一种基于分段地形的导线跳闸率计算及评估方法

摘要

一种基于分段地形的导线跳闸率计算及评估方法，包括如下步骤：1）地形数据挖掘分析；2）杆塔横向引雷范围等比划分；3）地面倾角值分段计算；4）杆塔雷击跳闸率逐相计算；5）雷害风险等级评估；6）治理方案专项制定。步骤1）建立完整的地理信息数据库，步骤2）~3）实现地面倾角精确分段计算，步骤4）~5）完成针对导线的跳闸率计算及风险等级评估，步骤6）生成线路差异化防雷评估及治理策略防雷改造。本发明的有益效果：修正输电线路防雷计算中传统地面倾角唯一值的概念，提升地面倾角值影响因素的精度，并以导线为单位计算杆塔雷击跳闸率，获取更准确的杆塔雷击跳闸率，实现雷害风险等级的准确评估，进而提高整个改造方案的经济性。

权利要求

1.一种基于分段地形的导线跳闸率计算及评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）地形数据挖掘分析：以高精度地形地貌数据为基础，通过对其深度挖掘分析获取坐标、高程差、海拔、坡度内部表征信息，建立地理信息数据库；

2）杆塔横向引雷范围等比划分：以输电线路走向为纵向基准线，以杆塔自身参数为基础，计算获取杆塔左右两侧的横向引雷范围，并将横向引雷范围等比例分为8段、得到8个等分点与1个中心点，通过横、纵向距离分别精确计算获取8个等分点坐标；

3）地面倾角值分段计算：以步骤2）中8个等分点坐标为基准，通过数据库调取8个分段点的内部表征信息，获取8个等分点与中心点的纵向高程差及横向水平距离，分别计算出8个等分点相对中心点的地面倾角值，分别取左、右4个等分点的算术平均值作为左、右地面倾角等效计算值，实现线路引雷范围内地形地貌高度还原；

4）杆塔雷击跳闸率逐相计算：以左侧导线、中间导线、右侧导线三相导线为单位，根据步骤3）选取对应地面倾角值进行各相导线跳闸率的计算，然后将三相导线跳闸率相加即得到杆塔雷击跳闸率；

5）雷害风险等级评估：以输电线路所处电压等级的国网雷击跳闸率标准为基准，结合杆塔实际地闪密度值计算获取杆塔实际跳闸率指标，衡量各基杆塔耐雷性能是否合格，实现高风险杆塔的准确筛选；

6）治理方案专项制定：以步骤5）筛选得到的高风险杆塔作为治理目标，以步骤4）各相导线跳闸率计算结果为依据，以风险等级、改造资金及改造目标多维度信息为约束条件，制定具体到导线的最优差异化防雷评估及治理策略，具体为：对于雷害风险等级为D的杆塔安装线路避雷器为防雷改造措施，安装相的选择及改造效果的评估将以导线跳闸率计算结果为依据；针对此基杆塔，避雷器优先安装跳闸率计算结果最高相A相，安装完毕后，杆塔雷击跳闸率为B相与C相跳闸率相加值0.3499次/百公里*年、雷害风险等级为C级，未达到改造目标，再进行C相避雷器的安装，此时杆塔雷击跳闸率为0.0966次/百公里*年、雷害风险等级为A，达到改造要求，完成此基杆塔的改造。

2.根据权利要求1所述的基于分段地形的导线跳闸率计算及评估方法，其特征在于，所述步骤4）中当杆塔为单回杆塔时，设杆塔从左往右读取的相序为：CBA，则C相导线跳闸率计算取左地面倾角值，B相导线跳闸率计算取左地面倾角值、右地面倾角的算术平均值，A相导线跳闸率计算取右地面倾角值。

3.根据权利要求1所述的基于分段地形的导线跳闸率计算及评估方法，其特征在于，所述步骤5）中输电线路所处电压等级的国网雷击跳闸率标准包括标准地闪密度值N标及该条件下的跳闸率指标M标，杆塔实际地闪密度值N实通过雷电定位系统获取，杆塔实际跳闸率指标M实满足：M实=N实/N标*M标。

说明书

一种基于分段地形的导线跳闸率计算及评估方法

技术领域

[0001] 本发明属于输电线路防雷评估与保护领域，具体涉及一种基于分段地形的导线跳闸率计算及评估方法。

背景技术

[0002] 伴随着“西电东送、南北互供，全国联网”战略的实施，电力资源实现了在全国范围内的优化配置，能源利用率大幅提升、经济效益显著提高。但因此也使得电网结构不断复杂、电网规模不断扩大，盘山、沿山线路占比不断上升，复杂的地形地貌情况严重影响了线路的实际防雷性能，雷击所引起的线路跳闸故障占比高居不下，如何精确性分析地形因素对跳闸率的精确定量影响成为当前主要难题。

[0003] 传统线路雷击跳闸率计算方法中，地形分为三种：平原、丘陵、山区，计算取值分别为0°、15°、30°，整基杆塔三相导线跳闸率计算均为同一地面倾角值。从取值精度上分析，实际地形地貌从0°到90°均可能存在，特别随着陡度的增加，对杆塔跳闸率影响越大，仅以笼统的3个界限值代替所有情况，准确度极低。在跳闸率计算时，各相导线采用同一地面倾角值计算，因地面倾角的定义唯一，同一地面倾角在杆塔处的模型反应为：不是山谷、就是山顶，计算出的结果无法反应线路实际防雷水平。因此，为使地形地貌影响因素全面且准确的雷击跳闸率计算结果中，有必要提出一种基于分段地形的导线跳闸率计算及评估方法。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述不足，利用现有高精度地形地貌数据，弥补当前地形参数匹配度不足，矫正以同一地面倾角进行整基杆塔跳闸率计算的方法，提供一种基于分段地形的导线跳闸率计算及评估方法，大幅提高计算结果准确性及评估结果可靠性。

[0005] 本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

[0006] 一种基于分段地形的导线跳闸率计算及评估方法，包括如下步骤：

[0007] 1）地形数据挖掘分析：以高精度地形地貌数据为基础，通过对其深度挖掘分析获取坐标（经度及纬度）、高程差、海拔、坡度等内部表征信息，建立地理信息数据库；

[0008] 2）杆塔横向引雷范围等比划分：以输电线路走向为纵向基准线，以杆塔自身参数（杆塔高度及避雷线中距）为基础，计算获取杆塔左右两侧的横向引雷范围（杆塔左右侧地面为研究对象，引雷宽度为横向研究范围），并将横向引雷范围等比例分为8段、得到8个等分点与1个中心点，通过横、纵向距离分别精确计算获取8个等分点坐标；

[0009] 3）地面倾角值分段计算：以步骤2）中8个等分点坐标为基准，通过数据库调取8个分段点的内部表征信息，获取8个等分点与中心点的纵向高程差及横向水平距离，分别计算出8个等分点相对中心点的地面倾角值，分别取左、右4个等分点的算术平均值作为左、右地面倾角等效计算值，实现线路引雷范围内地形地貌高度还原；

[0010] 4）杆塔雷击跳闸率逐相计算：以左侧导线、中间导线、右侧导线等三相导线为单位，根据步骤3）选取对应地面倾角值进行各相导线跳闸率的计算，然后将三相导线跳闸率相加即得到杆塔雷击跳闸率；

[0011] 5）雷害风险等级评估：以输电线路所处电压等级的国网雷击跳闸率标准为基准，结合杆塔实际地闪密度值计算获取杆塔实际跳闸率指标，衡量各基杆塔耐雷性能是否合格，实现高风险杆塔的准确筛选；

[0012] 6）治理方案专项制定：以步骤5）筛选得到的高风险杆塔作为治理目标，以步骤4）各相导线跳闸率计算结果为依据，以风险等级、改造资金及改造目标等多维度信息为约束条件，制定具体到导线的最优差异化防雷评估及治理策略。

[0013] 按上述方案，所述步骤4）中当杆塔为单回杆塔时，设杆塔从左往右（小号侧往大号侧）读取的相序为：CBA，则C相导线（左侧导线）跳闸率计算取左地面倾角值，B相导线（中间导线）跳闸率计算取左地面倾角值、右地面倾角的算术平均值，A相导线（右侧导线）跳闸率计算取右地面倾角值。

[0014] 按上述方案，所述步骤5）中输电线路所处电压等级的国网雷击跳闸率标准包括标准地闪密度值N标及该条件下的跳闸率指标M标，杆塔实际地闪密度值N实通过雷电定位系统获取，杆塔实际跳闸率指标M实满足：M实=N实/N标*M标。

[0015] 本发明的工作原理：以“地形数据挖掘分析→杆塔横向引雷范围等比划分→地面倾角值分段计算→杆塔雷击跳闸率逐相计算→雷害风险等级评估→治理方案专项制定”的技术路线实现输电线路的精细化防雷改造，具体为：以高精度地形地貌数据为基础，通过深度挖掘内部信息获取坐标、高程差、海拔、坡度等信息；同时以输电线路走向为基准线，杆塔左右侧地面为研究对象，分8点精确计算导线侧地面倾角，实现线路引雷范围内地形地貌高度还原；取左右两侧4点地面倾角平均值为导线侧地面倾角实际值，融入杆塔雷击跳闸率计算中，进而实现计算结果精度的大幅提升及雷害风险等级的准确评估。

[0016] 本发明的有益效果在于：

[0017] 1、基础数据方面，利用多等分划分实现地形地貌的分段取值，修正输电线路防雷计算中传统地面倾角唯一值的概念，将杆塔横向引雷范围等比划分8段(左、右各4段)分别计算左右地面倾角值，并结合相导线实际分布情况差别性选取计算值，进而大大提升防雷计算中地面倾角值影响因素的精度；

[0018] 2、仿真计算中，取杆塔左右两侧4点地面倾角平均值为导线侧地面倾角实际值，大幅提升各相导线跳闸率计算结果精度，带入以导线为单位的杆塔雷击跳闸率分相计算中，获取更准确的杆塔整体雷击跳闸率，实现雷害风险等级的准确评估，为后期针对导线的差异化防雷改造提供强有力指导；

[0019] 3、改造方案中，以相导线计算结果为基础，结合改造金额、改造目标，将改造措施配置到导线层面，为线路改造提供可靠指导，实现投入、治理双赢效果，提高整个改造方案的经济性。

附图说明

[0020] 图1为本发明的原理框架示意图；

[0021] 图2为本发明的实施流程框架示意图。

具体实施方式

[0022] 为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。

[0023] 如图1所示，本发明所述的基于分段地形的导线跳闸率计算及评估方法，具体实施的步骤如下：

[0024] 1）地形数据挖掘分析（整个计算方法的基础）：尽可能选取高精度地形地貌数据为基础，通过对其深度挖掘分析获取坐标（经度及纬度）、高程差、海拔、坡度等内部表征信息，建立地理信息数据库；

[0025] 2）杆塔横向引雷范围等比划分：以输电线路走向为纵向基准线，以杆塔自身参数（杆塔高度及避雷线中距）为基础，计算获取杆塔左右两侧的横向引雷范围（杆塔左右侧地面为研究对象，引雷宽度为横向研究范围），并将横向引雷范围等比例分为8段、得到8个等分点与1个中心点，通过横、纵向距离分别精确计算获取8个等分点坐标；

[0026] 3）地面倾角值分段计算：以步骤2）中8个等分点坐标为基准，通过数据库调取8个分段点的内部表征信息，获取8个等分点与中心点的纵向高程差及横向水平距离，分别计算出8个等分点相对中心点的地面倾角值，分别取左、右4个等分点的算术平均值作为左、右地面倾角等效计算值，实现线路引雷范围内地形地貌高度还原；

[0027] 4）杆塔雷击跳闸率逐相计算：以左侧导线、中间导线、右侧导线等三相导线为单位，根据步骤3）选取对应地面倾角值进行各相导线跳闸率的计算（需严格确认各相导线所属回路方位，在确认方位信息并选择正确导线侧地面倾角值后再进行仿真计算，获取的三相导线跳闸率结果将分别存储），然后将三相导线跳闸率相加即得到杆塔雷击跳闸率；

[0028] 5）雷害风险等级评估：以输电线路所处电压等级的国网雷击跳闸率标准（包括标准地闪密度值N标及该条件下的跳闸率指标M标）为基准，结合杆塔实际地闪密度值N实（N实通过雷电定位系统获取）计算获取杆塔实际跳闸率指标M实，衡量各基杆塔耐雷性能是否合格，实现高风险杆塔的准确筛选；

[0029] 6）治理方案专项制定：以步骤5）筛选得到的高风险杆塔作为治理目标，以步骤4）各相导线跳闸率计算结果为依据，以风险等级、改造资金及改造目标等多维度信息为约束条件，制定具体到导线的最优差异化防雷评估及治理策略。

[0030] 上述步骤1）建立完整的地理信息数据库，步骤2）~3）实现地面倾角精确分段计算，步骤4）~5）完成针对导线的跳闸率计算及风险等级评估，步骤6）生成线路差异化防雷评估及治理策略防雷改造，使该技术应用于实际生产。

[0031] 如图2所示，上述步骤6）制定具体到导线的最优差异化防雷评估及治理策略主要分为四个层次：基础数据分析层、地面倾角计算层、雷击跳闸率计算及评估层、改造方案制定层。各层级依次递进，基础数据分析层实现地理信息数据的解密挖掘，将其转换为计算可用的定量数据；地面倾角计算层利用解密后地理数据，以地面倾角形式还原杆塔引雷范围内地面起伏走势，并将左右地面倾角分开考虑，实现地形地貌对跳闸率影响的差异化考虑；雷击跳闸率计算及评估层为核心层，其将差异性的地形地貌结果融入针对导线的跳闸率计算中，并结合杆塔实际跳闸率指标进行危险杆塔的确定；改造方案制定层为最终层，其将结合多方面因素生成经济性最佳的改造方案，以提供防雷改造的精确指导。

[0032] 实施例：

[0033] 2009~2013年期间，某500kV单回杆塔共发生3次雷击跳闸故障，成为整条线路的高危杆塔。该杆塔高度h=82米，避雷线中距x=9.6米，杆塔横向引雷范围：S=4h+4x=4*82+4*9.6=355.6米，杆塔坐标为(111.20539, 30.84018)，等分8段后各等分点坐标分别为：左4(111.20582, 30.841079)、左3(111.20571, 30.840854)、左2(111.20561, 30.840629)、左1(111.20549, 30.84040)、右1(111.20495, 30.83928)、右2 (111.20506, 30.83951)、右3(111.20517, 30.83973)、右4 (111.20528, 30.83995)。

[0034] 在高精度地形地貌地图上定位各点位置并挖掘其内部信息，获取各等分点相对中心点0的纵向高程差、横向水平距离：左4→0(673.18,44.45)、左3→0(672.44,44.45)、左2→0(669.03,44.45)、左1→0(663.35,44.45)、0←右1(619.77,44.45)、0←右2 (628.21,44.45)、0←右3(637.71,44.45)、0←右4 (646.68,44.45)，进而算出各等分点相对中心点的地面倾角值：θ左4(9.19)、θ左3(11.67)、θ左2(13.87)、θ左1(15.86)、θ右1(-18.33)、θ右2 (-
18.67)、θ右3(-18.33)、θ右4 (-18.33)，分别取左右4个等分点相对中心点0的地面倾角值算术平均值后获取左地面倾角值θ左 (12.64)、右地面倾角值θ右 (-18.41)。

[0035] 杆塔从小号侧往大号侧读取的相序为：CBA，因其为单回杆塔，因此C相导线跳闸率计算取左地面倾角值，B相导线跳闸率计算取左地面倾角值、右地面倾角的算术平均值，A相导线跳闸率计算取右地面倾角值，各相导线跳闸率及杆塔雷击跳闸率计算结果分别为C相导线跳闸率：0.2533次/百公里*年、B相导线跳闸率：0.0966次/百公里*年、A相导线跳闸率：0.2943次/百公里*年，将CBA三相导线跳闸率相加即为杆塔雷击跳闸率：0.6442次/百公里*年。

[0036] 通过雷电定位系统统计获得该杆塔实际地闪密度值N实：4.078次/平方公里*年，500kV线路标准地闪密度值N标为2.78次/平方公里*年条件下跳闸率指标M标为0.14次/百公里*年，等比换算后该杆塔实际跳闸率指标M实为：M实=N实/N标*M标=0.205次/百公里*年，将其与计算结果进行对比、评估，该杆塔雷害风险等级为D，为潜在高风险杆塔，需重点改造。

[0037] 对于雷害风险等级为D的杆塔建议安装线路避雷器为防雷改造措施，安装相的选择及改造效果的评估将以导线跳闸率计算结果为依据。针对此基杆塔，避雷器优先安装跳闸率计算结果最高相A相，安装完毕后，杆塔雷击跳闸率为B相与C相跳闸率相加值0.3499次/百公里*年、雷害风险等级为C级，未达到改造目标，再进行C相避雷器的安装，此时杆塔雷击跳闸率为0.0966次/百公里*年、雷害风险等级为A，达到改造要求，完成此基杆塔的改造，上述针对导线的防雷改造即为此基杆塔的治理策略。

[0038] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，因此，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权利要求范围之内。