；

步骤2所述选择故障类型i为单相永久性故障及三相永久性接地短路故障，第j种重合闸动作情况为1s时刻线路发生故障，故障发生在线路2％处，1.09s本侧保护跳开，1.89s本侧重合闸成功，1.1s对侧保护跳开，1.9s对侧重合闸成功；

步骤2所述通过静态安全分析得到线路故障前后潮流之比具体为：

通过Data_1,j及Data_4,j在多节点电网模型中设置故障，判断多节点电网模型中各线路N-1停运后，断面潮流是否越限、线路是否存在过载问题以及线路能否满足安全送电要求；

所述断面潮流定义为P，潮流正常范围为[P_min,P_max]，在多节点电网模型中搜索各省间相关断面，并判断各省间相关断面各线路N-1停运后，若P不属于[P_min,P_max]，表示断面潮流越限，相应的线路存在过载问题，不能满足安全送电要求；

分别对线路一～线路九进行N-1停运考察，发现线路六、七进行N-1停运后，相应的线路七、六所在的断面潮流不在潮流正常范围内，存在过载问题；

并引入故障前后潮流之比作为比例系数来描述多节点电网模型中线路，具体为：

μ_n＝wx_n/wy_n

其中，wxn、wyn分别为多节点电网模型中第n条线路故障前、后潮流，n∈[1,9]；

步骤2所述根据电力***暂态稳定准则设置稳定判据，具体为：

所述稳定判据为：

多节点电网模型中百万千瓦机组电压振荡趋势为减幅振荡且趋于稳态；

多节点电网模型中百万千瓦机组功角振荡趋势为减幅振荡且趋于稳态；

多节点电网模型中百万千瓦机组有功出力振荡趋势为减幅振荡且趋于稳态；

多节点电网模型中百万千瓦机组相角振荡趋势为减幅振荡且趋于稳态；

多节点电网模型各线路上电压频率偏差振荡趋势为减幅振荡且趋于稳态；

多节点电网模型各线路上传输有功振荡趋势为减幅振荡且趋于稳态；

所述趋势为减幅振荡且趋于稳态的定义为：多个时刻采样的幅度为幅值不断减小的正弦函数，且本时刻采样点的数值与上一时刻采样点的数值偏差率小于一定阈值；

步骤2所述结合稳定判据通过N-1故障暂态稳定校核计算单线路故障稳定时间为：

通过Data_1,j及Data_4,j在多节点电网模型中设置N-1故障，结合稳定判据计算所述单线路故障稳定时间为：

将根据所述稳定判据N-1故障下，得到的百万千瓦机组电压趋于稳态的时刻、百万千瓦机组功角趋于稳态的时刻、百万千瓦机组有功出力趋于稳态的时刻、百万千瓦机组相角趋于稳态的时刻、各线路上电压频率趋于稳态的时刻、各线路上传输有功趋于稳态的时刻计算平均值得到所述单线路故障稳定时间即：

tA_n＝tA_n,1,j+tA_n,4,j

其中，tA_n,1,j表示单相永久性故障类型下第j种重合闸动作情况状态下的单线路故障稳定时间，tA_n,4,j表示三相永久性接地短路故障下第j种重合闸动作情况状态下的单线路故障稳定时间，第j种重合闸动作情况为1s时刻线路发生故障，故障发生在线路2％处，1.09s本侧保护跳开，1.89s本侧重合闸成功，1.1s对侧保护跳开，1.9s对侧重合闸成功；

步骤2所述结合稳定判据通过N-2故障暂态稳定校核计算两线路故障稳定时间为：

通过Data_1,j及Data_4,j在多节点电网模型中设置N-2故障，结合稳定判据计算所述两线路故障稳定时间为：

将根据所述稳定判据N-2故障下，得到的百万千瓦机组电压趋于稳态的时刻、百万千瓦机组功角趋于稳态的时刻、百万千瓦机组有功出力趋于稳态的时刻、百万千瓦机组相角趋于稳态的时刻、各线路上电压频率趋于稳态的时刻、各线路上传输有功趋于稳态的时刻计算平均值得到所述单线路故障稳定时间即：

tB_n＝tB_n,1,j+tB_n,4,j

其中，tB_n,1,j表示单相永久性故障下第j种重合闸动作情况状态下的两线路故障稳定时间，tB_n,4,j表示三相永久性接地短路故障下第j种重合闸动作情况状态下的两线路故障稳定时间，第j种重合闸动作情况为1s时刻线路发生故障，故障发生在线路2％处，1.09s本侧保护跳开，1.89s本侧重合闸成功，1.1s对侧保护跳开，1.9s对侧重合闸成功；

多节点电网模型中第n条线路的故障平均稳定时间为：

t_n＝(tA_n+tB_n)/2

步骤3、结合线路故障前后潮流之比、故障平均稳定时间，引入线路传输功率及电价，计算第n条待评估线路发生雷击跳闸故障后动态运行损失；

步骤3所述计算出第n条待评估线路发生雷击跳闸故障后动态运行损失为：

G_rn＝μ_n*|P_n|*r_e*t_n

其中，μ_n表示多节点电网模型中第n条线路的动态运行损失比例系数，t_n表示多节点电网模型中第n条线路的故障平均稳定时间，|P_n|表示多节点电网模型中第n条线路的线路传输功率，r_e表示电价；

步骤4、根据跳闸系数、结合线路故障后的平均修复时间、平均修复成本计算线路发生雷击跳闸故障后静态跳闸损失；

步骤4所述计算多节点电网模型中第n条线路的发生雷击跳闸故障后静态跳闸损失为：

G_sn＝β_n*t_2n*A

其中，β_n表示多节点电网模型中第n条线路的跳闸系数，t_2n表示多节点电网模型中第n条线路故障后的平均修复时间，A表示线路平均修复成本；

步骤5、根据发生雷击跳闸故障后动态运行损失、发生雷击跳闸故障后静态跳闸损失计算出线路故障后的综合损失，根据线路故障后的综合损失与该线路所在区域的总损失之比设置雷击跳闸风险综合评估等级对线路进行评估。

步骤5所述计算出多节点电网模型中第n条线路的故障后的综合损失为：

G_n＝G_rn+G_sn

步骤5所述设置雷击跳闸风险综合评估等级系数为：

γ＝G_n/G

其中，G_n为多节点电网模型中第n条线路的故障后的综合损失，G为多节点电网模型中N条线路故障后的综合损失之和，γ为评估等级系数，γ∈[0,20％]则为等级A，γ∈[20％,40％]则为等级B，、γ∈[40％,60％]则为等级C，γ∈[60％,80％]则为等级D，γ∈[80,100％]则为等级E。

本发明第二实施例，包括以下步骤：

S1，模型试验步骤：选择待评估线路及与其电气区域有联系的相关线路为研究对象，构建多节点电网模型，并统计***中变压器、发电机、负荷、交流线、母线及节点的相关数据；

S2，仿真计算步骤：根据S1中统计的相关数据选择牛顿-拉夫逊法进行潮流计算，得到***正常运行方式下相应的节点电压和功率分布，来判断***中各项数据是否符合要求以及***中相关配置是否合理；根据计算所得节点电压、节点功率，通过设置不同的故障类型以及不同的重合闸动作情况，对多节点电网模型进行静态安全分析得到线路故障前后的潮流之比，对多节点电网模型进行N-1故障暂态稳定校核以及N-2严重故障暂态稳定校核分析得到不同情况下的电力***安全分析结果，如图2、图3所示；

S3，根据S2计算所得不同情况下的电力***安全分析结果，得出线路故障的平均稳定时间，即所选区域电网百万千瓦机组间相角、电压、功角、频率偏差以及故障线路及非故障线路上传输的有功功率振荡的平均稳定时间。结合S2中静态安全分析确定的线路故障前后潮流之比，引入线路传输功率及电价，计算出发生雷击跳闸故障后动态运行损失；

S4，计算出线路平均雷击跳闸率并以此为基础引入跳闸系数，结合线路平均修复时间以及平均修复成本计算出静态跳闸损失；

S5，线路故障后的综合损失为动态运行损失与静态跳闸损失之和，根据单条线路发生故障后的综合损失与该线路所在区域的总损失之比设置雷击跳闸风险综合评估等级，对线路进行评估。

并且，步骤S2进行相关电力***安全分析的具体操作方法如下：

S2.1，设置不同的故障类型：单相永久性故障、两相永久性故障、相间故障以及三相永久性接地短路故障；

S2.2，设置不同的重合闸动作情况：故障位置、本侧保护跳开时间、本侧重合闸成功时间、对侧保护跳开时间、对侧重合闸成功时间等；

S2.3，对所选输电线路及相关***进行静态安全分析，判断所选区域各省间相关断面各线路N-1停运后，断面潮流是否越限、线路是否存在过载问题以及线路能否满足安全送电要求，得到线路故障前后潮流之比；

S2.4，根据电力***暂态稳定准则设置稳定判据：所选区域电网百万千瓦机组电压和功角的振荡趋势为减幅振荡；所选区域电网百万千瓦机组有功出力和相角的振荡趋势为减幅振荡，频率偏差振荡趋势为减幅振荡且最终为零；故障线路及非故障线路上传输的有功功率振荡趋势为减幅振荡。

S2.5，对所选输电线路及相关***进行N-1故障暂态稳定校核，根据S2.1及S2.2中设置的不同的故障类型及不同的重合闸动作情况，选择不同的线路进行研究，判断该线路发生故障后是否会对***的稳定性产生影响；

S2.6，在S2.4的基础上对所选输电线路及相关***进行N-2严重故障暂态稳定校核，相关过程同S2.4类似。

本发明第三实施例为一种高压输电线路的雷击跳闸风险综合评估方法，包括以下步骤：

步骤1：选择待评估线路及与其电气区域有联系的相关线路为研究对象，构建多节点电网模型，统计***中变压器、发电机、负荷、交流线、母线及节点的相关数据进行潮流计算，得到***正常运行方式下相应的节点电压和功率分布，来判断***中各项数据是否符合要求以及***中相关配置是否合理。

步骤2：根据步骤一计算所得电力***各部分稳定运行状态参数，通过设置不同的故障类型以及不同的重合闸动作情况，对电力***进行静态安全分析、N-1故障暂态稳定校核以及N-2严重故障暂态稳定校核分析。

步骤3：根据步骤二计算所得不同情况下的电力***安全分析结果，得出线路故障的平均稳定时间，即所选区域电网百万千瓦机组间相角、电压、功角、频率偏差以及故障线路及非故障线路传输的有功功率的平均稳定时间，结合线路故障前后潮流之比，引入线路传输功率及电价，计算出发生雷击跳闸故障后动态运行损失。

步骤4：计算出线路平均雷击跳闸率并以此为基础引入跳闸系数，结合线路平均修复时间以及平均修复成本计算出静态跳闸损失。

步骤5：根据步骤3中的动态运行损失及步骤4中的静态跳闸损失计算出线路故障后的综合损失，根据单条线路发生故障后的综合损失与该线路所在区域的总损失之比设置雷击跳闸风险动态评估等级，对线路进行评估。

下面针对所选待评估线路进行潮流计算，得到的潮流计算结果见表1。

表1 2017年所选区域电网省间500kV联络线潮流计算结果

由表1可知，所选区域电网主要500kV断面潮流均不超过其热稳极限，满足电网运行要求。

以所选区域电网重要500kV断面为研究对象，进行静态安全分析，开断一回线路后考察该线路是否超过其热稳极限值，节选500kV A省—C省断面静态安全分析结果见表2。

表2 2017年A省—C省断面N-1潮流计算结果(单位：MW)

由表2可知，在对A省—C省进行各线路N-1停运后，线路四和线路五断面潮流均不越限，线路无过载问题，能满足安全送电要求；然而在对A省—C省断面的线路六和线路七分别进行N-1停运考察后，相应线路七和线路六分均出现过载问题。

在线路一故障下，分别对A省—B省的线路二及线路三进行“N-1”故障暂态稳定计算，校核***在故障情况下的暂态稳定性。故障设置为线路一线路1s时刻三相永久性接地短路故障，故障发生在线路2％处，1.09s本侧保护跳开，1.89s本侧重合闸成功，1.1s对侧保护跳开，1.9s对侧重合闸成功。节选线路一故障后线路一、线路二及线路三的有功功率变化图见图2。

在线路一和线路二故障下，分别对A省—B省的线路二及线路三进行“N-2”故障暂态稳定计算，校核***在故障情况下的暂态稳定性。故障设置为线路一和线路二1s时刻三相永久性接地短路故障，故障发生在线路2％处，1.09s本侧保护跳开，1.89s本侧重合闸成功，1.1s对侧保护跳开，1.9s对侧重合闸成功。节选线路一和线路二故障后A省—B省重要500kV断面有功功率变化图见图3。

根据各条线路在不同故障条件下的华中电网百万千瓦机组间相角、电压、功角、频率偏差以及故障线路及非故障线路上传输的有功功率振荡的变化图确定它们的稳定时间，即判断***是否失稳的时间，选取A省—C省区域四条线路由电力***安全分析结果在得到的不同故障条件下各参数稳定的时间见表3。

表3各条线路在不同故障条件下各参数稳定的时间

线路传输功率P见表1中线路潮流，电价r_e取0.573元/千瓦时，由表3中各条线路在不同故障条件下各参数稳定的时间可以计算出线路故障的平均稳定时间t，以线路为例，线路四所有故障条件下(包括线路四单相接地短路故障、线路四三相永久性接地短路故障、线路四线路五故障以及线路四线路七故障)的各参数稳定时间的平均值即为线路四故障时的t。引入动态运行损失G_r，对静态安全分析结果得到的重点关注线路引入比例系数μ来描述。

G_r＝μ×|P|×r_e×t

动态运行损失结果见表4。

表4 A省—C省间联络线动态运行损失

对A省—C省四条省间联络线进行静态防雷计算，计算出四条线路2017年的年平均雷击跳闸率见表5。

表5 A省—C省间联络线2017年年平均雷击跳闸率(单位：次/(100km·年))

引入静态跳闸损失G_s，跳闸系数为β，故障修复时间为t₂，故障修复成本为A，则

G_s＝β×t₂×A

据统计，线路四-线路七所在区域的线路故障修复时间t₂约为44.33h，根据现有的线路全寿命周期评估设置故障修复成本为1000元/小时。计算出四条线路2017年的静态跳闸损失及综合损失见表6。

表6 A省—C省间联络线2017年静态跳闸损失及综合损失

根据该线路故障引起综合损失占所选区域所有雷击故障跳闸引起的总损失比例划分高压输电线路雷击跳闸动态风险评估等级。其中0～20％、20％～40％、40％～60％、60％～80％、80～100％分别为A、B、C、D、E五个等级，结果见表7。

表7线路雷击跳闸动态风险评估等级表

由表7可得线路四、线路五和线路七的风险评估等级较高，其中线路五接近C级，需要对线路五的防雷措施及运维有所调整。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可对所描述的具体实施例做修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (6)

1.一种高压输电线路的雷击跳闸风险综合评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：选择电网区域内落雷频繁的线路，将落雷频繁的线路、以及与落雷频繁的线路同属于同一级别电网管辖区域的线路共同作为待评估线路，根据待评估线路构建多节点电网模型，设置多节点电网模型参数，通过电网潮流计算得到多节点电网模型中节点电压、节点功率，将多节点电网模型中节点电压与电压正常范围比较分析多节点电网模型运行是否正常；

步骤2：结合多节点电网模型，设置多种故障类型下重合闸动作情况状态数据，通过静态安全分析得到线路故障前后潮流之比，根据电力***暂态稳定准则设置稳定判据，结合稳定判据通过N-1故障暂态稳定校核计算单线路故障稳定时间，结合稳定判据通过N-2故障暂态稳定校核计算两线路故障稳定时间，进一步通过单线路故障稳定时间、两线路故障稳定时间得到故障平均稳定时间；

步骤3：结合线路故障前后潮流之比、故障平均稳定时间，引入线路传输功率及电价，计算线路发生雷击跳闸故障后动态运行损失；

步骤4：根据跳闸系数、结合线路故障后的平均修复时间、平均修复成本计算线路发生雷击跳闸故障后静态跳闸损失；

步骤5：根据发生雷击跳闸故障后动态运行损失、发生雷击跳闸故障后静态跳闸损失计算出线路故障后的综合损失，根据线路故障后的综合损失与该线路所在区域的总损失之比设置雷击跳闸风险综合评估等级对线路进行评估。

2.根据权利要求1所述的高压输电线路的雷击跳闸风险综合评估方法，其特征在于：步骤1所述待评估线路数量为N；

步骤1所述多节点电网模型中节点数量为Z；

步骤1所述多节点电网模型中节点电压与电压正常范围比较分析为：

所述电压正常范围为[V_min,V_max]，依次判断V₁,V₂,...V_N是否属于[V_min,V_max]，分析多节点电网模型运行是否正常。

3.根据权利要求1所述的高压输电线路的雷击跳闸风险综合评估方法，其特征在于：步骤2所述多种故障类型下重合闸动作情况状态数据为：

Data_i,j

i∈[1,4]，j∈[1,K]

其中，Data_i,j为第i种故障类型下第j种重合闸动作情况状态数据，4为故障类型的数量，故障类型依次为单相永久性故障、两相永久性故障、相间故障、三相永久性接地短路故障，K为每种故障类型下动作情况状态的数量；

Data_i,j由第i种故障类型下第j种重合闸动作情况状态下的故障位置、本侧保护跳开时间、本侧重合闸成功时间、对侧保护跳开时间、对侧重合闸成功时间构成；

步骤2所述通过静态安全分析得到线路故障前后潮流之比具体为：

通过Data_i,j在多节点电网模型中设置故障，判断多节点电网模型中各线路N-1停运后，断面潮流是否越限、线路是否存在过载问题以及线路能否满足安全送电要求；

所述断面潮流定义为P，潮流正常范围为[P_min,P_max]，在多节点电网模型中搜索各省间相关断面，并判断各省间相关断面各线路N-1停运后，若P不属于[P_min,P_max]，表示断面潮流越限，相应的线路存在过载问题，不能满足安全送电要求；

并引入故障前后潮流之比作为比例系数来描述多节点电网模型中线路，具体为：

μ_n＝wx_n/wy_n

其中，wx_n、wy_n分别为多节点电网模型中第n条线路故障前、后潮流，n∈[1,N]；

步骤2所述根据电力***暂态稳定准则设置稳定判据，具体为：

所述稳定判据为：

多节点电网模型中百万千瓦机组电压振荡趋势为减幅振荡且趋于稳态；

多节点电网模型中百万千瓦机组功角振荡趋势为减幅振荡且趋于稳态；

多节点电网模型中百万千瓦机组有功出力振荡趋势为减幅振荡且趋于稳态；

多节点电网模型中百万千瓦机组相角振荡趋势为减幅振荡且趋于稳态；

多节点电网模型各线路上电压频率偏差振荡趋势为减幅振荡且趋于稳态；

多节点电网模型各线路上传输有功振荡趋势为减幅振荡且趋于稳态；

所述趋势为减幅振荡且趋于稳态的定义为：多个时刻采样的幅度为幅值不断减小的正弦函数，且本时刻采样点的数值与上一时刻采样点的数值偏差率小于一定阈值；

步骤2所述结合稳定判据通过N-1故障暂态稳定校核计算单线路故障稳定时间为：

通过Data_i,j在多节点电网模型中设置N-1故障，结合稳定判据计算所述单线路故障稳定时间为：

将根据所述稳定判据N-1故障下，得到的百万千瓦机组电压趋于稳态的时刻、百万千瓦机组功角趋于稳态的时刻、百万千瓦机组有功出力趋于稳态的时刻、百万千瓦机组相角趋于稳态的时刻、各线路上电压频率趋于稳态的时刻、各线路上传输有功趋于稳态的时刻计算平均值得到所述单线路故障稳定时间即：

其中，tA_n,i,j表示第i种故障类型下第j种重合闸动作情况状态下的单线路故障稳定时间，i∈[1,4]，j∈[1,K]，其中，4为故障类型的数量，故障类型依次为单相永久性故障、两相永久性故障、相间故障、三相永久性接地短路故障，K为每种故障类型下动作情况状态的数量；

步骤2所述结合稳定判据通过N-2故障暂态稳定校核计算两线路故障稳定时间为：

通过Data_i,j在多节点电网模型中设置N-2故障，结合稳定判据计算所述两线路故障稳定时间为：

将根据所述稳定判据N-2故障下，得到的百万千瓦机组电压趋于稳态的时刻、百万千瓦机组功角趋于稳态的时刻、百万千瓦机组有功出力趋于稳态的时刻、百万千瓦机组相角趋于稳态的时刻、各线路上电压频率趋于稳态的时刻、各线路上传输有功趋于稳态的时刻计算平均值得到所述单线路故障稳定时间即：

其中，tB_n,i,j表示第i种故障类型下第j种重合闸动作情况状态下的两线路故障稳定时间，i∈[1,4]，j∈[1,K]，其中，4为故障类型的数量，故障类型依次为单相永久性故障、两相永久性故障、相间故障、三相永久性接地短路故障，K为每种故障类型下动作情况状态的数量；

多节点电网模型中第n条线路的故障平均稳定时间为：

t_n＝(tA_n+tB_n)/2

n∈[1,N]

其中，N为多节点电网模型中线路的数量。

4.根据权利要求1所述的高压输电线路的雷击跳闸风险综合评估方法，其特征在于：

步骤3所述计算线路发生雷击跳闸故障后动态运行损失为：

G_rn＝μ_n*|P_n|*r_e*t_n

其中，μ_n表示多节点电网模型中第n条线路故障前后的潮流之比，t_n表示多节点电网模型中第n条线路的故障平均稳定时间，|P_n|表示多节点电网模型中第n条线路的线路传输功率，r_e表示电价。

5.根据权利要求1所述的高压输电线路的雷击跳闸风险综合评估方法，其特征在于：

步骤4所述计算多节点电网模型中第n条线路的发生雷击跳闸故障后静态跳闸损失为：

G_sn＝β_n*t_2n*A

其中，β_n表示多节点电网模型中第n条线路的跳闸系数，t_2n表示多节点电网模型中第n条线路故障后的平均修复时间，A表示线路平均修复成本。

6.根据权利要求1所述的高压输电线路的雷击跳闸风险综合评估方法，其特征在于：

步骤5所述计算出多节点电网模型中第n条线路的故障后的综合损失为：

G_n＝G_rn+G_sn

步骤5所述设置雷击跳闸风险综合评估等级系数为：

γ＝G_n/G

其中，G_n为多节点电网模型中第n条线路的故障后的综合损失，G为多节点电网模型中N条线路故障后的综合损失之和，γ为评估等级系数，γ∈[0,20％]则为等级A，γ∈[20％,40％]则为等级B，、γ∈[40％,60％]则为等级C，γ∈[60％,80％]则为等级D，γ∈[80,100％]则为等级E。

Images