一种10kV配网杆塔感应雷闪络风险自动评估方法及系统与流程

本发明涉及输配电线路防雷领域，具体涉及一种10kv配网杆塔感应雷闪络风险自动评估方法及系统。

背景技术：

我国10kv配电架空线路由于绝缘水平较低且无避雷线保护，极易发生雷害故障。据部分多雷地区配电线路的雷击跳闸事故甚至超过总数的50％。在目前的典型绝缘配置下，直击雷和感应雷均易造成绝缘闪络。由于10kv配电线路易受周边引雷设施，尤其是输电线路杆塔的屏蔽，更易发生感应雷跳闸。已有研究的数据表明，感应雷引起的雷害故障占绝大部分。随着社会经济的发展，对供电可靠性的要求越来越越高，降低感应雷闪络率具有重要意义。

目前国内外学者对感应雷过电压进行了系统性的研究，建立了过电压电磁暂态仿真模型，发现雷击距离、雷电流幅值、土壤电阻率是主要影响因素。在此基础上，运维单位可进行差异化的防雷评估和治理。然而，配网具有线路长、覆盖广、运维力量弱的特点，无法依靠现场勘查和“一线一案”的方式进行海量杆塔的风险评估工作。另一方面，随着近年来大数据基础建设的不断投入，运维单位已建立了各类基础数据库，初步具备了信息融合的数据基础。对此，亟需提出一种10kv配网杆塔感应雷闪络风险的自动评估方法。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是10kv配网具有线路长、覆盖广、运维力量弱的特点，无法依靠现场勘查和“一线一案”的方式进行海量杆塔的风险评估工作，目的在于提供一种10kv配网杆塔感应雷闪络风险自动评估方法及系统，采用雷电信息、地理信息和电力基础数据建立数据库，利用电磁暂态仿真结果构造过电压简化计算方法，建立感应雷闪络风险模型，解决了现有技术不能进行感应雷闪络风险自动评估的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种10kv配网杆塔感应雷闪络风险自动评估方法，包括以下步骤：步骤s1：通过对地闪地理数据库中数据进行预处理，获得雷击风险指标f1，所述雷击风险指标f1为反映雷电活动频繁程度的相对值；通过对地闪地理数据库、输电线路杆塔数据库和10kv配网杆塔数据库中数据进行预处理获得过电压风险指标f2，所述过电压风险指标f2为杆塔附近发生雷击后绝缘闪络的概率；步骤s2：根据待评估线路名称，对所述雷击风险指标f1和所述过电压风险指标f2进行计算，获取所述待评估线路名称对应的感应雷闪络风险综合指标f。

本发明通过地闪地理数据库、输电线路杆塔数据库和10kv配网杆塔数据库，构造感应雷闪络风险综合指标f，感应雷闪络风险综合指标f由雷击风险指标f1和过电压风险指标f2加权构成。根据10kv配网杆塔数据库、输电线路杆塔数据库和地闪地理数据库自动调取数据，获得雷击风险指标f1和过电压风险指标f2，而计算出感应雷闪络风险综合指标f，解决了现有技术不能进行感应雷闪络风险自动评估的问题，明显提升配网防雷评估与改造的工作效率。

进一步的，建立地闪地理数据库、输电线路杆塔数据库和10kv配网杆塔数据库；所述地闪地理数据库包括：地理网格编号、地闪密度值、雷电流幅值累计概率数据编号和区域土壤电阻率；所述输电线路杆塔数据库包括：地理网格编号、线路名称、杆塔编号、杆塔坐标和接地电阻；所述10kv配网杆塔数据库包括：地理网格编号、线路名称、杆塔编号、相邻杆塔编号、杆塔坐标、附近输电线路杆塔信息、局部土壤电阻率、配网绝缘雷电冲击50％放电电压u50％以及所述步骤s2计算所得的感应雷闪络风险综合指标f；其中，所述附近输电线路杆塔信息包括：所述10kv配网杆塔周边特定区域内是否有输电线路杆塔、输电线路杆塔与10kv配网杆塔的距离和输电线路杆塔接地电阻。

进一步的，所述过电压风险指标f2为杆塔附近发生雷击后绝缘闪络的概率，当所述10kv配网杆塔周边特定区域内有引雷设施时，杆塔附近发生雷击后绝缘闪络的概率为过电压闪络概率p1，所述过电压闪络概率p1的计算步骤如下：步骤a1：获取杆塔所在地理网格内的雷电流幅值累计概率密度数据和区域土壤电阻率ρ1，获取10kv配网杆塔数据库中的附近输电线路杆塔信息和配网绝缘雷电冲击50％放电电压u50％；步骤a2：将雷电流幅值离散递增等差序列i(1)作为雷电流幅值变量i的初始值；步骤a3：以雷电流幅值i、引雷设施与配网线路的垂直距离s和区域土壤电阻率ρ1为输入，计算过电压幅值v(i,s,ρ1)；步骤a4：比较过电压幅值v与绝缘的雷电冲击50％放电电压u50％，若v大于u50％，则根据i对应的累计概率p1(j)作为p1；否则，雷电流幅值变量i取雷电流幅值离散递增等差序列i(j+1)，重新进入所述步骤a3。

进一步的，当所述10kv配网杆塔周边特定区域内无引雷设施时，杆塔附近发生雷击后绝缘闪络的概率为过电压闪络概率p2，所述步骤a3包括：步骤a31：构造65m-200m的雷击距离等差序列s(j)；步骤a32：将所述等差序列s(j)定义为所述引雷设施与配网线路的垂直距离s；计算得到过电压闪络概率为p2(j)，将p2(j)序列的均值，作为过电压闪络概率p2。

进一步的，所述雷电流幅值累计概率数据编号为雷电流幅值累计概率数据的编号，雷电流幅值累计概率数据为：0a-200a范围内的雷电流幅值离散递增等差序列i(j)对应的累计概率密度序列p1(j)；所述雷电流幅值累计概率数据编号对应一个或多个所述地理网格编号。

进一步的，获取所述区域土壤电阻率的步骤如下：步骤b1：根据所述地理网格编号，从所述输电线路杆塔数据库中查询所述地理网格内是否有输电线路杆塔；步骤b2：若所述地理网格内有输电线路杆塔，则定义所述地理网格为第一地理网格,根据所述第一地理网格的编号，从所述输电线路杆塔数据库中获取所述第一地理网格内所有输电线路杆塔的接地电阻值，并计算所述接地电阻的平均值ra；步骤b3：根据所述接地电阻的平均值ra，计算区域土壤电阻率ρ1；步骤b4：若所述地理网格内没有输电线路杆塔，则定义所述地理网格为第二地理网格，将离第二地理网格最近的第一地理网格的区域土壤电阻率，定义为第二地理网格的区域土壤电阻率。

进一步的，所述局部土壤电阻率的获取步骤如下：步骤c1：若所述10kv配网杆塔周边特定区域内有输电线路杆塔，则根据输电线路杆塔接地电阻r，计算局部土壤电阻率ρ2；步骤c2：若所述10kv配网杆塔周边特定区域内无输电线路杆塔，则将所述地理网格的区域土壤电阻率定义为局部土壤电阻率。

进一步的，对所述雷击风险指标f1和所述过电压风险指标f2进行计算的公式为：f＝σf1+(1-σ)f2，其中，σ为权重。

进一步的，所述雷击风险指标f1计算公式如下：

其中，nsg为配网杆塔所在区域的地闪密度值。

本发明的另一种实现方式，一种10kv配网杆塔感应雷闪络风险自动评估系统，包括：数据模块：用于构建地闪地理数据库、输电线路杆塔数据库和10kv配网杆塔数据库；处理模块：用于构造感应雷闪络风险综合指标f，所述感应雷闪络风险综合指标f满足公式：f＝σf1+(1-σ)f2，其中，σ为权重，f1为雷击风险指标，f2为过电压风险指标；所述雷击风险指标f1为反映雷电活动频繁程度的相对值，通过对所述地闪地理数据库中数据进行预处理而获得所述相对值；所述过电压风险指标f2为杆塔附近发生雷击后绝缘闪络的概率,通过对所述地闪地理数据库、输电线路杆塔数据库和10kv配网杆塔数据库中数据进行预处理而获得所述概率；输出模块：用于根据待评估线路名称，计算所述待评估线路的感应雷闪络风险综合指标f。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明提供的10kv配网杆塔感应雷闪络风险自动评估方法，利用雷电信息、地理信息和电力基础数据建立地闪地理数据库、输电线路杆塔数据库和10kv配网杆塔数据库；利用电磁暂态仿真数据构造过电压简化计算方法，构建感应雷闪络风险模型；构造感应雷闪络风险综合指标f，由雷击风险指标f1和过电压风险指标f2加权构成；根据10kv配网杆塔数据库、输电线路杆塔数据库和地闪地理数据库自动调取数据，计算感应雷闪络风险综合指标f，解决了现有技术不能进行感应雷闪络风险自动评估的问题，明显提升配网防雷评估与改造的工作效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为实施例1风险自动评估方法示意图；

图2为实施例1的三个数据库及其之间的关系示意图；

图3为10kv配网杆塔附近100m内有引雷设施时的过电压闪络概率p1的计算方法示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示，本实施例1是一种10kv配网杆塔感应雷闪络风险自动评估方法。具体如下：

首先，建立地闪地理数据库、输电线路杆塔数据库和10kv配网杆塔数据库。

如图2所示的地闪地理数据库信息包括地理网格编号、地闪密度值、雷电流幅值累计概率数据编号、区域土壤电阻率。在建立地闪地理数据库前，将地图划分为若干网格区域，每个网格区域进行编号。地闪地理数据库中的地闪密度值，由网格区域内的多年地闪密度平均值。地闪地理数据库中的雷电流幅值累计概率数据编号对应了某一个或多个网格区域的雷电流幅值累计概率数据。雷电流幅值累计概率密度数据为0a～200a范围内的雷电流幅值离散递增等差序列i(j)对应的累计概率密度序列p1(j)。地闪地理数据库中的区域土壤电阻率，获取步骤如下：

步骤a：根据地理网格编号，从输电线路杆塔数据库查询该地理网格内是否有输电线路杆塔。若有，则进入步骤b；否则，进入步骤d

步骤b：根据地理网格编号，从输电线路杆塔数据库获取该地理网格内所有输电线路杆塔的接地电阻值，并计算平均值ra。

步骤c：采用如下公式，由接地电阻平均值ra计算区域土壤电阻率ρ：

由于运维单位对不同土壤电阻率下的杆塔接地电阻要求不同，土壤电阻率越大，接地电阻的上限值越大。国家标准和运维单位规程均对接地电阻在不同土壤电阻率下的上限值提出了要求。对此，可根据杆塔接地电阻实测值反推土壤电阻率。

步骤d：对于区域内无输电线路杆塔的地理网格，其区域土壤电阻率取离其最近的一个内部有输电线路杆塔的地理网格的值。

输电线路杆塔数据库如图2所示，包括地理网格编号、线路名称、杆塔编号、杆塔坐标和接地电阻。

如图2所示，10kv配网杆塔数据库包括地理网格编号、线路名称、杆塔编号、相邻杆塔编号、杆塔坐标、附近输电线路杆塔信息、局部土壤电阻率、配网绝缘雷电冲击50％放电电压u50％和感应雷过电压闪络风险等级。其中，感应雷过电压闪络风险等级需待最终评估后获取数据。在建立10kv配网杆塔数据库时，需根据10kv配网杆塔坐标和输电线路杆塔坐标，完善附近输电线路杆塔信息。

若10kv配网杆塔附近100m内有输电线路杆塔，则根据输电线路杆塔接地电阻r如下公式计算局部土壤电阻率：

由于运维单位对不同土壤电阻率下的杆塔接地电阻要求不同，土壤电阻率越大，接地电阻的上限值越大。国家标准和运维单位规程均对接地电阻在不同土壤电阻率下的上限值提出了要求。对此，可根据杆塔接地电阻实测值反推土壤电阻率。

若10kv配网杆塔附近100m内无输电线路杆塔，则取该地理网格内的区域土壤电阻率为局部土壤电阻率。

其次，构造感应雷闪络风险综合指标f，由雷击风险指标f1和过电压风险指标f2加权构成，公式如下：

f＝σf1+(1-σ)f2

其中，σ为雷击风险指标f1的权重，1-σ为过电压风险指标f2的权重，建议σ为0.23。

雷击风险指标f1为反映雷电活动频繁程度的相对值，通过我国地闪放电频度层级划分以及相应地闪密度范围构造，公式如下：

其中，nsg为配网杆塔所在区域的地闪密度值。

过电压风险指标f2为10kv配网杆塔附近发生雷击后绝缘闪络的概率。以感应雷过电压计算模块为基础，结合雷电流幅值累计概率密度数据、雷击点距离和土壤电阻率，分别构造10kv配网杆塔附近100m内有引雷设施和无引雷设施的过电压闪络概率，作为过电压风险指标f2的值。

10kv配网杆塔附近100m内有引雷设施时，如图3所示，过电压闪络概率p1计算步骤如下：

步骤a：获取杆塔所在地理网格内的雷电流幅值累计概率密度数据、区域土壤电阻率ρ，获取10kv配网杆塔数据库中的附近输电线路杆塔信息、配网绝缘雷电冲击50％放电电压u50％。

步骤b：将雷电流幅值离散递增等差序列i(1)作为雷电流幅值变量i的初始值。

步骤c：以雷电流幅值i、引雷设施与配网线路的垂直距离s、区域土壤电阻率ρ为输入，采用过电压计算函数v(i,s,ρ)计算过电压幅值v。

步骤d：比较过电压幅值v与绝缘的雷电冲击50％放电电压u50％。若v大于u50％，则根据i对应的累计概率p1(j)作为p1；否则，雷电流幅值变量i取雷电流幅值离散递增等差序列i(j+1)，重新进入步骤c。

10kv配网杆塔附近100m内无引雷设施时，过电压闪络概率p2计算步骤如下：

步骤a：构造65m-200m的雷击距离等差序列s(j)。

步骤b：以s(j)中每个值作为输入参数，采用10kv配网杆塔附近100m内有引雷设施时的计算步骤，计算过电压闪络概率p2(j)。

步骤c：求p2(j)序列的均值，作为过电压闪络概率p2。

然后，根据感应雷闪络风险综合指标f的取值，将10kv配网感应雷闪络风险划分为四个等级：高、较高、中和低。

在σ为0.23的情况下，风险等级与感应雷闪络风险综合指标f取值的关系如下表：

最后，输入待评估线路的名称，根据10kv配网杆塔数据库、输电线路杆塔数据库和地闪地理数据库自动调取数据，计算感应雷闪络风险综合指标f和风险等级。

本实施例1中10kv配网杆塔附近100m内是本发明发案的优选实施例。10kv配网杆塔附近特定区域内，指10kv配网杆塔附近80米内或附近120米内，都是可以的。附近特定区域内取值范围为附近80米到附近120米。

本实施例1提供的10kv配网杆塔感应雷闪络风险自动评估方法，利用雷电信息、地理信息和电力基础数据建立地闪地理数据库、输电线路杆塔数据库和10kv配网杆塔数据库；利用电磁暂态仿真数据构造过电压简化计算方法，构建感应雷闪络风险模型；构造感应雷闪络风险综合指标f，由雷击风险指标f1和过电压风险指标f2加权构成；根据感应雷闪络风险综合指标f的取值，将10kv配网感应雷闪络风险划分为四个等级：高、较高、中和低；根据10kv配网杆塔数据库、输电线路杆塔数据库和地闪地理数据库自动调取数据，计算感应雷闪络风险综合指标f和风险等级；解决了现有技术不能进行感应雷闪络风险自动评估的问题，明显提升配网防雷评估与改造的工作效率。

实施例2

本实施例2是一种10kv配网杆塔感应雷闪络风险自动评估系统，包括：

数据模块：用于构建地闪地理数据库、输电线路杆塔数据库和10kv配网杆塔数据库；

处理模块：用于构造感应雷闪络风险综合指标f，感应雷闪络风险综合指标f满足公式：f＝σf1+(1-σ)f2，其中，σ为权重，f1为雷击风险指标，f2为过电压风险指标；雷击风险指标f1为反映雷电活动频繁程度的相对值，通过对地闪地理数据库中数据进行预处理而获得相对值；过电压风险指标f2为杆塔附近发生雷击后绝缘闪络的概率,通过对地闪地理数据库、输电线路杆塔数据库和10kv配网杆塔数据库中数据进行预处理而获得概率；

输出模块：用于根据待评估线路名称，计算待评估线路的感应雷闪络风险综合指标f。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。