针对山火条件下架空输电线路跳闸概率的估计方法及山火防控方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种针对山火条件下架空输电线路跳闸概率的估计方法及山火防控 方法。
【背景技术】
[0002] 大部分架空输电线走廊经过山区、农区，气候变化以及农民烧荒等现象导致山火、 农火现象频发，在短期内对架空输电线路的可靠性造成很大影响，使线路极易发生故障，可 能导致区域停电事故等严重后果。因此，对山火发生时的架空输电线路进行停运建模，预测 该时期内的实时动态故障概率，对系统在山火灾害下的可靠运行有重要意义。
[0003] 在全世界范围内，各国家和地区都发生过输电线路因山火的跳问事故，造成停电 事故，影响到电网的安全稳定运行，所以很多研究者都在山火对输电线路可靠性影响方面 展开了大量研究。但就目前的相关成果来说，少见结合山火状况建立输电线路跳闸概率的 估计方法方面的研究成果。这一方面是由于在电力系统领域还未广泛深入地开展山火及 其引起的故障的相关数据记录、分析工作；另一方面，各相关领域研究成果的未联系加以研 究，致使各成果之间较为孤立。这导致在电网实际运行中，无法预测山火发生时对输电线路 可靠性的影响，不能满足电网的实际需求。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的问题是提供一种针对山火条件下架空输电线路跳闸概率的估 计方法，预测山火发生时对输电线路可靠性的影响。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种针对山火条件下架空输 电线路跳闸概率的估计方法及山火防控方法，所述方法包括以下步骤：
[0006] (1)基于风力气象参数和可燃物参数建立山火数学模型，包括：
[0007] 当无风时，点火源起火后形成以点火源为圆心的圆形火场，火场大小通过自山火 的点火源处沿着圆形的径向向前蔓延的距离r = V。!:确定，其中，V。为无风时山火蔓延速度， t为过火时间，山火蔓延速度方程为
[0008] 式中，L为反应强度，€为热通量比系数，P b、ε、Qlg均为可燃物特性相关的常 数；
[0009] 当有风时，点火源起火后形成以点火源为焦点的椭圆形火场，椭圆的长轴方向为 山火最大蔓延速度方向，与风矢量方向一致，定义k为椭圆的半长轴a和半短轴b的比值， 即k = a/b，火场大小通过k = a/b、经验公式k = 1+λ V以及自山火的点火源处沿着椭圆 的长轴方向向前蔓延的距离df =Vt确定，其中，λ为系数，参考值为0.25, V为风速，V为 有风时山火最大蔓延速度，有风时山火最大蔓延速度方程为：
[0010] V = ν〇(1+Φν) (2)
[0011] 式中，Φν为风速修正系数。
[0012] (2)建立火线区域温度变化模型，包括：
[0013] 利用美国Byram的公式估计火线强度I :
[0014] 1 = 3. 6Qwv (3)
[0015] 式中，Q为燃料流燃烧的热量，w为在火焰单位面积上消耗的燃料的质量；
[0016] 根据纷?韦格尔经验公式计算火线区域温度：
[0017]
[0018] 式中，Δ Θ为相对于正常空气温度的温升，H为距离地面的高度。
[0019] (3)建立山火条件下空气间隙击穿电压校正模型，包括：
[0020] 引入为大气校正因数Kt，Kt= K dKh，其中，Kd为空气密度校正因数，Kh为空气湿度 校正因数；
[0021] 基于火线区域温度计算空气相对密度δ，计算公式为：
[0022]
[0023] 式中，口°为标准参考大气条件下的大气压强，P为山火条件下的大气压强，Θ °为标 准参考大气条件下的气体温度，Θ为山火条件下的气体温度；空气密度校正因数Kd取决于 空气相对密度S，表达式为：
[0024] Kd= δ m (6)
[0025] 式中，指数m的具体取值参考国家标准；
[0026] 空气湿度校正因数Kh满足如下关系：
[0027] Kh=Kw (7)
[0028] 式中，系数K和指数W的具体取值参考国家标准；
[0029] 引入颗粒校正因数Kp，采用双曲线拟合颗粒校正因数Kp与烟浓度R的关系：
[0030]
[0031] 其中，当浓烟充满整个间隙时，烟浓度R为100%，Kp= 1/15,当火焰洁净，不存在 烟浓度时，烟浓度R为〇%，Kp= 1 ;
[0032] 山火条件下空气间隙的工频击穿电压U为：
[0033] U = KtKpU0 (9)
[0034] 式中，U°为标准大气条件下空气间隙的工频击穿电压。
[0035] (4)建立输电线路跳闸概率模型，包括：
[0036] 空气间隙击穿概率分布接近于正态分布，通常可用50 %击穿电压U5。和变异系数z 来表示，山火条件下空气间隙击穿的概率密度函数为：
[0037]
[0038] 式中，U为实际电压，均值μ等于U5。，标准差〇等于zU 5。；
[0039] z取值为2 %~8 %，正常情况下区2 %，山火条件下取4 %，于是山火条件下空气间 隙击穿的概率表不为：
[0040]
[0041] (5)计算导线对地放电概率和导线对导线放电概率，包括：
[0042] 获取实际点火源位置参数、风力气象参数、可燃物参数、输电线路电压等级、导线 距地面高度和导线与导线之间的距离；
[0043] 将实际点火源位置参数、风力气象参数和可燃物参数作为山火数学模型的输入， 计算山火蔓延速度，确定火场形状和大小，基于火场形状和大小判断输电线路是否受山火 影响；
[0044] 如果输电线路受山火影响，将可燃物参数、导线距地面高度和山火蔓延速度作为 火线区域温度变化模型的输入，计算火线区域温度，查长气隙工频50%击穿电压与气隙距 离关系图，基于导线距地面高度确定导线对地50%击穿电β !^^基于导线与导线之间的 距离确定导线对导线50%击穿电压U^;
[0045] 将火线区域温度和导线对地50%击穿电压U|0作为山火条件下空气间隙击穿电 压校正模型的输入，计算山火条件下导线对地空气间隙的工频击穿电压U 1，将火线区域温 度和导线对导线50%击穿电压作为山火条件下空气间隙击穿电压校正模型的输入，计 算山火条件下导线对导线空气间隙的工频击穿电压U 2;
[0046] 将实际相地电压和山火条件下导线对地空气间隙的工频击穿电压U1作为输电线 路跳闸概率模型的输入，计算导线对地放电概率，将实际相间电压和山火条件下导线对导 线空气间隙的工频击穿电压U 2作为输电线路跳闸概率模型的输入，计算导线对导线放电概 率。
[0047] 本发明还提供了一种山火防控方法，所述方法包括以下步骤：先统计点火源范围、 点火源所在范围内的风力气象参数和可燃物参数，再利用上述技术方案所述的针对山火条 件下架空输电线路跳闸概率的估计方法确定过火时间t时的火场边界及输电线路跳闸概 率，依据输电线路跳闸概率在火场边界布置灭火装置，输电线路跳闸概率越高，灭火装置沿 着火场边界布置得越密集。
[0048] 有益效果：
[0049] 采用上述技术方案后，该发明针对山火条件下架空输电线路跳闸概率的估计方 法，预测输电线路随山火条件变化的实时故障概率，能很好地为灾害条件下的决策人员提 供及时的预警信息，反映实际条件下输电线路的实际故障情况。
【附图说明】
[0050] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步说明：
[0051] 图1为本发明一种针对山火条件下架空输电线路跳闸概率的估计方法的步骤流 程图；
[0052] 图2为本发明无风时圆形火场的示意图；
[0053] 图3为本发明有风时椭圆形火场的示意图。
【具体实施方式】
[0054] 实施例一：
[0055] -种针对山火条件下架空输电线路跳闸概率的估计方法，如图1所示，包括以下 步骤：
[0056] (1)基于风力气象参数和可燃物参数建立山火数学模型，包括：
[0057] 当无风时，点火源起火后形成以点火源为圆心的圆形火场，见图2,火场大小通过 自山火的点火源处沿着圆形的径向向前蔓延的距离r = V。!:确定，其中，V。为无风时山火蔓 延速度，t为过火时间，山火蔓延速度方程为：
[0058]
'
[0059] 式中，L为反应强度，€为热通量比系数，P b、ε、Qlg均为可燃物特性相关的常 数；
[0060] 当有风时，点火源起火后形成以点火源为焦点的椭圆形火场，见图3,椭圆的长轴 方向为山火最大蔓延速度方向，与风矢量方向一致，定义k为椭圆的半长轴a和半短轴b的 比值，即k = a/b，火场大小通过k = a/b、经验公式k = l+λν以及自山火的点火源处沿着 椭圆的长轴方向向前蔓延的距离df =Vt确定，其中，λ为系数，参考值为0.25, V为风速， V为有风时山火最大蔓延速度，有风时山火最大蔓延速度方程为：
[0061] V = V0 (1+ Φ v) (2)
[0062] 式中，Φν为风速修正系数。
[0063] (2)建立火线区域温度变化模型，包括：
[0064] 利用美国Byram的公式估计火线强度I :
[0065] 1 = 3. 6Qwv (3)
[0066] 式中，Q为燃料流燃烧的热量，w为在火焰单位面积上消耗的燃料的质量；
[0067] 根据纷?韦格尔经验公式计算火线区域温度：
[0068]
[0069] 式中，Δ Θ为相对于正常空气温度的温升，H为距离地面的高度。
[0070] (3)建立山火条件下空气间隙击穿电压校正模型，包括：
[0071] 引入为大气校正因数Kt，Kt= K dKh，其中，Kd为空气密度校正因数，Kh为空气湿度 校正因数；
[0072] 基于火线区域温度计算空气相对密度δ，计算公式为：
[0073]
[0074] 式中，口°为标准参考大气条件下的大气压强，P为山火条件