一种评估输电线路山火故障跳闸概率的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种评估输电线路山火故障跳闸概率的方法，属输电线路在线监测和 故障风险评估技术领域。
【背景技术】
[0002] 途经山岭地带的输电线路极易受到山火等自然灾害的威胁。山火发生时的造成输 电线路故障跳闸的原因主要是火焰温度、火焰导电率以及灰烬和烟雾导致间隙绝缘水平下 降，发生气隙击穿闪络。近年来，输电走廊发生山火造成的输电线路故障停运事件有逐年增 多的趋势。建立评估输电线路山火故障跳闸概率的评估方法对降低山火灾害的损失具有重 要意义。
[0003] 目前，输电线路的山火故障研究主要是预报未来的山火等级，或者用设备监测或 人工巡线的方法找寻是否有山火发生，确定火源点附近的输电线路，并通知调度部门决策 是否采取停电停运等措施避免线路跳闸故障。具体包括如下几个方面：
[0004] (1)监测山火是否发生并发出预警的技术。通过大范围的卫星遥感技术或者小范 围安装的传感器、摄像机等元件监测山火是否发生，并向运行管理人员发出预警信号。该方 法的基本思路是在山火发生后提醒运行人员做出预防或减小电网停电损失的措施。
[0005] (2)监测山地输电走廊的气象条件预测可能发生的山火等级。该方法应用气象预 报的结果评估输电走廊的山火等级，便于电网做出预防输电线路山火跳闸的预案。
[0006] 可见目前对输电线路山火故障的研究缺乏综合评估输电线路山火故障跳闸概率 的方法，因此制定防灾减灾预案和灾后处理措施的依据是定性的，而不是定量的。
【发明内容】
[0007] 为了克服上述现有技术存在的不足，以提高电网安全运行水平为目标，本发明提 供了一种输电线路山火故障跳闸概率的评估方法，用于输电线路山火故障跳闸概率评估， 制定输电线路山火故障预案和防灾减灾措施。
[0008] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种输电线路山火故障跳闸概率评估 的方法，所述方法采用宏观气象条件、地理条件、日期易获得数据作为输入量，并采用山火 发生概率模型、山火条件下输电线路故障模型、山火的蔓延模型预测输电线路山火故障跳 闸概率或者在山火发生后计算线路故障跳闸概率，以及分析周边火源点对线路山火故障影 响程度；使用模糊综合评判法对输电线路途经区域的山火发生概率P㈧进行评判，从而实 现对输电线路山火故障跳闸概率评估，绘制山火风险区域等级分布图，制定输电线路山火 故障预案和防灾减灾措施。
[0009] 所述一种输电线路山火故障跳闸概率评估的方法是：将所计算的某段输电线路划 分成为多个等分，假定每个等分的山火故障概率为P 11,则输电线路的山火故障跳闸概率评 估公式是：
[0010]
( I )
[0011] 所述将所计算的某段输电线路划分成为多个等分，若计算山火已发生时的情况， 则对山火附近将要影响到的线路按照地形精度划分；若计算山火未发生时的情况，则按照 微气象条件差异划分。
[0012] 所述输电线路的山火故障跳闸概率Pf中η的计算方法是：山火已发生时，采用山 火蔓延模型和算法计算线路周围某个火源点起火后一定时间t内火势蔓延的情况，记录输 电线路被火场覆盖的η段。山火未发生时，按照微气象条件差异划分为η段。
[0013] 所述输电线路的山火故障跳闸概率评估公式中的P11是指第i等份的输电线路段 的山火故障概率，其计算公式是：
[0014] Pll=P1(A)XP1(BlA) (2)
[0015] 式中，P1㈧为输电线路走廊山火发生概率；P1 (B|A)为山火条件下输电线路故障 概率。
[0016] 若计算山火已发生时的情况，则对山火附近将要影响到的线路按照地形精度划 分；若计算山火未发生时的情况，则对输电线路按照微气象条件差异划分为几个较长线段， 取线段中按照地形精度划分时的最大值作为改线段的P 1 (B IA)。
[0017] 所述输电线路走廊山火发生概率P1 (A)是指输电线路第i等份走廊附近不同火源 点起火并蔓延至输电线路走廊的概率。其计算方法是：
[0018] 1.若山火未发生，先将火险评判等级划分为5级。
[0019] 表1火险等级划分
[0021] 利用输电线路途经区域的每日降水量R、日最高温度T、日最小空气相对湿度H、日 平均风速W、人为因子K等量，根据火险评判等级与因子量值是正相关还是负相关，继而选 择戒下型或戒上型隶属函数原型式来表征各因子与决策判别量之间的隶属关系：
[0022] (3)
[0023] (4)
[0024] 式中：x为X中R，T，H，W，K各因子的测量值或预测值，分别用r，t，h，w，k表示，f为 对应的隶属函数原型式；a，b，c为待定系数。对收集的各因子测量数据做归一化处理，并求 解待定系数a，b，c。将各因子对火险决策判别集的隶属度记作：
[0025] M = [M1 M2 M3 M4 M5] (5)
[0026] 其中=M1= (R1, T1, H1, W1, KJt，表示各因子对第i级火险等级的隶属度。M可以根 据各自对应的原型式f在表1中每个火险等级相应的区域林火概率的最大值和最小值为关 键截域来计算隶属函数R 1 JpH1 J111。并采用专家打分法制定降水量R、空气温度T、空气 相对湿度H、风速W、人为因子K等影响因子的权重A = (aR, aT, aH, aw, aK)，其中aR, aT, aH, aw, aK 分别为R，T，H，W，K各因子的权重。则对五个火险等级的隶属度为：
[0027] B = Lb1 b2 b3 b4 b5] =AXM (6)
[0028] 其中 A1= aRXRfaTXTi+aHXHi+BwXW1+BkXK1J = 1，2,3,4,5。按照最大隶属度 原则选定为哪一级火险，继而可以根据表1得到该区域内发生山火概率P(A)。
[0029] 2、若山火已发生，可以采用山火蔓延模型和算法计算着火后一定时间t内所形成 的火场形状和覆盖情况。认为线路被山火覆盖的部*PJA) = 1，线路上距离火场超过火源 点到线路距离1的部分P1(A) = P(A)，介于两者之间的部分认为其P1(A)按照线性变化。
[0030] 所述山火条件下输电线路故障概率P1 (B|A)是指在输电走廊发生山火的条件下输 电线路故障概率。其计算方法是：在山火条件下，输电线路击穿概率接近正态分布。
[0031]
(7)
[0032] 式中U为实际电压，U' 5。= K ,KhK1IJ5。为山火条件下工频击穿电压。正常情况下的 工频击穿电压U 5。采用查表法得到。其中KdS空气密度校正系数，KhS空气湿度校正系数。 ι?为空气浓烟校正系数。κ d，Kh，ι?为校正山火发生时，空气温度、湿度、密度变化以及浓烟 对U5。的影响。系数KjP空气相对密度δ相关：
[0033] Kd= δ m (8)
[0034] 空气湿度校正系数心为：
[0035] Kh=Kw (9)
[0036] 式⑶~（9)中的指数m，W及系数K的具体取值可参考国家标准。山火中浓烟使 击穿电压最多可以下降到原来的10%。因此这里令心等于1/10，BP :
[0037]
10 >
[0038] 所述一种输电线路山火故障风险评估的方法中山火蔓延模型的建立方法是：采 取参考文献中毛贤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 贝
[0044] 式（11)~式（15)分别为上坡、下坡、左平坡、右平坡、风方向的蔓延速度表达式。 式中，Rc是初始蔓延速度；K S表示可燃物配置格局更正系数；Kw表示风力更正系数；K φ表示 地形坡度更正系数，Φ表示地形坡度角，Θ为上坡方向按顺时针转到风向时，所旋转的角 度。
[0045] 所述一种输电线路山火故障风险评估的方法中山火蔓延模型的算法采用边界插 值算法。
[0046] 本发明涉及的基本原理是：输电线路走廊山火发生概率P1(A)与线路途经区域的 气象条件相关，根据历史火灾发生情况和线路故障信息，选择影响山火发生的各个因素如 每日降水量、空气温度、空气相对湿度、风速风向等。考虑到火灾多为农民、百姓在农耕烧 荒，节日祭祖时引发，因此引入人为因子K作为衡量人类行为对山火的干扰。上述因子的预 报皆有模糊性和不准确性，故选择使用模糊综合评判的方法对山火概率进行预报。采用模 糊综合判别法时若某事物受多个因素影响时，可以用权重代表每个因素对事物判别重要程 度的差别，做出合理的综合判别。所以可以用公式B= Lb1 b2 b3 b4 b5] =AXM计算山火 等级，得到山火发生概率。
[0047] 输电线路山火条件下的故障概率P1 (B|A)与山火发生时输电线路气隙的绝缘水平 有关。造成输电线路山火故障跳闸的原因主要是火焰引起的温度、导电率的改变以及灰烬 和烟雾导致间隙绝缘水平下降，从而发生气隙击穿闪络。线路运行情况正常时不会发生击 穿。但是山火发生时，空气温度剧烈升高，大气湿度、密度也必然随之变化，由此引入K d、Kh 校正击穿电压。除了大气条件的改变之外，山火燃烧植被将产生大量浓烟，包含大量飞灰， 炭黑以及灰烬和木肩等长条状、大尺寸颗粒。在火焰条件下和正常空气中，颗粒触发放电的 特性具有明显区别，在山火中浓烟触发间隙放电具有倍增效应，使得气隙的绝缘强度发生 剧烈下降，击穿电压最多可以下降到原来的10%。所以引入系数心。考虑到山地植被情况 复杂，而不同植被，不同风速、风向都将影响浓烟对U 5。的影响程