基于区域化的配电线路雷害风险评估系统的制作方法

本实用新型属于电子信息技术领域，具体涉及一种基于区域化的配电线路雷害风险评估系统。

背景技术：

配网线路分布广、数量多、绝缘水平低，是最易遭受雷击的地面设施，虽然现在采取了多种防雷技术措施，但由于雷击造成的线路跳闸仍居于各类跳闸原因的首位。

配网线路众多，基础条件复杂，在设计建设过程中对于雷害防护考虑不足，造成配网线路雷害防治存在一定的盲目性，达不到预期效果。当前主要采用的是被动补救的治理方式，在雷击事故发生后由基层单位提出改造需求再去实施，而此时雷害已经发生并造成实际损失，因此需要在线路规划的时候就要将雷害防治综合考虑。

目前配方线路的雷害防治规划皆是以经验设计为主，由于配网线路的复杂性，缺乏对配网线路基础数据的搜集、整理、分析的技术手段，虽然电网各级管理部门对于雷击事故影响配电网供电可靠性都很重视，但是雷害防护工作的规划没有技术支撑，无法有计划的、合理的、高效的开展雷害防护工作。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是针对上述技术的不足，提供一种评估因素更全面、评估数据更合理、评估数据更丰富且参考价值更高的基于区域化的配电线路雷害风险评估系统。

为实现上述目的，本实用新型所设计的基于区域化的配电线路雷害风险评估系统，包括：

雷电信息库：用于存储目标区域预设时间内的所有落雷信息，落雷信息包括落雷点编号、落雷点经度、落雷点纬度、雷电流幅值及落雷时间；

绝缘子参数库：用于存储绝缘子参数信息，绝缘子参数信息包括包括电力系统使用的所有绝缘子型号、绝缘子额定电压及U50％雷电冲击动作电压值；

交互模块：输入目标区域内所有配电线路的杆塔信息资料表路径并传送给数据接口模块；

数据接口模块：用于根据交互模块提供的所有配电线路的杆塔信息资料表路径打开目标区域内所有配电线路的杆塔信息资料表并提取数据；同时，识别并区分出杆塔信息数据和地形地貌信息数据，然后将杆塔信息数据和地形地貌信息数据分别传送给数据库匹配模块和地形地貌风险评估模块；

数据库匹配模块：用于接收数据接口模块传来的杆塔信息数据；根据每基杆塔的经度和纬度于雷电信息库中以落雷时间为检索条件逐条检索出目标时间内所有杆塔周围1000m范围内的落雷信息；根据每基杆塔上的每个绝缘子型号于绝缘子参数库中检索出与该绝缘子型号相对应的绝缘子的U50％雷电冲击动作电压值，然后逐基检索直至所有杆塔上的所有绝缘子均检索出与绝缘子相对应的U50％雷电冲击动作电压值；并将所有杆塔的杆塔编号、落雷信息及U50％雷电冲击动作电压值、以及目标时间内所有杆塔雷击故障情况传送给过电压风险评估模块；

过电压风险评估模块：用于接收数据库匹配模块传来的所有杆塔的杆塔编号、落雷信息及U50％雷电冲击动作电压值、以及目标时间内所有杆塔雷击故障情况；根据每基杆塔的杆塔编号和落雷信息利用大圆路径计算法逐基计算所有杆塔的落雷点与杆塔之间的距离；根据每基杆塔的落雷信息和落雷点与杆塔之间的距离利用雷击感应过电压规程法逐基计算所有杆塔所遭受的雷击感应过电压幅值；根据计算的每基杆塔的雷击感应过电压幅值与U50％雷电冲击动作电压值比较，统计造成每基杆塔上的绝缘子击穿的总落雷点数，每基杆塔的总落雷点数为每基杆塔的过电压风险评估结果，并统计所有杆塔的过电压风险评估结果连同目标时间内所有杆塔雷击故障情况传给综合评估排序模块；

地形地貌风险评估模块：用于接收数据接口模块传来的地形地貌信息数据；统计每基杆塔所占据的地形地貌特征的种类，并根据每基杆塔将所占据的各种地形地貌特征的权重比逐项相加得出每基杆塔的权重值作为地形地貌风险评估结果，然后将得出的所有杆塔的地形地貌风险评估结果传给综合评估排序模块；

综合评估排序模块：具有接收过电压风险评估模块传来的所有杆塔的过电压风险评估结果，并由大到小排列形成过电压风险评估排序结果并输送给交互模块；接收地形地貌风险评估模块传来的所有杆塔的地形地貌风险评估结果，并由大到小排列形成地形地貌风险评估排序结果并输送给交互模块；以杆塔编号为特征求过电压风险评估排序结果与地形地貌风险评估排序结果的交集得出综合评估子集，并将综合评估子集中的每基杆塔对应的过电压风险评估结果和地形地貌风险评估结果归一化后分别乘以每基杆塔对应的权重值，计算每基杆塔的综合评估结果，根据每基杆塔的综合评估结果对综合评估子集中的杆塔由大到小排序形成综合评估排序结果，并在每基杆塔后附加目标时间内该基杆塔雷击故障情况为线路综合评估结果，输送给交互模块。

进一步地，所述根据计算的每基杆塔的雷击感应过电压幅值与U50％雷电冲击动作电压值比较，杆塔的雷击感应过电压幅值大于U50％雷电冲击动作电压值则统计一次，否则不计，统计造成每基杆塔上的绝缘子击穿的总落雷点数，从而形成每基杆塔的过电压风险评估结果。

进一步地，所述综合评估子集中每基杆塔对应的过电压风险评估结果和地形地貌风险评估结果归一化采用以下计算方式：

其中：T_t为归一化后的每基杆塔的过电压风险评估结果；

T_d为归一化后的每基杆塔的地形地貌风险评估结果；

T₁为每基杆塔雷击感应过电压幅值超过U50％雷电冲击动作电压值的落雷点数；

T₀为每基杆塔1000m区域内总的落雷点数；

D为地形地貌风险评估结果。

进一步地，所述地形地貌特征的种类包括山顶、临水、大跨越、耐张转角、山谷、空旷地带及稻田与果园、地下有导电性矿和地下水位较高、山的向阳坡及低土壤电阻率。

进一步地，所述交互模块分别与所述雷电信息库和所述绝缘子参数库双向交互。

进一步地，所述地形地貌特征种类的权重比为山顶28％、临水26％、大跨越10％、耐张转角12％、山谷4％、空旷地带及稻田与果园12％、地下有导线性矿和地下水位较高2％、山的向阳坡4％及低土壤电阻率2％。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型评估结果比传统基于经验的方法更科学全面，该评估系统综合考虑区域历史落雷信息和区域地形地貌特征，考量因素更多，评估结果基于量化计算进行综合评价，结果更更可靠；

2、本实用新型评估结果数据更丰富、参考价值高，评估结果不但给出了单项评估结果同时还给出了综合评估结果；

3、能对实施了雷害风险评估治理的配网线路，进行后续跟踪评估，为其防雷效果进行评价提供数据支撑；

4、本实用新型评估系统使用方便、交互友好，能按给定表格统计线路信息，一次性将整条线路信息导入系统并自动计算直接过出结果，结果查看亦可根据需要选择区段查看。

附图说明

图1为本实用新型基于区域化的配电线路雷害风险评估系统的结构模块示意图；

图2为本实用新型所有配电线路的杆塔信息资料表；

图3为图1中雷电信息库信息图；

图4为图1中绝缘子参数库信息图。

图中各部件标号如下：

数据接口模块1、数据库匹配模块2、过电压风险评估模块3、地形地貌风险评估模块4、综合评估排序模块5、雷电信息库6、绝缘子参数库7、交互模块8。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1所示的基于区域化的配电线路雷害风险评估系统，包括雷电信息库6、绝缘子参数库7、交互模块8、数据接口模块1、数据库匹配模块2、过电压风险评估模块3、地形地貌风险评估模块4及综合评估排序模块5。

其中：雷电信息库6用于存储目标区域预设时间内(例如近三年)的所有落雷信息，落雷信息包括落雷点编号、落雷点经度、落雷点纬度、雷电流幅值及落雷时间，如图3所示，并将落雷点编号、落雷点经度、落雷点纬度、雷电流幅值及落雷时间分成五个列，且雷电信息库内的所有信息可通过交互模块执行增、删、改的操作；

绝缘子参数库7用于存储绝缘子参数信息，绝缘子参数信息包括包括电力系统使用的所有绝缘子型号、绝缘子额定电压及U50％雷电冲击动作电压值，如图4所示，并将绝缘子型号、绝缘子额定电压及U50％雷电冲击动作电压值分成三个列，且绝缘子参数库内的所以信息可通过交互模块执行增、删、改的操作；

交互模块8用于人机交互，用户在交互模块中输入目标区域内所有配电线路的杆塔信息资料表路径并传送给数据接口模块1，并具有展开和查阅评估结果的功能；

数据接口模块1用于根据交互模块8提供的所有配电线路的杆塔信息资料表路径打开目标区域内所有配电线路的杆塔信息资料表(如图2所示)并以文件读取方式一次性读入所有配电线路的杆塔信息资料表的数据(如图2)，并区分出杆塔信息数据和地形地貌信息数据，按行区分各个杆塔、按列区分各个杆塔参数，其中第一列作为杆塔身份信息，即第一列杆塔编号，第二列至第八列作为杆塔基本信息，即第二列杆塔坐标纬度、第三列杆塔坐标经度、第四列杆塔A相绝缘子型号、第五列杆塔B相绝缘子型号、第六列杆塔C相绝缘子型号、第七列杆塔高度、第八列近三年内杆塔雷击故障情况，第九列至第十七列作为杆塔地形地貌特征信息，即第九列山顶、第十列临水、第十一列大跨越、第十二列耐张转角、第十三列山谷、第十四列空旷地带及稻田与果园、第十五列地下有导电性矿和地下水位较高、第十六列山的向阳坡、第十七列低土壤电阻率，第一列及第二列至第八列作为杆塔信息数据一起传给数据库匹配模块2，第一列及第九列至第十七列地形地貌信息数据一起传给地形地貌风险评估模块4；

数据库匹配模块2用于接收数据接口模块1传来的杆塔信息数据；根据每基杆塔的经度和纬度计算每基杆塔1000m范围内的经纬度边界，根据经纬度边界及以落雷时间为检索条件于雷电信息库6中逐条检索出目标时间(如近一年、近两年或近三年)内所有杆塔周围1000m范围内的落雷信息；根据每基杆塔上的每个绝缘子型号于绝缘子参数库7中检索出与该绝缘子型号相对应的绝缘子的U50％雷电冲击动作电压值，直至所有杆塔上的所有绝缘子均检索出与绝缘子相对应的U50％雷电冲击动作电压值；并将所有杆塔的杆塔编号、落雷信息及U50％雷电冲击动作电压值、以及目标时间(如近一年、近两年或近三年)内所有杆塔雷击故障情况传送给过电压风险评估模块3；

过电压风险评估模块3用于接收数据库匹配模块2传来的所有杆塔的杆塔编号、落雷信息及U50％雷电冲击动作电压值、以及目标时间(如近一年、近两年或近三年)内所有杆塔雷击故障情况；根据每基杆塔的杆塔编号和落雷信息利用大圆路径计算法逐基计算所有杆塔的落雷点与杆塔之间的距离；根据每基杆塔的落雷信息和落雷点与杆塔之间的距离利用雷击感应过电压规程法逐基计算所有杆塔所遭受的雷击感应过电压幅值；根据计算的每基杆塔的雷击感应过电压幅值与U50％雷电冲击动作电压值比较，杆塔的雷击感应过电压幅值大于U50％雷电冲击动作电压值则统计一次，否则不计，统计造成每基杆塔上的绝缘子击穿的总落雷点数，每基杆塔的总落雷点数为每基杆塔的过电压风险评估结果，并统计所有杆塔的过电压风险评估结果连同目标时间(如近一年、近两年或近三年)内所有杆塔雷击故障情况传给综合评估排序模块5；

其中：大圆路径计算法的计算公式如下：

S＝R×cos^（-1)[sin(MLatA)×sin(MLatB)×cos(MLonA-MLonB)+cos(MLatA)×cos(MLatB)]×Pi/180

其中：R为地球平均半径

S为两点间距离

A点经纬度坐标(MLonA，MLatA)

B点经纬度坐标(MLonB，MLatB)；

雷击感应过电压规程法的计算公式如下：

其中：U_g为绝缘子上的感应过电压幅值

S为两点间距离

I为雷电流幅值

H_d为架空线路高度，也即杆塔高度；

地形地貌风险评估模块4用于接收数据接口模块1传来的地形地貌信息数据；通过对地形地貌数据进行解析，对每基杆塔地形地貌特征对应行的单元格中记“有”、“是”、“1”记号，即统计每基杆塔所占据的地形地貌特征的种类，对应的地形地貌特征根据地形地貌特征的权重比统计每基杆塔的地形地貌权重值，对标记“无”、“否”、“0”记号的对应地形地貌特征则不统计，即根据每基杆塔将所占据的各种地形地貌特征的权重比逐项相加得出每基杆塔的的权重值作为地形地貌风险评估结果，所有杆塔统计完权重值后，将得出的所有杆塔的地形地貌风险评估结果传给综合评估排序模块5；

其中：地形地貌特征的种类包括山顶、临水、大跨越、耐张转角、山谷、空旷地带及稻田与果园、地下有导电性矿和地下水位较高、山的向阳坡及低土壤电阻率；且地形地貌特征种类的权重比为山顶28％、临水26％、大跨越10％、耐张转角12％、山谷4％、空旷地带及稻田与果园12％、地下有导线性矿和地下水位较高2％、山的向阳坡4％及低土壤电阻率2％；另外，典型易雷区地形地貌特征权重通过调查和统计全国重点雷害地区的地形地貌特征及其对应雷击故障记录确定，且可根据实际应用情况做修正调整；

综合评估排序模块5，具有接收过电压风险评估模块3传来的所有杆塔的过电压风险评估结果，并由大到小排列形成过电压风险评估排序结果并输送给交互模块,所有杆塔的过电压风险评估结果的排序依据统计的落雷点数；接收地形地貌风险评估模块4传来的所有杆塔的地形地貌风险评估结果，并由大到小排列形成地形地貌风险评估排序结果并输送给交互模块，所有杆塔的地形地貌风险评估结果的排序依据是权重统计结果；以杆塔编号为特征求过电压风险评估排序结果与地形地貌风险排序评估结果的交集得出综合评估子集，即当某基杆塔既存在过电压风险又存在地形地貌风险则该杆塔可归入综合评估子集中，并将综合评估子集中的每基杆塔对应的过电压风险评估结果和地形地貌风险评估结果归一化后分别乘以每基杆塔对应的权重值，计算每基杆塔的综合评估结果，根据每基杆塔的综合评估结果对综合评估子集中的杆塔由大到小排序形成综合评估排序结果，并在每基杆塔后附加目标时间(近三年)内该基杆塔雷击故障情况为线路综合评估结果，输送给交互模块；

其中：对过电压风险评估排序结果和地形地貌风险评估结果进行求交集处理，首先新建一个综合评估子集，然后从过电压风险评估排序结果中逐条取出每基杆塔，以为杆塔编号为特征于地形地貌风险评估结果中匹配搜索相同杆塔，搜到则将该杆塔连同两个评估结果一同放入新建的综合评估子集中，若未搜到则不放入综合评估子集钟，继续进行下一根杆塔的匹配搜索，直到过电压风险评估排序结果中所有杆塔皆匹配搜索完毕，得到综合评估子集。并且，综合评估子集中每基杆塔对应的过电压风险评估结果和地形地貌风险评估结果归一化采用以下计算方式：

其中：T_t为归一化后的每基杆塔的过电压风险评估结果；

T_d为归一化后的每基杆塔的地形地貌风险评估结果；

T₁为每基杆塔雷击感应过电压幅值超过U50％雷电冲击动作电压值的落雷点数；

T₀为每基杆塔1000m区域内总的落雷点数；

D为地形地貌风险评估结果

因此，最终的评估结果最终的评估结果为根据选择的落雷时间给出的过电压风险评估排序结果、地形地貌风险评估排序结果以及两者综合评估排序结果，其中，线路综合评估结果除给出综合评估排序结果外，还给出了每基杆塔目标时间(近三年)内该基杆塔雷击故障情况；并且过电压风险评估排序结果、地形地貌风险评估排序结果以及两者综合的线路综合评估结果，在交互模块中对这三个评估的查看既可全部查看，也可根据排序任意选定区段进行局部查看。

综上所述，本实用新型基于区域化的配电线路雷害风险评估系统得出的评估结果比传统基于经验的方法更科学全面，该评估系统综合考虑区域历史落雷信息和区域地形地貌特征，考量因素更多，评估结果基于量化计算进行综合评价，结果更更可靠，解决了被动补救治理方式的被动性和滞后性，以及防雷规划没有技术支撑，无法有计划的、合理的、高效开展的问题；并且，该评估结果数据更丰富、参考价值高，评估结果不但给出了单项评估结果同时还给出了综合评估结果；另外，能对实施了雷害风险评估治理的配网线路，进行后续跟踪评估，为其防雷效果进行评价提供数据支撑；本实用新型评估系统使用方便、交互友好，能按给定表格统计线路信息，一次性将整条线路信息导入系统并自动计算直接过出结果，结果查看亦可根据需要选择区段查看。