一种基于层次分析法的高速铁路牵引网雷害风险评估方法
【专利摘要】基于层次分析法的高速铁路牵引网雷害风险评估方法，包括如下步骤：S1、给定高铁线路各信息；S2、利用网格法将高铁线路划分为若干个与各供电臂段对应的空间网格区段；S3、计算得到各网格区段的直击雷雷击跳闸率、感应雷雷击跳闸率和总雷击跳闸率；S1、将总雷击跳闸率加权算术平均得到全线平均雷击跳闸率、并以其为基准值对各网格区段的总雷击跳闸率进行防雷性能评估、确定雷害风险等级；S5、计算各个供电臂段内雷害风险处于各等级的网格区段占各供电臂段内总网格区段数的百分比；S6、基于高铁线路易闪段层次结构模型确定各供电臂段的雷害风险权重向量。本发明的有益效果：实现对高铁线路各供电臂段雷害风险的准确评估，提高高铁线路的防雷水平。
【专利说明】—种基于层次分析法的高速铁路牵引网雷害风险评估方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电气化铁路雷电防护领域，特别涉及一种基于层次分析法的高速铁路牵引网雷害风险评估方法，尤其适用于电气化铁路牵引网的易闪段评估。
【背景技术】
[0002]中国疆域辽阔，地形、气候复杂多变，雷电活动的频度与强度分布十分不均，局部地区雷电危害非常严重。同时，由于高速铁路大面积采用高架桥的铺设方式，雷击特性及影响与普速铁路、电力输电线路存在较大差异，既有高速铁路防雷体系存在差异性与针对性考虑不足等缺陷，导致高速铁路牵引变电所跳闸和绝缘子遭受破坏等故障频繁发生。因此，进行更科学、有针对性的高速铁路牵引网的雷害风险评估，是进一步完善高速铁路防雷体系的重要参考和依据，是保障中国高速铁路安全可靠运行必须进行的工作。
[0003] 申请人:通过研究发现，目前的高速铁路技术发展比较成熟的要数欧洲和日本。欧洲高速铁路高架桥路段比例较低，且雷电活动强度相对较弱，高速铁路的雷击故障问题并不突出。据德国铁路部门的统计，欧洲中部高速铁路牵引网的雷击跳闸率仅为I次/(百公里?年)，因此，欧洲高速铁路并未采取牵 引网防雷措施。日本根据牵引网雷击故障发生的频度和线路的重要程度，将高速铁路线路划分为A、B和C三个防雷等级，日本高速铁路牵引网的防雷技术模式对中国具有一定的借鉴意义，但日本高速铁路的高架桥比例以及日本的雷电活动强度都低于中国，且日本高速铁路的牵引网设计与中国也存在一定差异，所以，其雷电防护技术模式也不能直接照搬至中国。中国高速铁路雷电防护需要结合自身实际情况，从技术经济性和安全性出发，提出一种综合考虑高铁线路走廊雷电活动特征、高铁线路牵引网结构和绝缘特征以及地形地貌特征等诸多因素，有针对性的高速铁路牵引网雷害风险评估方法。
[0004]另据 申请人:所知，由于高速铁路牵引网并非完全贯穿，2个变电所之间的牵引网通过电分相分开，将变电所与电分相称为一个供电臂，AT供电系统中供电臂的距离约为50km,因此在进行差异化的防雷设计时，以供电臂为单元开展防雷设计工作对于运管部门快速准确把握高铁线路的防雷薄弱点，提高防雷综合治理的技术经济性具有重要作用。
[0005]中国专利文献公开的《一种高速铁路牵引网防雷性能评估方法》(申请号201210499740.5)就是基于给定需要进行防雷性能评估的高铁线路全信息，采用网格法，将评估区域划分为若干个空间网格，并基于海量雷电定位系统数据，利用计算机运行高铁线路走廊雷电参数统计方法，统计出各个空间网格区段在指定时间内的地闪密度参数和雷电流幅值概率分布参数，采用雷击跳闸率计算方法计算高铁线路各个网格区段及其全线在指定时间段内的直击雷雷击跳闸率、感应雷雷击跳闸率和总雷击跳闸率；以各网格区段的雷击跳闸率为基础，以全线雷击跳闸率为基准，获取指定时间段内各个网格区段相对于全线的雷害风险数据信息，实现对高速铁路牵引网时空差异化的防雷性能评估。该方法采用计算得到的高铁线路各个网格区段的雷击跳闸率，求得全线及各供电臂段雷击跳闸率的算术平均值，通过各供电臂段平均雷击跳闸率值的大小来判断各供电臂段雷害风险的大小。通过该方法能得到高铁线路各网格区段和供电臂段的雷害风险结果，而该发明存在的不足之处在于，该方法只是利用简单的算术平均法来获取各供电臂段的平均雷击跳闸率，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，存在一定的误差，不能准确反映各供电臂段的雷害风险强弱。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是，针对现有高速铁路雷害风险评估方法存在的上述不足，提供一种基于层次分析法的高速铁路牵引网雷害风险评估方法，实现雷害风险的准确评估。
[0007]本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是:
[0008]基于层次分析法的高速铁路牵引网雷害风险评估方法，包括如下步骤:
[0009]S1、给定需要进行防雷性能评估的闻铁线路基本彳目息、闻铁线路地理/[目息、闻铁线路地形地貌信息、高铁线路绝缘特征信息、高铁线路结构特征信息；
[0010]高铁线路基本信息包括线路名称、线路总长、供电方式、供电臂长度与分段信息；
[0011]高铁线路地理信息包括高铁线路的经纬度坐标、海拔高度；
[0012]高铁线路地形地貌信息依据高铁线路走向的经纬度坐标运用三维GIS全扫描提取、包括平原、山丘、大山；
[0013]高铁线路绝缘特征信息包括绝缘子串或最短空气间隙的闪络电压及伏秒特性、支柱接地电阻；
[0014]高铁线路结构特征信息包括支柱、架空地线、承力索的几何尺寸、架空地线和集中引下线配置、桥梁、路基和隧道的分布与长度、桥梁的高度；
[0015]S2、根据SI步骤中给定的高铁线路基本信息、高铁线路地理信息，利用网格法，将高铁线路划分为若干个与各供电臂段对应的空间网格区段，同时采用高铁线路走廊雷电参数统计方法统计出各个空间网格区段在指定时间段内的高铁线路雷电参数信息，高铁线路雷电参数信息包括地闪密度参数和雷电流概率密度分布参数；
[0016]S3、以S2步骤中统计出的高铁线路雷电参数信息，结合SI步骤中给定的高铁线路地形地貌信息、高铁线路绝缘特征信息、高铁线路结构特征信息，采用雷击跳闸率计算方法计算得到各网格区段的直击雷雷击跳闸率、感应雷雷击跳闸率和总雷击跳闸率；
[0017]S4、将S3步骤中计算得到的各网格区段的总雷击跳闸率加权算术平均得到高铁线路的全线平均雷击跳闸率，以全线平均雷击跳闸率为基准值，依据各网格区段雷害风险分级指标，对S3步骤中计算得到的各网格区段的总雷击跳闸率进行防雷性能评估，确定各网格区段雷害风险等级；
[0018]S5、利用S2步骤中得到的网格区段及所对应的供电臂段划分结果，采用计算机计算各个供电臂段内雷害风险处于各等级的网格区段占各供电臂段内总网格区段数的百分t匕(各供电臂段各风险等级网格区段百分比)；
[0019]S6、基于高铁线路易闪段层次结构模型确定各供电臂段的雷害风险权重向量，各供电臂段的雷害风险权重向量确定步骤如下:
[0020]首先，通过改进的三标度层次分析法求得各供电臂段对各雷害风险等级网格区段百分比的权重向量；[0021]其次，在上述步骤基础上，考虑各风险等级网格区段对雷害风险的影响程度不同，继续采用改进的三标度层次分析法求得不同风险等级网格区段对雷害风险的权重向量；
[0022]最后，采用计算机将各供电臂段对各雷害风险等级网格区段百分比的权重向量、不同风险等级网格区段对雷害风险的权重向量进行合成得到各供电臂段的雷害风险权重向量，从而获取各供电臂段雷害风险评估结果，并确定线路易闪段。
[0023]按上述方案，所述S6步骤中高铁线路易闪段层次结构模型由目标层、原则层、指标层三个层次构成:目标层为供电臂段的雷害风险；原则层包括A级网格区段百分比、B级网格区段百分比、C级网格区段百分比、D级网格区段百分比；指标层包括供电臂段1、供电臂段2、供电臂段3、……、供电臂段η ;各供电臂段的雷害风险权重向量确定具体步骤如下:
[0024]首先，通过改进的三标度层次分析法求得各供电臂段对各雷害风险等级网格区段百分比的权重向量，即各供电臂段对A级网格区段百分比的权重向量巧、对B级网格区段百分比的权重向量评2、对C级网格区段百分比的权重向量评3、对D级网格区段百分比的权重向量评4 (即指标层对原则层的权重)；
[0025]其次，在上述步骤基础上，考虑各风险等级网格区段对雷害风险的影响程度不同，继续采用改进的三标度层次分析法求得 不同风险等级网格区段对雷害风险的权重向量Ws(即原则层对目标层的权重)；
[0026]最后，采用计算机将各供电臂段对各雷害风险等级网格区段百分比的权重向量、不同风险等级网格区段对雷害风险的权重向量进行合成得到各供电臂段的雷害风险权重向量W:
[0027]W=Lff1 W2 W3 W4] *ffs
[0028]从而获取各供电臂段雷害风险评估结果(即指标层对目标层的权重)，并确定线路易闪段。
[0029]按上述方案，所述S6步骤中计算各供电臂段对各雷害风险等级网格区段百分比的权重向量(即指标层对原则层的权重)的步骤以各供电臂段对A级网格区段百分比的权重向量W1为例,具体步骤如下:
[0030]①根据三标度法采用计算机计算得到各供电臂段A级网格区段的百分比所对应的比较矩阵；
[0031]根据各供电臂段A级网格区段百分比大小，得出相应的比较矩阵A:
【权利要求】
1.一种基于层次分析法的高速铁路牵引网雷害风险评估方法，其特征在于:该方法包括如下步骤: S1、给定需要进行防雷性能评估的高铁线路基本信息、高铁线路地理信息、高铁线路地形地貌信息、高铁线路绝缘特征信息、高铁线路结构特征信息； 高铁线路基本信息包括线路名称、线路总长、供电方式、供电臂长度与分段信息； 高铁线路地理信息包括高铁线路的经纬度坐标、海拔高度； 高铁线路地形地貌信息依据高铁线路走向的经纬度坐标运用三维GIS全扫描提取、包括平原、山丘、大山； 高铁线路绝缘特征信息包括绝缘子串或最短空气间隙的闪络电压及伏秒特性、支柱接地电阻； 高铁线路结构特征信息包括支柱、架空地线、承力索的几何尺寸、架空地线和集中引下线配置、桥梁、路基和隧道的分布与长度、桥梁的高度； S2、根据SI步骤中给定的闻铁线路基本/[目息、闻铁线路地理/[目息，利用网格法，将闻铁线路划分为若干个与各供电臂段对应的空间网格区段，同时采用高铁线路走廊雷电参数统计方法统计出各个空间网格区段在指定时间段内的高铁线路雷电参数信息，高铁线路雷电参数信息包括地闪密度参数和雷电流概率密度分布参数； S3、以S2步骤中统计出的高铁线路雷电参数信息，结合SI步骤中给定的高铁线路地形地貌信息、高铁线路绝缘特征信息、高铁线路结构特征信息，采用雷击跳闸率计算方法计算得到各网格区段的直击雷雷击跳闸率、感应雷雷击跳闸率和总雷击跳闸率； S4、将S3步骤中计算得到的各网格区段的总雷击跳闸率加权算术平均得到高铁线路的全线平均雷击跳闸率，以全线平均雷击跳闸率为基准值，依据各网格区段雷害风险分级指标，对S3步骤中计算得到的各网格区段的总雷击跳闸率进行防雷性能评估，确定各网格区段雷害风险等级； S5、利用S2步骤中得到的网格区段及所对应的供电臂段划分结果，采用计算机计算各个供电臂段内雷害风险处于各等级的网格区段占各供电臂段内总网格区段数的百分比； S6、基于高铁线路易闪段层次结构模型确定各供电臂段的雷害风险权重向量，各供电臂段的雷害风险权重向量确定步骤如下: 首先，通过改进层次分析计算程序求得各供电臂段对各雷害风险等级网格区段百分比的权重向量； 其次，在上述步骤基础上，考虑各风险等级网格区段对雷害风险的影响程度不同，继续采用改进层次分析计算程序求得不同风险等级网格区段对雷害风险的权重向量； 最后，采用计算机将各供电臂段对各雷害风险等级网格区段百分比的权重向量、不同风险等级网格区段对雷害风险的权重向量进行合成得到各供电臂段的雷害风险权重向量，从而获取各供电臂段雷害风险评估结果，并确定线路易闪段。
2.如权利要求1所述的基于层次分析法的高速铁路牵引网雷害风险评估方法，其特征在于:所述S6步骤中高铁线路易闪段层次结构模型由目标层、原则层、指标层三个层次构成:目标层为供电臂段的雷害风险；原则层包括A级网格区段百分比、B级网格区段百分比、C级网格区段百分比、D级网格区段百分比；指标层包括供电臂段1、供电臂段2、供电臂段.3、……、供电臂段η ;各供电臂段的雷害风险权重向量确定具体步骤如下:首先，通过改进的三标度层次分析法求得各供电臂段对各雷害风险等级网格区段百分比的权重向量，即各供电臂段对A级网格区段百分比的权重向量巧、对B级网格区段百分比的权重向量W2、对C级网格区段百分比的权重向量W3、对D级网格区段百分比的权重向量W4 ； 其次，在上述步骤基础上，考虑各风险等级网格区段对雷害风险的影响程度不同，继续采用改进的三标度层次分析法求得不同风险等级网格区段对雷害风险的权重向量Ws ； 最后，采用计算机将各供电臂段对各雷害风险等级网格区段百分比的权重向量、不同风险等级网格区段对雷害风险的权重向量进行合成得到各供电臂段的雷害风险权重向量W:
W=Lff1 W2 W3 W4] *ws 从而获取各供电臂段雷害风险评估结果，并确定线路易闪段。
3.如权利要求2所述的基于层次分析法的高速铁路牵引网雷害风险评估方法，其特征在于:所述S6步骤中计算各供电臂段对各雷害风险等级网格区段百分比的权重向量的步骤以各供电臂段对A级网格区段百分比的权重向量W1为例，具体步骤如下: ①根据三标度法采用计算机计算得到各供电臂段A级网格区段的百分比所对应的比较矩阵； 根据各供电臂段A级网格区段百分比大小，得出相应的比较矩阵A:
4.如权利要求1所述的基于层次分析法的高速铁路牵引网雷害风险评估方法，其特征在于:所述S6步骤中不同风险等级网格区段对雷害风险的权重向量计算具体步骤包括:根据三标度法采用计算机计算得到不同风险等级网格区段的雷害风险所对应的比较矩阵，以不同风险等级网格区段的雷害风险所对应的比较矩阵作为输入参数，采用改进的三标度层次分析法计算得到不同风险等级网格区段对雷害风险的权重向量。
【文档编号】G01R31/00GK103777094SQ201310753449
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】谷山强, 严碧武, 向念文, 苏杰, 冯万兴, 方玉河, 赵淳, 王韬, 吴敏, 王佩 申请人:国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司