输电线路自然灾害闪络风险综合评估方法与流程
本发明属于电网防灾减灾领域，具体涉及一种输电线路自然灾害闪络风险综合评估方法。
背景技术：
户外运行的输电线路长期暴露在大气环境中，很容易遭受雷击、覆冰、污秽、大风等自然灾害的影响，跳闸风险比较突出。目前，针对不同自然灾害影响下输电线路闪络风险的评估，国内外学者已开展大量的研究工作。
在雷击闪络评估方面，常采用规程法、电气几何模型或雷电先导发展模型分析输电线路绕击耐雷性能；在冰闪评估方面，计算覆冰增长厚度的主要方法有goodwin模型、imai模型和makkonen模型；在污闪评估方面，一般基于电弧和剩余污层电阻串联的污秽闪络模型计算绝缘子污闪电压；在风偏闪络评估方面，较为成熟、简单的方法为刚体直棒模型计算绝缘子串距离杆塔的最小空气间隙。基于上述研究成果，计算输电线路在常见自然灾害条件下的闪络概率，可为线路的风险评估工作提供依据。
然而，目前输电线路闪络风险评估通常针对单一的自然灾害，且针对不同自然灾害的闪络风险，所采用的评估指标不一致。如在进行输电线路雷击、冰闪、污闪和风偏闪络风险评估过程中，重点的研究对象分别为雷电流幅值、覆冰厚度、等值盐密、风偏间隙等，还没有一个统一的评估模型，适用于不同自然灾害条件下输电线路闪络风险的评估。因此，我们迫切需要一种新的针对输电线路自然灾害闪络风险的评估方法。
技术实现要素：
本发明在传统的输电线路雷击、冰闪、污闪以及风偏闪络模型研究基础上，依据自然灾害引起线路故障后的负荷损失，提出了一种输电线路自然灾害闪络风险综合评估方法，以便为输电线路不同类型自然灾害的防灾减灾工作提供一个统一的、定量的参考依据。
本发明以传统的输电线路雷击、冰闪、污闪以及风偏闪络模型研究为基础，计算在当前自然灾害条件下输电线路的闪络概率，确定线路闪络故障后的负荷损失，最后将负荷损失与电网用电负荷的比值作为风险值进行等级划分，从而实现对输电线路不同类型自然灾害闪络风险的综合评估：具体步骤为：
s1、判断当前输电线路运行条件是否会引起闪络故障；
s2、计算对应故障类型下的闪络概率；
s3、确定不同自然灾害故障后的负荷损失；
s4、根据s3确定的负荷损失评估输电线路自然灾害闪络风险等级。
s1中判断当前输电线路运行条件是否会引起闪络故障的方法为：
将当前实测的雷电流幅值、覆冰厚度、等值盐密、风偏间隙与绝缘子发生闪络时对应的临界阈值进行比较，如超过对应的临界阈值则判断为会发生相应的闪络故障；否则，输出输电线路自然灾害的闪络风险为零。
s2中计算对应故障类型下的闪络概率的步骤为：
当输电线路发生雷击闪络时，根据临界击距rsc计算最大绕击危险电流imax为
如测得雷电流幅值i<imax，则绝缘子两端的电压差u为
式中，z0为主放电通道的波阻抗；zd为导线的等值波阻抗；
对照绝缘子50％的雷电冲击闪络电压u50％，计算雷击闪络概率f为
式中，σ为雷击闪络电压的标准偏差，φ为标准正态分布；
当输电线路发生冰闪时，u50％的计算公式为
式中：kf为与绝缘子型式、材料、气压、电压类型等有关的常数；a、b分别为盐密、灰密影响特征指数；ρesdd，ρnsdd分别为绝缘子表面的等值附盐密度和灰密值，mg/cm2；p、p0分别为高海拔地区的气压和标准参考大气气压；mp为气压影响特征指数；t为环境温度，℃；ωt为温度影响指数；m为绝缘子覆冰重量，kg/片；wm是表示覆冰量影响的特征指数；
当输电线路发生污闪时，u50％的计算公式为
当输电线路发生风偏闪络时，最小空气间隙d的计算公式为
式中：η为杆塔塔身与横担夹角，度；d为最小空气间隙，m；λ为悬垂绝缘子串挂点到导线距离，m；dl为导线外径，m；
查询间隙距离与击穿电压的关系曲线，得到风偏间隙为d时的闪络电压u50％；
根据冰闪、污闪以及风偏闪络电压u50％计算冰闪、污闪以及风偏闪络的闪络概率f为
式中，uop为输电线路的运行相电压，σ为雷击闪络电压的标准偏差，φ为标准正态分布。
s3中负荷损失l的计算公式为
l＝s×f
其中，s为电网负荷减供大小，即为自然灾害引起输电线路闪络故障后，为满足电网静态安全约束需要减供负荷的最小值；负荷减供概率f的计算公式为
f＝f×r
式中，f为不同故障类型下的闪络概率；r为对应故障类型下输电线路发生闪络跳闸后的重合闸不成功率。对于没有安装重合闸装置的输电线路，r为1。
s4中根据s3确定的负荷损失评估输电线路自然灾害闪络风险等级的步骤为：
将自然灾害故障后输电线路的负荷损失l与电网用电负荷的比值ltotal作为闪络风险值p，有
根据闪络风险值确定闪络风险等级的方法为：当p＝0时，风险等级为无，风险程度为零风险；当0<p≤5％时，风险等级为i级，风险程度为较小风险；当5％<p≤10％时，风险等级为ii级，风险程度为一般风险；当10％<p≤20％时，风险等级为ⅲ级，风险程度为较大风险；当p＞20％时，风险等级为ⅳ级，风险程度为重大风险。
本发明的有益效果在于：对于不同类型灾害下电网的运行风险给出了一个统一、有效的评估方法，即均是计算负荷减供概率以及负荷减供大小来确定每一种灾害故障下可能损失的负荷量，并与电网用电负荷进行对比来划分闪络风险等级，故所评估出的风险等级不仅能够充分反映每一种灾害对电网运行状态的影响程度，而且不同类型灾害下的评估结果还能相互之间进行对比，体现不同类型灾害对电网运行状态影响的严重程度。该发明可用于输电线路自然灾害风险的在线评估，无需针对不同类型灾害采用不同评估方法，大大减少了线路运维人员的工作量和工作复杂度，且评估结果具有对比性，并能对不同类型灾害下电网运行状态的影响程度有一个更加直观的认识。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是输电线路自然灾害闪络风险综合评估方法的流程图；
图2是计算输电线路风偏间隙的模型示意图。
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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，在本发明的一个具体实施例中，依据输电线路杆塔处的气象数据实现绝缘子污秽度评估，具体包括以下步骤：
s1、判断当前输电线路运行条件是否会引起闪络故障；
将当前实测的雷电流幅值、覆冰厚度、等值盐密、风偏间隙与绝缘子发生闪络时对应的临界阈值进行比较，如超过对应的临界阈值则判断为会发生相应的闪络故障；否则，输出输电线路自然灾害的闪络风险为零。比如：当实测的雷电流幅值超过雷电流幅值临界阈值则判断为会发生雷击闪络故障，当覆冰厚度超过覆冰厚度临界阈值则判断为会发生冰闪故障，当等值盐密超过等值盐密临界阈值则判断为会发生污闪故障，当风偏间隙超过风偏间隙临界阈值则判断为会发生风偏闪络故障；
s2、计算对应故障类型下的闪络概率；
当输电线路发生雷击闪络时，根据临界击距rsc计算最大绕击危险电流imax为
如测得雷电流幅值i<imax，则绝缘子两端的电压差u为
式中，z0为主放电通道的波阻抗；zd为导线的等值波阻抗；
对照绝缘子50％的雷电冲击闪络电压u50％，计算雷击闪络概率f为
式中，σ为雷击闪络电压的标准偏差，φ为标准正态分布；
当输电线路发生冰闪时，u50％的计算公式为
式中：kf为与绝缘子型式、材料、气压、电压类型等有关的常数；a、b分别为盐密、灰密影响特征指数；ρesdd，ρnsdd分别为绝缘子表面的等值附盐密度和灰密值，mg/cm2；p、p0分别为高海拔地区的气压和标准参考大气气压；mp为气压影响特征指数；t为环境温度，℃；ωt为温度影响指数；m为绝缘子覆冰重量，kg/片；wm是表示覆冰量影响的特征指数；
当输电线路发生污闪时，u50％的计算公式为
参见图2，当输电线路发生风偏闪络时，最小空气间隙d的计算公式为
式中：η为杆塔塔身与横担夹角，度；d为最小空气间隙，m；λ为悬垂绝缘子串挂点到导线距离，m；dl为导线外径，m；
查询间隙距离与击穿电压的关系曲线，得到风偏间隙为d时的闪络电压u50％；
根据冰闪、污闪以及风偏闪络电压u50％计算冰闪、污闪以及风偏闪络的闪络概率f为
式中，uop为输电线路的运行相电压，σ为雷击闪络电压的标准偏差，φ为标准正态分布；
s3、确定不同自然灾害故障后的负荷损失；
负荷损失l的计算公式为
l＝s×f
其中，s为电网负荷减供大小，即为自然灾害引起输电线路闪络故障后，为满足电网静态安全约束需要减供负荷的最小值；f是负荷减供概率，对于安装了重合闸装置的输电线路，负荷减供概率为线路闪络概率与重合闸不成功率的乘积；对于没有安装重合闸装置的输电线路，负荷减供概率为线路闪络概率；
s4、根据s3确定的负荷损失评估输电线路自然灾害闪络风险等级；
将自然灾害故障后输电线路的负荷损失l与电网用电负荷的比值ltotal作为闪络风险值p，有
根据闪络风险值确定的闪络风险等级的方法为，当p＝0时，风险等级为无，风险程度为零风险；当0<p≤5％时，风险等级为i级，风险程度为较小风险；当5％<p≤10％时，风险等级为ii级，风险程度为一般风险；当10％<p≤20％时，风险等级为ⅲ级，风险程度为较大风险；当p＞20％时，风险等级为ⅳ级，风险程度为重大风险。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
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