本发明公开了一种基于输电线路山火灾害风险评估以及应急决策方法。该方法结合输电线路山火跳闸机理计算现场山火引起输电线路跳闸的概率，并计算线路跳闸后的负荷损失，根据跳闸概率及负荷损失评估出跳闸风险值。然后根据输电线路电压等级、山火跳闸综合负荷损失量、山火跳闸风险值计算输电线路现场山火处置优先级，科学地给出配置可供支配资源的最优决策方案。使用该方法应可达到快速准确并以最佳方案处置山火效果，亦应思路新颖、流程清晰，可为输电线路山火现场处置提供一种既高效又经济的技术手段。
1.一种输电线路山火灾害的风险评估与应急决策方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)、收集火点卫星监测数据，即在线收集火点数据信息，该数据信息包括火点的坐标、火场面积；
(2)、获取输电线路山火告警信息，即将火点信息导入到输电线路山火监测及预警系统中，结合输电线路山火监测及预警系统中的线路杆塔坐标，得到输电线路山火告警信息；
(4)、计算输电线路因山火跳闸概率P及事故负荷损失OLC，进而得出风险值Risk＝OLC×P；
(5)、应急决策，即确定输电线路电压等级系数，计算输电线路山火跳闸负荷损失量，计算输电线路山火跳闸风险值，用输电线路电压等级系数乘以输电线路山火跳闸风险值，计算得出输电线路现场山火处置优先级；
(6)、资源配置，即当同时出现大面积山火而现有应急决策资源有限时，优先处置输电线路现场山火处置优先级较大的输电线路山火；
步骤(1)中火点数据信息从国家气象卫星中心发布的红外卫星遥感数据中在线收集；
步骤(2)中山火告警信息包括火点离最近的杆塔号、距离杆塔的直线距离以及相对杆塔的方位；
步骤(3)中获取输电线路山火现场信息的途径为：输电线路运维单位根据输电线路山火告警信息派线路运维专员及时到达山火现场，向输电线路山火预警中心上传山火现场视频和实测数据，该实测数据包括地形地貌、输电线路基本信息、山火附近植被信息、风速风向、输电线路下方的温度特征、现场烟尘浓度；
步骤(4)中输电线路因山火跳闸事故负荷损失费用，计算方法如公式(1)和公式(2)所示：OLC(t)＝CCDF(t)·PR,t (2)
其中，OLC(t)为输电线路山火跳闸后所影响的用户持续停电t小时的负荷损失费用；
CCDF(t)为输电线路跳闸后所影响的用户持续停电t小时的用户综合负荷损失；PR,t为输电线路跳闸后所影响用户持续停电t小时的负荷损失；N为输电线路上的用户分类数目；Pk为第k类用户的年电能消耗量；SCDFk(t)为第k类用户负荷持续停电t小时的损失；
步骤(4)中计算山火条件下输电线路发生跳闸的概率，具体步骤如下：(41)计算山火条件下发生空气间隙击穿概率：假设火焰底部温度为T0，火焰间隙区温度为T1，则火焰高度为Hf处对火焰底部物体的击穿电压为：式中，Ea为标准大气条件下的闪络场强；
引入山火条件下的空气湿度校正因子Kt；引入颗粒物校正因子Kp：其中，R为空气中烟浓度；
根据山火跳闸机理中的影响因素以及大气试验与山火跳闸之间的不同，引入了校正因子，得出山火条件下输电线路的工频击穿电压Ubreak为：0
气隙击穿的概率分布接近于正态分布，通常用50％击穿电压U50和变异系数z来表示；在山火条件下，空气破坏性放电概率同样以正态分布表示，其概率密度函数为：其中，U为间隙实际电压，均值μ等于U50，标准差σ等于zU50；在不同间隙的电场形式与不同类型的击穿电压下，分散性是不同的，变异系数z取值为2％～8％，并且在正常情况下，空气间隙工频击穿电压的分散性不大，取2％；考虑山火发生时，颗粒导致空气间隙更不均匀，分散性会增大，所以山火发生时，变异系数z取4％；因此，山火时发生空气间隙击穿概率为：(42)计算输电线路相对地击穿发生概率：
根据现场实测线路参数信息获取山火附近输电线路离地面的距离h，通过查找工频电压下长气隙击穿电压从而得到输电线路距离地面为h的50％击穿电压 在输电线路附近发生山火时，根据火行为特征计算各校正系数，然后由式(6)对该50％击穿电压进行校正；
再由式(8)和实际的相地电压计算导线对地放电概率；
根据现场实测线路参数信息获取山火附近输电线路的两相距离d，通过查找工频电压下长气隙击穿电压从而得到输电线路两相之间距离为d的50％击穿电压 在山火发生时，根据山火行为参数计算各校正系数，然后由式(6)对该50％击穿电压进行校正；再由式(8) 和实际的相间电压计算导线之间放电概率；
(44)计算山火条件下输电线路发生跳闸的概率：根据输电线路电压等级下历史统计数据中发生相对地击穿和相间击穿的比例分布，计算在山火条件下输电线路发生跳闸的概率：P(U)＝a·Pg(U)+b·Pp(U) (9)
a为某一电压等级下因山火历史跳闸相对地击穿次数占山火历史跳闸总次数的比例，b为某一电压等级下因山火历史跳闸相间击穿次数占山火历史跳闸总次数的比例；Pg(U)、Pp(U)分别是某一电压等级下发生相对地击穿导致输电线路跳闸的概率和相间击穿导致输电线路跳闸的概率。
2.根据权利要求1所述的输电线路山火灾害的风险评估与应急决策方法，其特征在于，步骤(5)中应急决策的具体步骤包括：(51)确定输电线路电压等级系数r，即根据线路电压等级确定相应的电压等级系数；
(52)计算输电线路山火跳闸负荷损失量OLC(ti)，即计算得到第i个山火火场影响的输电线路跳闸后所影响的用户持续停电ti小时的负荷损失费用OLC(ti)；
(53)计算输电线路山火跳闸风险值，输电线路山火跳闸风险值为区域内所有火点产生的输电线路山火跳闸风险值之和，其值为：Riski＝OLC(ti)×P(U)，其中，0≤i≤m,m为火点数目,P(U)在山火条件下输电线路发生跳闸的概率；
(54)计算输电线路山火处置优先级，即根据输电线路电压等级系数r、输电线路山火跳闸风险值Risk计算输电线路现场山火处置优先级：Pri＝r×Risk
一种输电线路山火灾害的风险评估与应急决策方法
技术领域
[0001] 本发明属于电气工程技术领域，具体涉及一种输电线路山火灾害的风险评估与应急决策方法。
背景技术
[0002] 随着国家对“退耕还林”政策越来越优惠，荒山荒地逐渐被茂密的植被所覆盖，输电线路走廊附近的植被越来越茂密。极端天气易引发大面积山火,不仅仅威胁到火灾影响区域内的生态环境、人员生命财产安全。同时，输电走廊附近山火会导致输电线路跳闸，严重威胁我国电网的安全稳定运行。仅2003年,湖南省220kV线路因山火跳闸达到23次，当年全省220kV线路跳闸总数才63次。2009年-2010年期间，贵州电网220kV和500kV输电线路总共发生山火跳闸事故71起，其中500kV线路跳闸26起。因此，亟需进行输电线路山火灾害的风险评估及应急决策的研究。
[0003] 输电线路山火灾害的风险评估及应急决策主要包括对山火跳闸事故进行对潜在风险的评估和相应风险处理的决策防范。为了科学实施输电线路山火跳闸事故危害的防范与控制，必须首先进行输电线路山火跳闸事故危害评估，然后根据危害预测进行应急决策，达到避免或者减轻山火对电网损失的目的。
[0004] 目前，在预测预警方面，现有方法根据火点到输电线路距离、火点所处位置的植被条件、火点所处位置的地形、火区面积指数等因素计算火点危险性指标，但是并没有结合输电线路山火跳闸机理考虑输电线路山火跳闸概率以及输电线路跳闸后的风险值。因此，火点危险性指标不能准确评估山火对输电线路的风险。在应急决策方面，现有方法是根据火点危险等级，对山火采取不处理、密切监视、小型机灭火、大型灭火平台灭火等措施，没有科学地计算如何调配现有资源以达到最佳灭火效果，当发生大面积山火时不能达到减小电网损失的最佳效果。基于以上两点可知目前输电线路山火跳闸的预测预警、应急决策与实际情况均有较大偏差。
[0005] 由此可见，输电线山火跳闸事故风险评估与应急决策的及时性与准确性的矛盾是本领域的一大技术难点。为此，必须结合输电线路山火跳闸模型和输电线路重要性准确地进行风险评估以及利用输电线路山火应急决策科学地进行应急决策，以保证电网安全与效益受山火的影响最小。
发明内容
[0006] 本发明提供一种既高效又经济的基于输电线路山火灾害风险评估以及应急决策方法。
[0007] 为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
[0008] 一种输电线路山火灾害的风险评估与应急决策方法，包括如下步骤：
[0009] (1)、收集火点卫星监测数据，即在线收集火点数据信息，该数据信息包括火点的坐标、火场面积；
[0010] (2)、获取输电线路山火告警信息，即将火点信息导入到输电线路山火监测及预警系统中，结合输电线路山火监测及预警系统中的线路杆塔坐标，得到输电线路山火告警信息；
[0011] (3)、获取输电线路山火现场信息；
[0012] (4)、计算输电线路因山火跳闸概率P及事故负荷损失OLC，进而得出风险值Risk＝OLC×P；
[0013] (5)、应急决策，即确定输电线路电压等级系数，计算输电线路山火跳闸负荷损失量，计算输电线路山火跳闸风险值，用输电线路电压等级系数乘以输电线路山火跳闸风险值，计算得出输电线路现场山火处置优先级；
[0014] (6)、资源配置，即当同时出现大面积山火而现有应急决策资源有限时，优先处置输电线路现场山火处置优先级较大的输电线路山火。
[0015] 其中，步骤(1)中火点数据信息从国家气象卫星中心发布的红外卫星遥感数据中在线收集。
[0016] 其中，步骤(2)中山火告警信息包括火点离最近的杆塔号、距离杆塔的直线距离以及相对杆塔的方位。
[0017] 其中，步骤(3)中获取输电线路山火现场信息的途径为：输电线路运维单位根据输电线路山火告警信息派线路运维专员及时到达山火现场，向输电线路山火预警中心的上传山火现场视频和实测数据，该实测数据包括地形地貌、输电线路基本信息、山火附近植被信息、风速风向、输电线路下方的温度特征、现场烟尘浓度。
[0018] 其中，步骤(4)中输电线路因山火跳闸事故负荷损失费用，计算方法如公式(1)和公式(2)所示：
[0019]
[0020] OLC(t)＝CCDF(t)·PR,t (2)
[0021] 其中，OLC(t)为输电线路山火跳闸后所影响的用户持续停电t小时的负荷损失费用；CCDF(t)为输电线路跳闸后所影响的用户持续停电t小时的用户综合负荷损失；PR,t为输电线路跳闸后所影响用户持续停电t小时的负荷损失；N为输电线路上的用户分类数目；Pk为第k类用户的年电能消耗量；SCDFk(t)为第k类用户负荷持续停电t小时的损失。
[0022] 其中，步骤(4)中计算山火条件下输电线路发生跳闸的概率，具体步骤如下：
[0023] (41)计算山火条件下发生空气间隙击穿概率：假设火焰底部温度为T0，火焰间隙区温度为T1，则火焰高度为Hf处对火焰底部物体的击穿电压为：
[0024]
[0025] 式中，Ea为标准大气条件下的闪络场强；
[0026] 因此，山火温度影响下空气间隙的影响因子为：
[0027]
[0028] 引入山火条件下的空气湿度校正因子Kt；引入颗粒物校正因子Kp：
[0029]
[0030] 其中，R为空气中烟浓度；
[0031] 根据山火跳闸机理中的影响因素以及大气试验与山火跳闸之间的不同，引入了校正因子，得出山火条件下输电线路的工频击穿电压Ubreak为：
[0032] Ubreak＝Kt·Kp·U0 (6)
[0033] 式中，U0为标准大气条件的工频击穿电压；
[0034] 气隙击穿的概率分布接近于正态分布，通常用50％击穿电压U50和变异系数z来表示；在山火条件下，空气破坏性放电概率同样以正态分布表示，其概率密度函数为：
[0035]
[0036] 其中，U为间隙实际电压，均值μ等于U50，标准差σ等于zU50；在不同间隙的电场形式与不同类型的击穿电压下，分散性是不同的，变异系数z取值为2％～8％，并且在正常情况下，空气间隙工频击穿电压的分散性不大，取2％；考虑山火发生时，颗粒导致空气间隙更不均匀，分散性会增大，所以山火发生时，变异系数z取4％；因此，山火时发生空气间隙击穿概率为：
[0037]
[0038] (42)计算输电线路相对地击穿发生概率：
[0039] 根据现场实测线路参数信息获取山火附近输电线路离地面的距离h，通过查找工频电压下长气隙击穿电压从而得到输电线路距离地面为h的50％击穿电压 在输电线路附近发生山火时，根据火行为特征计算各校正系数，然后由式(6)对该50％击穿电压进行校正；再由式(8)和实际的相地电压计算导线对地放电概率；
[0040] (43)计算输电线路相间击穿发生概率：
[0041] 根据现场实测线路参数信息获取山火附近输电线路的两相距离d，通过查找工频电压下长气隙击穿电压从而得到输电线路两相之间距离为d的50％击穿电压 在山火发生时，根据山火行为参数计算各校正系数，然后由式(6)对该50％击穿电压进行校正；再由式(8)和实际的相间电压计算导线之间放电概率；
[0042] (44)计算山火条件下输电线路发生跳闸的概率：根据输电线路电压等级下历史统计数据中发生相对地击穿和相间击穿的比例分布，计算在山火条件下输电线路发生跳闸的概率：
[0043] P(U)＝a·Pg(U)+b·Pp(U) (9)
[0044] a为某一电压等级下因山火历史跳闸相对地击穿次数占山火历史跳闸总次数的比例，b为某一电压等级下因山火历史跳闸相间击穿次数占山火历史跳闸总次数的比例；Pg(U)、Pp(U)分别是某一电压等级下发生相对地击穿导致输电线路跳闸的概率和相间击穿导致输电线路跳闸的概率。
[0045] 其中，步骤(5)中应急决策的具体步骤包括：
[0046] (51)确定输电线路电压等级系数r，即根据线路电压等级确定相应的电压等级系数；
[0047] (52)计算输电线路山火跳闸负荷损失量OLC(ti)，即计算得到第i个山火火场影响的输电线路跳闸后所影响的用户持续停电ti小时的负荷损失费用OLC(ti)；
[0048] (53)计算输电线路山火跳闸风险值，输电线路山火跳闸风险值为区域内所有火点产生的输电线路山火跳闸风险值之和，其值为：Riski＝OLC(ti)×P(U)，其中，0≤i≤m,m为火点数目,P(U)在山火条件下输电线路发生跳闸的概率；
[0049] (54)计算输电线路山火处置优先级，即根据输电线路电压等级系数r、输电线路山火跳闸风险值Risk计算输电线路现场山火处置优先级：
[0050] Pri＝r×Risk
[0051] 其中，Pri为输电线路山火现场处置优先级。
[0052] 本发明的有益效果是：
[0053] 1)、结合输电线路山火跳闸模型计算输电线路山火跳闸的用户负荷损失量和输电线路山火跳闸概率，可快速准确评估输电线路山火跳闸风险值；
[0054] 2)、根据输电线路优先级、输电线路山火跳闸风险值计算输电线路现场山火处置优先级，根据现场处置优先级，可指导防山火人员、物资、装备的调用，最大限度利用有限的防山火资源，提高山火防治的效率。
具体实施方式
[0055] 下面结合实施例，对本发明做进一步说明。
[0056] 本发明实施例包括下列步骤。
[0057] (1)、收集火点卫星监测数据。从国家气象卫星中心发布的红外卫星遥感数据中，在线收集火点数据信息，该数据信息包括火点的坐标、火场面积。
[0058] (2)、获取输电线路山火告警信息。将火点信息导入到输电线路山火监测及预警系统中，结合输电线路山火监测及预警系统中的线路杆塔坐标，得到输电线路山火告警信息。该信息包括火点离最近的杆塔号、距离杆塔的直线距离以及相对杆塔的方位。
[0059] (3)、获取输电线路山火现场信息。输电线路运维单位根据输电线路山火告警信息派线路运维专员及时到达山火现场，向输电线路山火预警中心的上传山火现场视频和实测数据。该实测数据包括地形地貌、输电线路基本信息、山火附近植被信息、风速风向、输电线路下方的温度特征、现场烟尘浓度。
[0060] (4)、计算输电线路因山火跳闸概率及事故负荷损失。
[0061] 电网风险评估是针对具有不确定性特征的电网事故给人们的生活、生命、财产等各个方面造成的影响和损失的可能性进行量化评估的工作。其风险值由事故发生后所引起的损失乘以事故发生的概率,即Risk＝OLC×P,其中OLC(Outage Loss Cost)为电网设备发生故障时间内导致的标准负荷损失，P为电网事故发生的概率。
[0062] (a)计算输电线路因山火跳闸事故负荷损失费用，计算方法如公式(1)和公式(2)所示：
[0063]
[0064] OLC(t)＝CCDF(t)·PR,t (2)
[0065] 其中，OLC(t)为输电线路山火跳闸后所影响的用户持续停电t小时的负荷损失费用；CCDF(t)为输电线路跳闸后所影响的用户持续停电t小时的用户综合负荷损失；PR,t为输电线路跳闸后所影响用户持续停电t小时的负荷损失；N为输电线路上的用户分类数目；Pk为第k类用户的年电能消耗量；SCDFk(t)为第k类用户负荷持续停电t小时的损失；
[0066] (b)计算山火条件下输电线路发生跳闸的概率，具体步骤如下：
[0067] 其一：计算山火条件下发生空气间隙击穿概率：(说明：此处为山火条件下空气间隙被击穿的概率，因为这是经过理论计算或者试验得到的，不一定是输电线路山火跳闸，而是空气间隙击穿)
[0068] 根据输电线路山火跳闸模型可知，影响输电线路山火跳闸的因素有高温、火焰电离以及植被燃烧产生的颗粒物；高温主要是降低导线对地或导线之间的空气密度，从而降低空气间隙的绝缘强度；假设火焰底部温度为T0，火焰间隙区温度为T1，则火焰高度为Hf处对火焰底部物体的击穿电压为：
[0069]
[0070] 式中，Ea为标准大气条件下的闪络场强；
[0071] 因此，山火温度影响下空气间隙的影响因子为：
[0072]
[0073] 在山火条件下空气的湿度发生了变化，为了使山火跳闸概率计算更加接近实际情况，根据大量的高压试验技术经验，引入山火条件下的空气湿度校正因子Kt；山火条件下的空气中烟尘浓度对输电线路击穿空气间隙有一定影响，从而引入颗粒物校正因子Kp：
[0074]
[0075] 其中，R为空气中烟浓度；
[0076] 根据山火跳闸机理中的影响因素以及大气试验与山火跳闸之间的不同，引入了校正因子，得出山火条件下输电线路的工频击穿电压Ubreak为：
[0077] Ubreak＝Kt·Kp·U0 (6)
[0078] 式中，U0为标准大气条件的工频击穿电压；
[0079] 气隙的击穿电压具有分散性，即存在击穿概率分布特性；气隙击穿的概率分布接近于正态分布，通常用50％击穿电压U50和变异系数z来表示；在山火条件下，空气破坏性放电概率同样以正态分布表示，其概率密度函数为：
[0080]
[0081] 其中，U为间隙实际电压，均值μ等于U50，标准差σ等于zU50；在不同间隙的电场形式与不同类型的击穿电压下，分散性是不同的，变异系数z取值为2％～8％，并且在正常情况下，空气间隙工频击穿电压的分散性不大，取2％；考虑山火发生时，颗粒导致空气间隙更不均匀，分散性会增大，所以山火发生时，变异系数z取4％；因此，山火时发生空气间隙击穿概率为：
[0082]
[0083] 其二：计算输电线路相对地击穿发生概率：
[0084] 在我国发生的山火跳闸事故调查中，110kV线路均发生相对地间隙击穿放电，220kV及以上输电线路可能发生相对地间隙击穿放电，也有可能发生相间击穿放电，且存在不确定性；因此，在计算输电线路山火跳闸概率时，必须考虑两种击穿间隙发生的概率；
[0085] 根据现场实测线路参数信息获取山火附近输电线路离地面的距离h，通过查找工频电压下长气隙击穿电压从而得到输电线路距离地面为h的50％击穿电压 在输电线路附近发生山火时，根据火行为特征计算各校正系数，然后由式(6)对该50％击穿电压进行校正；再由式(8)和实际的相地电压计算导线对地放电概率；
[0086] 其三：计算输电线路相间击穿发生概率：
[0087] 根据现场实测线路参数信息获取山火附近输电线路的两相距离d，通过查找工频电压下长气隙击穿电压从而得到输电线路两相之间距离为d的50％击穿电压 在山火发生时，根据山火行为参数计算各校正系数，然后由式(6)对该50％击穿电压进行校正；再由式(8)和实际的相间电压计算导线之间放电概率；
[0088] 其四：计算山火条件下输电线路发生跳闸的概率：(说明：此处为山火条件下输电线路发生跳闸的概率，因为这是根据上述理论结合实际输电线路电压等级、故障类型得到输电线路山火跳闸的概率)
[0089] 根据输电线路电压等级下历史统计数据中发生相对地击穿和相间击穿的比例分布，计算在山火条件下输电线路发生跳闸的概率：
[0090] P(U)＝a·Pg(U)+b·Pp(U) (9)
[0091] a为某一电压等级下因山火历史跳闸相对地击穿次数占山火历史跳闸总次数的比例，b为某一电压等级下因山火历史跳闸相间击穿次数占山火历史跳闸总次数的比例；Pg(U)、Pp(U)分别是某一电压等级下发生相对地击穿导致输电线路跳闸的概率和相间击穿导致输电线路跳闸的概率。
[0092] (5)、应急决策
[0093] 其一：确定输电线路电压等级系数r
[0094] 根据线路电压等级确定相应的电压等级系数，作为山火处置优先级的参考依据之一。电压等级系数与电压的关系如表1所示：
[0095] 表1输电线路电压等级系数
[0096]电压等级(kV) r取值
±800、1000及以上 1
±500、±660、750 0.8
330、500 0.6
110、220 0.5
10、35 0.2
[0097] 其二：计算输电线路山火跳闸负荷损失量OLC(ti)
[0098] 根据式(2)计算得到第i个山火火场影响的输电线路跳闸后所影响的用户持续停电ti小时的负荷损失费用OLC(ti)。
[0099] 其三：计算输电线路山火跳闸风险值
[0100] 输电线路山火跳闸风险值为区域内所有火点产生的输电线路山火跳闸风险值之和，其值为：
[0101] Riski＝OLC(ti)×P(U) (10)
[0102] 其中，0≤i≤m,m为火点数目,OLC(ti)为根据式(2)所计算得到的第i个火点影响的输电线路跳闸后所影响的用户持续停电ti小时的负荷损失费用，P(U)为式(9)所示；。
[0103] 其四：计算输电线路山火处置优先级
[0104] 根据输电线路电压等级系数r、输电线路山火跳闸负荷损失量OLC(ti)、输电线路山火跳闸风险值Risk计算输电线路现场山火处置优先级：
[0105] Pri＝r×Risk (11)
[0106] 其中，Pri为输电线路山火现场处置优先级。
[0107] (6)、资源配置
[0108] 当同时出现大面积山火而现有应急决策资源有限时，优先处置Pri较大的输电线路山火。根据现场处置优先级Pri，可指导防山火人员、物资、装备的调用，最大限度利用有限的防山火资源，提高山火防治的效率。
