一种输电线路防雷措施的评估方法与流程

本发明涉及输电线路防雷领域，具体是一种输电线路防雷措施的评估方法。

背景技术：

雷击事故在输电线路故障中一直占据很大的比例。全国500kV输电线路中雷击跳闸占线路跳闸的46％，330kV输电线路中雷击跳闸占线路跳闸的29％，220kV输电线路中雷击跳闸占线路跳闸的33.4％，110kV输电线路中雷击闪络占线路跳闸的35.3％，建立一个切实可行的防雷评估系统，对电网输电线路的防雷改造具有重要的指导意义。

目前，国际上评估线路耐雷水平的方法有规程法、行波法、电气几何模型法及先导发展模型法等。层次分析法现也被应用到防雷评估中。张志劲等人采用1～9标度法对输电线路进行防雷评估，赵淳等人提出用0～2三标度法代替1～9标度法。标度的选取直接影响到防雷评估的精确性，对标度选取的研究成为层次分析法应用于防雷评估的研究重点。

技术实现要素：

针对电力部门对线路防雷措施评估准确性的需要，本发明提供一种输电线路防雷措施的评估方法，运用层次分析法，采用精确度更高的标度，对电网输电线路防雷措施进行评估，为得出最优的输电线路防雷改造方案提供技术参考。

本发明所采用的技术方案是：

一种输电线路防雷措施的评估方法，包括以下步骤：

建立层次结构模型：通过对输电电网实际分析，将电网分解为若干个因素，按照不同属性再分成目标层、准则层、方案层等不同的层次，同一层的各个因素影响上一层的因素，建立结构层次从上而下为目标层、准则层和方案层，使复杂的问题条理化、层次化。

根据层次结构模型构造比较矩阵：根据已经构建好的防雷评估模型，求出各防雷措施相对于准则层各因素以及准则层各因素相对于目标层的比较矩阵。

根据构造的比较矩阵，求解每一个对比较矩阵的最大特征根及其归一化的特征向量，并做一致性检验；若检验通过，特征向量即为权向量：若不通过，需重新构造成对比较阵，直至构造出能通过一致性检验的矩阵。

一种输电线路防雷措施的评估方法，包括以下步骤：

步骤1：建立层次结构模型，通过对实际问题的分析，将问题分解为若干个因素，按照不同属性再分成目标层、准则层、方案层等不同的层次，同一层的各个因素影响上一层的因素；建立结构层次从上而下为目标层、准则层和方案层，使复杂的问题条理化、层次化；

1)、目标层：这一层次中只有一个元素，根据电网输电线路防雷措施的特点以及线路改造的要求，确定最优的改造措施；

2)、准则层：准则层包括实现目标层所必须考虑的因素，通过对地形、改造要求效果、可用资金等因素的考虑，电网输电线路防雷措施的准则层因素有:降低跳闸率、工程费用、效果目标、维护难易度、运行寿命。

3)、方案层：方案层是基于电网输电线路防雷特点选取的防雷措施，通过对已有防雷措施及其各自特点的分析，确定方案层有降低杆塔接地电阻、安装避雷器、差绝缘、架设避雷线、架设耦合地线、安装防雷间隙。

步骤2：构造比较矩阵，从准则层开始，对影响上一层每个因素的同一层的各个因素进行两两的重要性比较，得出对比值，直到最下层，构成多个比较矩阵；根据已经构建好的防雷评估模型，求出各防雷措施相对于准则层各因素、以及准则层各因素相对于目标层的比较矩阵，分别记为A_1ij-A_5ij和B_ij；其中，A_1ij-A_5ij为6*6阶比较矩阵，矩阵中元素a_1ij-a_5ij为第i种措施相对于第j种措施关于准则层某一因素的重要性比值；B_ij为一个5*5阶对比矩阵，b_ij为第i个准则相对于第j个准则关于目标层的重要性比值；

步骤3：计算权向量并做一致性检验，求解每一个对比较矩阵的最大特征根、及其归一化的特征向量，并做一致性检验；若检验通过，特征向量即为权向量，若不通过，需重新构造成对比较阵，直至构造出能通过一致性检验的矩阵。

本发明一种输电线路防雷措施的评估方法，技术效果在于：

1)、本专利运用层次分析法构建了一个输电线路防雷评估模型，将复杂的防雷评估系统条理化、层次化，对输电线路的防雷改造具有重要的指导意义。

2)、综合考虑降低跳闸率、工程费用、效果目标、维护难易度、运行寿命等因素的影响，确定输电线路最优防雷措施改造方案，有效减少输电线路雷击事故确保电力系统的安全。

附图说明

图1是本发明的电网输电线路防雷评估模型图。

具体实施方式

一种输电线路防雷措施的评估方法，包括以下步骤：

建立层次结构模型：通过对输电电网实际分析，将电网分解为若干个因素，按照不同属性再分成目标层、准则层、方案层等不同的层次，同一层的各个因素影响上一层的因素，建立结构层次从上而下为目标层、准则层和方案层，使复杂的问题条理化、层次化。

根据层次结构模型构造比较矩阵：根据已经构建好的防雷评估模型，求出各防雷措施相对于准则层各因素以及准则层各因素相对于目标层的比较矩阵。

根据构造的比较矩阵，求解每一个对比较矩阵的最大特征根及其归一化的特征向量，并做一致性检验；若检验通过，特征向量即为权向量：若不通过，需重新构造成对比较阵，直至构造出能通过一致性检验的矩阵。

一种输电线路防雷措施的评估方法，包括以下步骤：

步骤1：建立层次结构模型，通过对实际问题的分析，将问题分解为若干个因素，按照不同属性再分成目标层、准则层、方案层等不同的层次，同一层的各个因素影响上一层的因素；建立结构层次从上而下为目标层、准则层和方案层，使复杂的问题条理化、层次化。

1)、目标层：这一层次中只有一个元素，根据电网输电线路防雷措施的特点以及线路改造的要求，确定最优的改造措施；

2)、准则层：准则层包括实现目标层所必须考虑的因素，通过对地形、改造要求效果、可用资金等因素的考虑，电网输电线路防雷措施的准则层因素有:降低跳闸率、工程费用、效果目标、维护难易度、运行寿命。

3)、方案层：方案层是基于电网输电线路防雷特点选取的防雷措施，通过对已有防雷措施及其各自特点的分析，确定方案层有降低杆塔接地电阻、安装避雷器、差绝缘、架设避雷线、架设耦合地线、安装防雷间隙。

步骤2：构造比较矩阵，从准则层开始，对影响上一层每个因素的同一层的各个因素进行两两的重要性比较，得出对比值，直到最下层，构成多个比较矩阵；根据已经构建好的防雷评估模型，求出各防雷措施相对于准则层各因素、以及准则层各因素相对于目标层的比较矩阵，分别记为A_1ij-A_5ij和B_ij；其中，A_1ij-A_5ij为6*6阶比较矩阵，矩阵中元素a_1ij-a_5ij为第i种措施相对于第j种措施关于准则层某一因素的重要性比值；B_ij为一个5*5阶对比矩阵，b_ij为第i个准则相对于第j个准则关于目标层的重要性比值。

步骤3：计算权向量并做一致性检验，求解每一个对比较矩阵的最大特征根、及其归一化的特征向量，并做一致性检验；若检验通过，特征向量即为权向量，若不通过，需重新构造成对比较阵，直至构造出能通过一致性检验的矩阵。

所述步骤3包括以下步骤：

1：对每个矩阵作一致性检验，计算出各个矩阵的最大特征值(A)_max，计算比较矩阵一致性指标C_I：

$C_I=\frac{\mathrm{\λ}{\left(A\right)}_{max}-n}{n-1}---\left(1\right)$

式中，n为比较矩阵的阶数，λ(A)_max为矩阵的最大特征值，C_I为矩阵一致性指标。

将求得的一致性指标C_I与随机一致性指标R_I进行比较，定义随机性一致性比率：

$C_R=\frac{C_I}{R_I}---\left(2\right)$

当C_R<0.1时，说明比较矩阵具有满意的一致性，可以接受，否则就必须要调整比较矩阵，直到有满意的一致性为止；式中，C_R为一致性比率，R_I为随机一致性指标，C_I为一致性指标。

2：给出了10/10～18/2标度不同阶数的R_I值，对矩阵进行一致性检验，不同阶数的RI值如表1所示。

表1 10/10－18/2标度不同阶数的R_I值

根据式(3)算出比较矩阵的权向量W，并进行归一化，得出的权向量W即为同一层因素相对于上一层某因素相对重要性的排序权值。

AW＝λ(A)_maxW (3)

式中，A为判断矩阵，(A)max为判断矩阵A的最大特征值。算出判断矩阵的权向量W，并进行归一化，得出的权向量W即为同一层因素相对于上一层某因素相对重要性的排序权值。

3：计算组合权向量：

根据式(4)求出各防雷措施相对于准则层某一因素的重要性与该因素相对于目标重要性的乘积的和，即可得到该防雷措施对于目标的重要性，通过总权值的排序即可以得出最佳的防雷措施，

$W=\underset{J=1}{\overset{5}{\&Sigma;}}{a}_{nj}\&times;b_j---\left(4\right)$

式中，a_nj为方案层对于准则层的标准化权向量，b_j为准则层对于目标层标准化权向量，W为矩阵的权向量。

如说明书附图1所示，结合附图1和具体步骤，根据工程要求及多年运行经验，对电网输电线路主要防雷措施评估模型各层重要性取值如表2所示：

表2层次分析法各层重要性取值

(a)准则层各因素重要性取值

(b)方案层各因素重要性取值

根据式(1)、(2)，采用Matlab程序对构造出的矩阵进行计算可得各层的权向量值。

准则层相对于目标层：λ(A)_max＝5，CI＝0，C_R＝0,可知该矩阵满足一致性要求，得到权重值为W＝(0.1972,0.3380,0.2535,0.0845,0.1268)；

方案层相对于降低跳闸率：λ(A)_max＝6，CI＝0，C_R＝0，可知该矩阵满足一致性要求，得到权重值为W＝(0.1179,0.3599,0.0776,0.1905,0.1905,0.0635)；

方案层相对于工程费用：λ(A)_max＝6，CI＝0，C_R＝0，可知该矩阵满足一致性要求，得到权重值为W＝(0.3429,0.1124,0.1816,0.0605,0.0605,0.2421)；

方案层相对于效果目标：λ(A)_max＝6，CI＝0，C_R＝0，可知该矩阵满足一致性要求，得到权重值为W＝(0.0891,0.3366,0.0594,0.1386,0.1386,0.2376)；

方案层相对于维护难易度：λ(A)_max＝6，CI＝0，C_R＝0，可知该矩阵满足一致性要求，得到权重值为W＝(0.2099,0.0641,0.0525,0.2974,0.2974,0.0787)；

方案层相对于运行寿命：λ(A)_max＝6，CI＝0，C_R＝0，可知该矩阵满足一致性要求，得到权重值为W＝(0.2031,0.0943,0.0762,0.2878,0.2878,0.0508)；

根据式(3)(4)可得到方案层相对于目标层的权重值为

W＝(0.2052,0.2117,0.1058,0.1548,0.1548,0.1684)。

综合各方面因素，可得到输电网输电线路防雷措施方案的优先顺序为：安装避雷器、降低杆塔接地电阻、安装防雷间隙、架设避雷线/耦合地线、差绝缘。

输电线路六种防雷措施分别针对降低跳闸率、工程费用、效果目标、维护难易度、运行寿命等因素重要性进行排序，构建权重矩阵，然后计算组合权重值，最后得到六种防雷措施的权重值，得到最优化防雷措施排序。