本发明公开了一种无需实时采集现场信息的线路山火灾害评估方法，包括：确定植被类型及植被高度；判断火场火行为类型；获取告警输电线路信息；获取山火发生位置处气象数据；计算山火火焰区、离子区和烟雾区高度；计算火焰区击穿电压；计算离子区击穿电压；计算烟雾区击穿电压；计算输电线路跳闸概率；评估山火等级。本发明还提供一种无需实时采集现场信息的线路山火灾害评估系统。本发明的有益效果：考虑承载体输电线路参数、山火内在火行为特征、外部环境条件，建立准确的线路故障概率模型，使用数据基于林业数据库和气象数据数值计算结果获取，无需到现场采集，实现山火导致输电线路跳闸概率定量计算，有很强适应性，提高电网抵御山火灾害能力。
1.一种无需实时采集现场信息的线路山火灾害评估方法，其特征在于，该方法包括：步骤1，确定山火发生位置与输电线路之间的植被类型S1及植被高度zd，其中，植被类型分为针叶林、阔叶林、针阔混交林、灌木、茅草，或者上述植被的混合；
步骤2，判断火场火行为类型，若植被为灌木、茅草则为地表火，若存在针叶林、阔叶林或针阔混交林且垂直方向可燃物连续性好则为树冠火；
步骤3，获取告警输电线路的信息，包括输电线路电压等级U、导线的对地距离Htl、输电线路的分裂数N；
步骤4，获取山火发生位置处的气象数据，包括实时风速Vw和温度；
步骤5，将输电线路附近的山火按照高度划分为火焰区、离子区和烟雾区，计算上述三个区间的高度，分别为D1、D2和D3，包括以下步骤：步骤501，根据式(1)～(2)计算山火蔓延速度R；
R＝R0·Ks·exp(0.1783·Vw·cosθ)·exp(3.533tanφ)1.2 (2)式中，R0为火山初始蔓延速度；Vw为风速；Ks为山火蔓延可燃物更正系数；φ为山火蔓延区的坡度角；θ为风速与坡度的夹角；
I＝0.000049HWR (3)式中，H为可燃物有效可燃物发热量；W为有效可燃物载量；
步骤503，根据式(4)或(5)计算地表火或树冠火的火焰区高度D1；
D3＝Htl-D1-D2-zd (7)步骤6，根据式(8)～(11)计算火焰条件下火焰区击穿电压Uf；
Uf＝Kj1·Uf′ (11)式中，T为火焰体对地高度为z处的温度，其中，zd≤z≤D1+zd；Ta为环境温度；I为山火强度；Uf′为仅温度作用下火焰区的击穿电压；Kj1为不同植被燃烧所含盐分的比例和燃烧所产生的温度得到的火焰区燃烧植被校正因子；E0为标准大气条件间隙长度为Htl时的工频击穿场强；
步骤7，根据式(12)计算火焰条件下离子区击穿电压Uz；
式中，Uz为火焰条件下离子区的击穿电压；C为离子区击穿场强植被校正因子；
步骤8，根据式(13)计算火焰条件下烟雾区击穿电压Us；
Us＝Kj2·KT3·E0·D3 (13)其中，辐射热温度影响因子KT3通过式(14)和(15)计算得到；
式中，Ts为烟雾区依靠火焰产生的辐射加热上方空气导致的温度；zs为计算点对地高度，其取值范围为：zd+D1+D2≤zs≤Htl；
式中，Kj2为烟雾区烟尘体积分数校正因子；KT3为辐射热温度影响因子；
步骤9，计算山火条件下输电线路跳闸概率，包括以下步骤：步骤901，根据式(16)确定输电线路分裂数校正因子Kj3；
步骤902，结合式(11)～(13)和(16)，根据式(17)计算火焰条件下击穿电压Ujc；
Ujc＝Kj3(Uf+Uz+Us) (17)步骤903，根据(18)计算当山火击穿时变异系数为4％时，99％的耐受击穿电压；
U99＝0.756Ujc (18)步骤904，根据式(19)计算山火发生处输电线路山火跳闸的概率P(U)；
步骤10，根据计算的输电线路山火跳闸概率P(U)，划分输电线路山火跳闸危险等级：对于500kV及以上电压等级输电线路，当P(U)＞70％，则严重危险；当30％≤P(U)≤
70％，则一般危险；当P(U)＜30％，则轻度危险；
对于220kV及以下电压等级输电线路，当P(U)＞80％，则严重危险；当50％≤P(U)≤
80％，则一般危险；当P(U)＜50％，则轻度危险。
2.根据权利要求1所述的线路山火灾害评估方法，其特征在于，步骤5中，山火蔓延可燃物更正系数Ks取值如下：当可燃物为平铺针叶时，Ks取值为0.8；
3.根据权利要求1所述的线路山火灾害评估方法，其特征在于，步骤6中，不同植被燃烧所含盐分的比例和燃烧所产生的温度得到的火焰区燃烧植被校正因子Kj1的取值如下：当植被类型为针叶林时，Kj1取值为0.8；
4.根据权利要求1所述的线路山火灾害评估方法，其特征在于，步骤7中，离子区击穿场强植被校正因子C与植被燃烧产生的离子类型和浓度有关，受植被类型的影响，范围在2～4之间，C取值如下：当植被类型为针叶林时，C取值为4；
5.根据权利要求1所述的线路山火灾害评估方法，其特征在于，步骤8中，烟雾区烟尘体积分数校正因子Kj2与植被类型、植被含水率、风速、地貌类型因素有关，根据各因素取值进行乘积，各因素的系数值取值如下：当植被类型为针叶林时，系数值为0.5；
6.一种无需实时采集现场信息的线路山火灾害评估系统，其特征在于，该系统包括：植被类型确定模块，用于确定山火发生位置与输电线路之间的植被类型S1及植被高度zd，其中，植被类型分为针叶林、阔叶林、针阔混交林、灌木、茅草，或者上述植被的混合；
火场火行为类型判断模块，用于判断火场火行为类型，若植被为灌木、茅草则为地表火，若存在针叶林、阔叶林或针阔混交林且垂直方向可燃物连续性好则为树冠火；
告警输电线路信息模块，用于获取告警输电线路的信息，包括输电线路电压等级U、导线的对地距离Htl、输电线路的分裂数N；
气象数据模块，用于获取山火发生位置处的气象数据，包括实时风速Vw和温度；
山火高度计算模块，用于计算火焰区、离子区和烟雾区三个区间的山火高度，分别为D1、D2和D3，包括：山火蔓延速度计算模块，用于根据式(20)～(21)计算山火蔓延速度R；
R＝R0·Ks·exp(0.1783·Vw·cosθ)·exp(3.533tanφ)1.2 (21)式中，R0为火山初始蔓延速度；Vw为风速；Ks为山火蔓延可燃物更正系数；φ为山火蔓延区的坡度角；θ为风速与坡度的夹角；
I＝0.000049HWR (22)式中，H为可燃物有效可燃物发热量；W为有效可燃物载量；
火焰区高度计算模块，用于根据式(23)或(24)计算地表火或树冠火的火焰区高度D1；
离子区高度计算模块，用于根据式(25)计算离子区高度D2；
烟雾区高度计算模块，根据式(26)计算烟雾区高度D3；
D3＝Htl-D1-D2-zd (26)火焰区击穿电压计算模块，用于根据式(27)～(30)计算火焰条件下火焰区击穿电压Uf；
Uf＝Kj1·Uf′ (30)式中，T为火焰体对地高度为z处的温度，其中，zd≤z≤D1+zd；Ta为环境温度；I为山火强度；Uf′为仅温度作用下火焰区的击穿电压；Kj1为不同植被燃烧所含盐分的比例和燃烧所产生的温度得到的火焰区燃烧植被校正因子；E0为标准大气条件间隙长度为Htl时的工频击穿场强；
离子区击穿电压计算模块，用于根据式(31)计算火焰条件下离子区击穿电压Uz；
式中，Uz为火焰条件下离子区的击穿电压；C为离子区击穿场强植被校正因子；
烟雾区击穿电压计算模块，用于根据式(32)计算火焰条件下烟雾区击穿电压Us；
Us＝Kj2·KT3·E0·D3 (32)其中，辐射热温度影响因子KT3通过式(33)和(34)计算得到；
式中，Ts为烟雾区依靠火焰产生的辐射加热上方空气导致的温度；zs为计算点对地高度，其取值范围为：zd+D1+D2≤zs≤Htl；
式中，Kj2为烟雾区烟尘体积分数校正因子；KT3为辐射热温度影响因子；
山火跳闸概率计算模块，用于计算山火条件下输电线路跳闸概率，包括：分裂数校正因子计算模块，用于根据式(35)确定输电线路分裂数校正因子Kj3；
击穿电压计算模块，用于结合式(30)～(32)和(35)，根据式(36)计算火焰条件下击穿电压Ujc；
Ujc＝Kj3(Uf+Uz+Us) (36)耐受击穿电压计算模块，用于根据(37)计算当山火击穿时变异系数为4％时，99％的耐受击穿电压；
U99＝0.756Ujc (37)跳闸概率计算模块，用于根据式(38)计算山火发生处输电线路山火跳闸概率P(U)；
危险等级评估模块，用于根据计算的输电线路山火跳闸概率P(U)，划分输电线路山火跳闸危险等级：对于500kV及以上电压等级输电线路，当P(U)＞70％，则严重危险；当30％≤P(U)≤
70％，则一般危险；当P(U)＜30％，则轻度危险；
对于220kV及以下电压等级输电线路，当P(U)＞80％，则严重危险；当50％≤P(U)≤
80％，则一般危险；当P(U)＜50％，则轻度危险。
7.根据权利要求6所述的线路山火灾害评估系统，其特征在于，山火高度计算模块中，山火蔓延可燃物更正系数Ks取值如下：当可燃物为平铺针叶时，Ks取值为0.8；
8.根据权利要求6所述的线路山火灾害评估系统，其特征在于，火焰区击穿电压计算模块中，不同植被燃烧所含盐分的比例和燃烧所产生的温度得到的火焰区燃烧植被校正因子Kj1的取值如下：当植被类型为针叶林时，Kj1取值为0.8；
9.根据权利要求6所述的线路山火灾害评估系统，其特征在于，离子区击穿电压计算模块中，离子区击穿场强植被校正因子C与植被燃烧产生的离子类型和浓度有关，受植被类型的影响，范围在2～4之间，C取值如下：当植被类型为针叶林时，C取值为4；
10.根据权利要求6所述的线路山火灾害评估系统，其特征在于，烟雾区击穿电压计算模块中，烟雾区烟尘体积分数校正因子Kj2与植被类型、植被含水率、风速、地貌类型因素有关，根据各因素取值进行乘积，各因素的系数取值如下：当植被类型为针叶林时，系数值为0.5；
无需实时采集现场信息的线路山火灾害评估方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及电气工程技术领域，具体而言，涉及一种无需实时采集现场信息的线路山火灾害评估方法及系统。
背景技术
[0002] 近年来，煤、液化气等燃料逐渐取代木柴作为主要燃料，输电线路走廊植被茂密。受村民烧荒和人们祭祖等用火习俗的影响，输电线路走廊常发生大范围山火，且由于山火持续时间长，重合闸难以成功，易造成多条线路同时跳闸停电，甚至引发电网崩溃。山火已成为严重威胁大电网的安全运行和社会正常供电新的热点问题。
[0003] 目前，我国在输电线路山火预测、监测及灭火等方面开展了有益的研究及应用工作，提高了电网抵御山火灾害的能力，对保障电网安全稳定运行发挥了积极作用。然而，尚未有准确、可实际操作的输电线路山火跳闸风险评估方法，无法预先获知电网山火风险，从而不能针对性地采取措施，影响了输电线路山火防治工作的顺利开展，降低了电网山火防治的效率。
[0004] 目前已有学者提出的输电线路山火跳闸风险评估方法尚不能满足实际工程应用的要求。专利CN201410737586以输电线路走廊火险等级为指标，通过输入日降水量、温度、风速、坡度、坡向、路网密度、植被含水率等参数，建立山火风险评估模型，该方法输入参数多，参数需实时测量，难以实现，且其跳闸风险等级预测评估未结合输电线路山火跳闸机理，没有考虑高温电离和烟尘链的导电作用，其得出结果为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ四个定性风险等级，尚未实现精细化和准确评估，对指导输电线路防山火作用有限。专利CN103472326A提出了评估山火引发输电线路故障概率的方法，基于采集山火现场实况信息，以山火间隙为统一的温度、烟浓度假设条件下，计算最小间隙长度下的击穿概率。专利CN201510305595集中解决基于线路重要程度的输电线路山火应急评估决策，未能充分考虑线路外部环境对山火跳闸的影响。
[0005] 综上而言，可现场应用的输电线路山火跳闸概率模型具有如下缺点：
[0006] 1、山火现场临时人工采集现场气象信息、植被信息，对于点多面广、发生位置具有不确定性的输电线路山火跳闸概率计算无法实际应用；
[0007] 2、现有方法未充分考虑植被、风等因素影响火焰的高度和温度以及烟尘的粒径与浓度对山火跳闸的作用，导致山火跳闸概率计算结论不准确；
[0008] 3、现有方法将整个山火间隙作为受温度、烟尘影响的均匀介质，与实际不符，且未结合各电压等级实际特点进行分析。
[0009] 因此，准确的现场输电线路山火跳闸风险评估是开展输电线路山火防治工作的前提与基础，亟需提出无需实时采集山火现场信息采集的输电线路山火跳闸概率计算方法，为科学高效处置山火提供理论依据和指导。
发明内容
[0010] 为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种无需实时采集山火现场信息采集的输电线路山火灾害风险等级评估方法及系统。
[0011] 本发明提供了一种无需实时采集现场信息的线路山火灾害评估方法，该方法包括：
[0012] 步骤1，确定山火发生位置与输电线路之间的植被类型S1及植被高度zd，其中，植被类型分为针叶林、阔叶林、针阔混交林、灌木、茅草，或者上述植被的混合；其中，山火发生位置与输电线路之间的植被信息可从中国林业植被分布数据库查询得到；
[0013] 步骤2，判断火场火行为类型，若植被为灌木、茅草则为地表火，若存在针叶林、阔叶林或针阔混交林且垂直方向可燃物连续性好则为树冠火；
[0014] 步骤3，获取告警输电线路的信息，包括输电线路电压等级U、导线的对地距离Htl、输电线路的分裂数N；其中，告警输电线路的信息可从既有的电网公司输变电设备信息管理系统中查询得到；
[0015] 步骤4，获取山火发生位置处的气象数据，包括实时风速Vw和温度；其中，山火发生位置处的实时风速和温度由气象数值预报系统得到，计算精度为2.5km*2.5km，火点数据信息根据输电线路山火监测系统在线收集得到；
[0016] 步骤5，将输电线路附近的山火按照高度划分为火焰区、离子区和烟雾区，计算上述三个区间的高度，分别为D1、D2和D3，包括以下步骤：
[0017] 步骤501，根据式(1)～(2)计算山火蔓延速度R；
[0018]
[0019] R＝R0·Ks·exp(0.1783·Vw·cosθ)·exp(3.533tanφ)1.2 (2)
[0020] 式中，R0为火山初始蔓延速度；Vw为风速；Ks为山火蔓延可燃物更正系数；φ为山火蔓延区的坡度角，通过查询高精度地形数据库得到；θ为风速与坡度的夹角，通过查询高精度地形数据库得到；
[0021] 步骤502，根据式(3)计算火线强度I；
[0022] I＝0.000049HWR (3)
[0023] 式中，H为可燃物有效可燃物发热量，中国林业局对各类植被生物量进行实地调查，并根据各区域植被组成和密集程度计算，可在中国林业植被分布数据库查询；W为有效可燃物载量，中国林业局对各类植被生物量进行实地调查，并根据各区域植被组成和密集程度计算，可在中国林业植被分布数据库查询；
[0024] 步骤503，根据式(4)或(5)计算地表火或树冠火的火焰区高度D1；
[0025]
[0026]
[0027] 步骤504，根据式(6)计算离子区高度D2；
[0028] D2＝0.1D1 (6)
[0029] 步骤505，根据式(7)计算烟雾区高度D3；
[0030] D3＝Htl-D1-D2-zd (7)
[0031] 步骤6，山火火焰区降低空气绝缘主要由两个因素影响：1)山火火焰区燃烧物充分燃烧产生的高温降低了导线与地间隙的空气密度，从而降低空气间隙的绝缘强度；2)山火火焰区高温导致空气电离、碱金属盐在火焰条件下会向间隙中注入大量的电子和离子，促进流注通道向电弧性通道的过渡，从而更加容易引发流注放电；上述两个主要因素中高温为主导因素，电离为次要因素，主要受植被类型的影响，综合导致火焰区击穿电压下降，根据式(8)～(11)计算火焰条件下火焰区击穿电压Uf；
[0032]
[0033]
[0034]
[0035] Uf＝Kj1·Uf′ (11)
[0036] 式中，T为火焰体对地高度为z处的温度，其中，zd≤z≤D1+zd；Ta为环境温度；I为山火强度；Uf′为仅温度作用下火焰区的击穿电压；Kj1为火焰区燃烧植被校正因子；E0为标准大气条件间隙长度为Htl时的工频击穿场强；
[0037] 步骤7，离子区集聚有大量的电荷，电荷导致线路附近容易产生放电流注，大量颗粒导致线路附近电场畸变，降低绝缘性能，根据式(12)计算火焰条件下离子区击穿电压Uz；
[0038]
[0039] 式中，Uz为火焰条件下离子区的击穿电压；C为离子区击穿场强植被校正因子；
[0040] 步骤8，山火烟雾区山火燃烧产生的烟尘和灰烬中含有大量的碳颗粒，且由于带电颗粒的吸附作用，逐渐形成颗粒链，这些颗粒链在电场的作用下易形成桥接，大幅降低空气间隙绝缘性能；同时，火焰体通过辐射加热烟雾区的温度，降低间隙绝缘水平；根据式(13)计算火焰条件下烟雾区击穿电压Us；
[0041] Us＝Kj2·KT3·E0·D3 (13)
[0042] 其中，辐射热温度影响因子KT3通过式(14)和(15)计算得到；
[0043]
[0044]
[0045] 式中，Ts为烟雾区依靠火焰产生的辐射加热上方空气导致的温度；zs为计算点对地高度，其取值范围为：zd+D1+D2≤zs≤Htl；
[0046] 式中，Kj2为烟雾区烟尘体积分数校正因子；KT3为辐射热温度影响因子；
[0047] 步骤9，计算山火条件下输电线路跳闸概率，包括以下步骤：
[0048] 步骤901，输电线路所采用的分裂数影响线路附近电场的均匀程度，分裂数越大，电场分布越均匀，其击穿场强越大，根据式(16)确定输电线路分裂数校正因子Kj3；
[0049]
[0050] 步骤902，结合式(11)～(13)和(16)，根据式(17)计算火焰条件下击穿电压Ujc；
[0051] Ujc＝Kj3(Uf+Uz+Us) (17)
[0052] 步骤903，山火发生时，颗粒导致空气间隙不均匀，分散性大，根据(18)计算当山火击穿时变异系数为4％时，99％的耐受击穿电压；
[0053] U99＝0.756Ujc (18)
[0054] 步骤904，根据式(19)计算山火发生处输电线路山火跳闸的概率P(U)；
[0055]
[0056] 步骤10，根据计算的输电线路山火跳闸概率P(U)，划分输电线路山火跳闸危险等级：
[0057] 对于500kV及以上电压等级输电线路，当P(U)＞70％，则严重危险；当30％≤P(U)≤70％，则一般危险；当P(U)＜30％，则轻度危险；
[0058] 对于220kV及以下电压等级输电线路，当P(U)＞80％，则严重危险；当50％≤P(U)≤80％，则一般危险；当P(U)＜50％，则轻度危险。
[0059] 作为本发明进一步的改进，步骤5中，山火蔓延可燃物更正系数Ks取值如表1所示。
[0060] 表1
[0061]可燃物类型 平铺针叶 枯枝落叶 茅草杂草 灌木 牧场草原 乔木
Ks 0.8 1.2 1.6 1.8 2.0 1.0
[0062] 作为本发明进一步的改进，步骤6中，Kj1为不同植被燃烧所含盐分的比例和燃烧所产生的温度得到的火焰区燃烧植被校正因子，Kj1的取值如表2所示。
[0063] 表2
[0064]植被类型 针叶林 阔叶林 针阔混交林 灌木 茅草
Kj1 0.8 0.9 0.85 0.7 1
[0065] 作为本发明进一步的改进，步骤7中，离子区击穿场强植被校正因子C与植被燃烧产生的离子类型和浓度有关，主要受植被类型的影响，范围在2～4之间，具体取值如表3所示。
[0066] 表3
[0067]植被类型 针叶林 阔叶林 针阔混交林 灌木 茅草
C 4 3 3.5 4 2
[0068] 作为本发明进一步的改进，步骤8中，烟雾区烟尘体积分数校正因子Kj2与植被类型、植被含水率、风速、地貌类型因素有关，各因素的具体取值如表4所示，根据各因素取值进行乘积，其中植被含水率从卫星反演数据获取，地貌类型从30m*30m的DEM数字高程获取。对于植被含水率＞40％的情况被默认为不发生山火，系数值为空。
[0069] 表4
[0070]
[0071]
[0072] 本发明还提供了一种输电线路山火灾害风险等级评估系统，该系统包括：
[0073] 植被类型确定模块，用于确定山火发生位置与输电线路之间的植被类型S1及植被高度zd，其中，植被类型分为针叶林、阔叶林、针阔混交林、灌木、茅草，或者上述植被的混合；
[0074] 火场火行为类型判断模块，用于判断火场火行为类型，若植被为灌木、茅草则为地表火，若存在针叶林、阔叶林或针阔混交林且垂直方向可燃物连续性好则为树冠火；
[0075] 告警输电线路信息模块，用于获取告警输电线路的信息，包括输电线路电压等级U、导线的对地距离Htl、输电线路的分裂数N；
[0076] 气象数据模块，用于获取山火发生位置处的气象数据，包括实时风速Vw和温度；
[0077] 山火高度计算模块，用于计算火焰区、离子区和烟雾区三个区间的山火高度，分别为D1、D2和D3，包括：
[0078] 山火蔓延速度计算模块，用于根据式(20)～(21)计算山火蔓延速度R；
[0079]
[0080] R＝R0·Ks·exp(0.1783·Vw·cosθ)·exp(3.533tanφ)1.2 (21)
[0081] 式中，R0为火山初始蔓延速度；Vw为风速；Ks为山火蔓延可燃物更正系数；φ为山火蔓延区的坡度角；θ为风速与坡度的夹角；
[0082] 火线强度计算模块，根据式(22)计算火线强度I；
[0083] I＝0.000049HWR (22)
[0084] 式中，H为可燃物有效可燃物发热量；W为有效可燃物载量；
[0085] 火焰区高度计算模块，用于根据式(23)或(24)计算地表火或树冠火的火焰区高度D1；
[0086]
[0087]
[0088] 离子区高度计算模块，用于根据式(25)计算离子区高度D2；
[0089] D2＝0.1D1 (25)
[0090] 烟雾区高度计算模块，根据式(26)计算烟雾区高度D3；
[0091] D3＝Htl-D1-D2-zd (26)
[0092] 火焰区击穿电压计算模块，用于根据式(27)～(30)计算火焰条件下火焰区击穿电压Uf；
[0093]
[0094]
[0095]
[0096] Uf＝Kj1·Uf′ (30)
[0097] 式中，T为火焰体对地高度为z处的温度，其中，zd≤z≤D1+zd；Ta为环境温度；I为山火强度；Uf′为仅温度作用下火焰区的击穿电压；Kj1为不同植被燃烧所含盐分的比例和燃烧所产生的温度得到的火焰区燃烧植被校正因子；E0为标准大气条件间隙长度为Htl时的工频击穿场强；
[0098] 离子区击穿电压计算模块，用于根据式(31)计算火焰条件下离子区击穿电压Uz；
[0099]
[0100] 式中，Uz为火焰条件下离子区的击穿电压；C为离子区击穿场强植被校正因子；
[0101] 烟雾区击穿电压计算模块，用于根据式(32)计算火焰条件下烟雾区击穿电压Us；
[0102] Us＝Kj2·KT3·E0·D3 (32)
[0103] 其中，辐射热温度影响因子KT3通过式(33)和(34)计算得到；
[0104]
[0105]
[0106] 式中，Ts为烟雾区依靠火焰产生的辐射加热上方空气导致的温度；zs为计算点对地高度，其取值范围为：zd+D1+D2≤zs≤Htl；
[0107] 式中，Kj2为烟雾区烟尘体积分数校正因子；KT3为辐射热温度影响因子；
[0108] 山火跳闸概率计算模块，用于计算山火条件下输电线路跳闸概率，包括：
[0109] 分裂数校正因子计算模块，用于根据式(35)确定输电线路分裂数校正因子Kj3；
[0110]
[0111] 击穿电压计算模块，用于结合式(30)～(32)和(35)，根据式(36)计算火焰条件下击穿电压Ujc；
[0112] Ujc＝Kj3(Uf+Uz+Us) (36)
[0113] 耐受击穿电压计算模块，用于根据(37)计算当山火击穿时变异系数为4％时，99％的耐受击穿电压；
[0114] U99＝0.756Ujc (37)
[0115] 跳闸概率计算模块，用于根据式(38)计算山火发生处输电线路山火跳闸概率P(U)；
[0116]
[0117] 危险等级评估模块，用于根据计算的输电线路山火跳闸概率P(U)，划分输电线路山火跳闸危险等级：
[0118] 对于500kV及以上电压等级输电线路，当P(U)＞70％，则严重危险；当30％≤P(U)≤70％，则一般危险；当P(U)＜30％，则轻度危险；
[0119] 对于220kV及以下电压等级输电线路，当P(U)＞80％，则严重危险；当50％≤P(U)≤80％，则一般危险；当P(U)＜50％，则轻度危险。
[0120] 作为本发明进一步的改进，山火高度计算模块中，山火蔓延可燃物更正系数Ks取值如表5所示。
[0121] 表5
[0122]可燃物类型 平铺针叶 枯枝落叶 茅草杂草 灌木 牧场草原 乔木
Ks 0.8 1.2 1.6 1.8 2.0 1.0
[0123] 作为本发明进一步的改进，火焰区击穿电压计算模块中，不同植被燃烧所含盐分的比例和燃烧所产生的温度得到的火焰区燃烧植被校正因子Kj1的取值如表6所示。
[0124] 表6
[0125]植被类型 针叶林 阔叶林 针阔混交林 灌木 茅草
Kj1 0.8 0.9 0.85 0.7 1
[0126] 作为本发明进一步的改进，离子区击穿电压计算模块中，离子区击穿场强植被校正因子C与植被燃烧产生的离子类型和浓度有关，受植被类型的影响，范围在2～4之间，C取值如表7所示。
[0127] 表7
[0128]植被类型 针叶林 阔叶林 针阔混交林 灌木 茅草
C 4 3 3.5 4 2
[0129] 作为本发明进一步的改进，烟雾区击穿电压计算模块中，烟雾区烟尘体积分数校正因子Kj2与植被类型、植被含水率、风速、地貌类型因素有关，根据各因素取值进行乘积，各因素的具体系数值取值如表8所示。对于植被含水率＞40％的情况被默认为不发生山火，系数值为空。
[0130] 表8
[0131]
[0132]
[0133] 本发明的有益效果为：
[0134] 本发明结合山火条件下线路跳闸机理，充分考虑了承载体输电线路参数(线路高度、导线分裂数)、山火内在火行为特征(火焰高度、火焰温度、烟尘)、外部环境条件(风速、湿度、温度)等多因素，建立了准确的线路故障概率模型，计算过程所使用数据可基于林业数据库和气象数据数值计算结果获取，无需到现场采集风速风向、湿度、温度等数据，可基于输电线路山火预测和监测结果开展应用，实现了山火导致输电线路跳闸概率的定量计算，具有很强的适应性，极大地推动了输电线路风险管理，提高了电网抵御山火灾害的能力。
附图说明
[0135] 图1为本发明实施例所述的一种无需实时采集现场信息的线路山火灾害评估方法的流程示意图；
[0136] 图2为本发明实施例中山火导致输电线路跳闸影响因素及分区示意图；
[0137] 图3为本发明实施例中现场线路的典型地形示意图。
具体实施方式
[0138] 下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
[0139] 实施例1，如图1-3所示，本发明第一实施例所述的一种无需实时采集现场信息的线路山火灾害评估方法，该方法包括：
[0140] 步骤1，监测得到山火发生位置的经度和纬度为111.7538和26.3875，结合输电线路山火监测及预警系统中的线路杆塔坐标，得到告警线路为国网湖南省电力公司的500kV紫宗I线，其相应的杆塔号为#294，通过从中国林业植被分布数据库中查询得到山火发生位置与输电线路之间的植被类型为灌木植被，植被高度zd为1.8m；
[0141] 步骤2，判断火场火行为类型为地表火；
[0142] 步骤3，从电网公司既有的输变电设备信息管理系统(PMS)中获取告警输电线路的信息，其中，输电线路电压等级U为500kV、该杆塔处导线的对地距离Htl为27米、输电线路的分裂数N为4；取27米间隙时大气压条件下空气间隙的击穿电压E0为100kV/m；
[0143] 步骤4，通过气象数值预报系统计算得到山火发生位置处的气象数据，其中，实时风速Vw为3.8m/s、温度为27℃；
[0144] 步骤5，将输电线路附近的山火按照高度划分为火焰区、离子区和烟雾区，计算上述三个区间的高度，分别为D1、D2和D3，包括以下步骤：
[0145] 步骤501，可燃物为灌木，通过从中国林业植被分布数据库中查询得其单位面积热量H为19600kJ/m2，可燃物有效可燃物发热量W为10400kJ/kg；通过查询高精度地形数据库得到山火蔓延区的坡度角φ为25°，风速与坡度的夹角θ为30°；通过卫星植被数据反演得到植被含水率Mf为10.85％；
[0146] 根据式(1)计算火山初始蔓延速度：
[0147]
[0148] 其中，可燃物类型为灌木，根据表1得到山火蔓延可燃物更正系数Ks＝1.8；
[0149] 根据式(2)火山蔓延速度：
[0150] R＝R0·Ks·exp(0.1783·Vw·cosθ)·exp(3.533tanφ)1.2
[0151] ＝1.47×1.8×exp(0.1783×3.8×cos30°)×exp(3.533×tan30°)1.2
[0152] ＝45.28m/min
[0153] 步骤502，根据式(3)计算火线强度I；
[0154] I＝0.000049HWR
[0155] ＝0.000049×19600×10400×45.28
[0156] ＝7538kW/m
[0157] 步骤503，根据式(4)计算地表火火焰区高度D1；
[0158]
[0159] 步骤504，根据式(6)计算离子区高度D2；
[0160] D2＝0.1D1＝0.50m
[0161] 步骤505，根据式(7)计算烟雾区高度D3；
[0162] D3＝Htl-D1-D2-zd＝27-5.01-0.5-1.8＝19.69m
[0163] 步骤6，根据式(8)～(11)计算火焰条件下火焰区击穿电压Uf；
[0164]
[0165] 火焰区温度计算公式简化为：
[0166]
[0167]
[0168] 根据表2得到火焰区燃烧植被校正因子Kj1为0.7，进一步计算得到：
[0169] Uf＝Kj1·Uf′＝0.7*129＝90.3kV
[0170] 步骤7，根据表3可知灌木燃烧电离程度较大，离子区击穿场强植被校正因子C＝4，根据式(12)计算火焰条件下离子区击穿电压Uz；
[0171]
[0172] 步骤8，根据表4获得烟雾层烟尘体积分数校正因子Kj2：
[0173] Kj2＝0.5*0.7*1*0.6＝0.252
[0174] 通过式(14)计算烟尘区高度在z处的温度Ts：
[0175]
[0176] 通过式(15)计算辐射热温度影响因子KT3：
[0177]
[0178] 根据式(13)计算火焰条件下烟雾区击穿电压Us：
[0179] Us＝Kj2·KT3·E0·D3＝285kV
[0180] 步骤9，计算山火条件下输电线路跳闸概率，包括以下步骤：
[0181] 步骤901，根据式(16)计算输电线路分裂数校正因子Kj3：
[0182] 输电线路所采用的分裂数为4，故Kj3＝1.25；
[0183] 步骤902，结合式(11)～(13)和(16)，根据式(17)计算火焰条件下击穿电压Ujc；
[0184] Ujc＝Kj3(Uf+Uz+Us)＝482kV
[0185] 步骤903，考虑山火发生时，颗粒导致空气间隙不均匀，分散性大，根据(18)计算当山火击穿时变异系数为4％时，99％的耐受击穿电压；
[0186] U99＝0.756Ujc＝364kV
[0187] 步骤904，根据式(19)计算山火发生处输电线路山火跳闸的概率P(U)：P(U)＝1。
[0188] 故该条线路在该山火点的条件下发生山火跳闸的概率为100％。
[0189] 步骤10，根据计算的输电线路山火跳闸概率P(U)，划分输电线路山火跳闸危险等级。对于500kV及以上电压等级输电线路，当P(U)＞70％，则严重危险；建议立即采取停运或灭火措施，且退出重合闸功能，避免山火跳闸对电网造成冲击。
[0190] 实施例2，本发明第二实施例所述的无需实时采集现场信息的线路山火灾害评估系统，该系统包括：
[0191] 植被类型确定模块，用于确定山火发生位置与输电线路之间的植被类型S1及植被高度zd，其中，植被类型分为针叶林、阔叶林、针阔混交林、灌木、茅草，或者上述植被的混合；
[0192] 火场火行为类型判断模块，用于判断火场火行为类型，若植被为灌木、茅草则为地表火，若存在针叶林、阔叶林或针阔混交林且垂直方向可燃物连续性好则为树冠火；
[0193] 告警输电线路信息模块，用于获取告警输电线路的信息，包括输电线路电压等级U、导线的对地距离Htl、输电线路的分裂数N；
[0194] 气象数据模块，用于获取山火发生位置处的气象数据，包括实时风速Vw和温度；
[0195] 山火高度计算模块，用于计算火焰区、离子区和烟雾区三个区间的山火高度，分别为D1、D2和D3，包括：
[0196] 山火蔓延速度计算模块，用于根据式(20)～(21)计算山火蔓延速度R；
[0197]
[0198] R＝R0·Ks·exp(0.1783·Vw·cosθ)·exp(3.533tanφ)1.2 (21)
[0199] 式中，R0为火山初始蔓延速度；Vw为风速；Ks为山火蔓延可燃物更正系数；φ为山火蔓延区的坡度角；θ为风速与坡度的夹角；
[0200] 山火蔓延可燃物更正系数Ks取值如表5所示；
[0201] 表5
[0202]可燃物类型 平铺针叶 枯枝落叶 茅草杂草 灌木 牧场草原 乔木
Ks 0.8 1.2 1.6 1.8 2.0 1.0
[0203] 火线强度计算模块，根据式(22)计算火线强度I；
[0204] I＝0.000049HWR (22)
[0205] 式中，H为可燃物有效可燃物发热量；W为有效可燃物载量；
[0206] 火焰区高度计算模块，用于根据式(23)或(24)计算地表火或树冠火的火焰区高度D1；
[0207]
[0208]
[0209] 离子区高度计算模块，用于根据式(25)计算离子区高度D2；
[0210] D2＝0.1D1 (25)
[0211] 烟雾区高度计算模块，根据式(26)计算烟雾区高度D3；
[0212] D3＝Htl-D1-D2-zd (26)
[0213] 火焰区击穿电压计算模块，用于根据式(27)～(30)计算火焰条件下火焰区击穿电压Uf；
[0214]
[0215]
[0216]
[0217] Uf＝Kj1·Uf′ (30)
[0218] 式中，T为火焰体对地高度为z处的温度，其中，zd≤z≤D1+zd；Ta为环境温度；I为山火强度；Uf′为仅温度作用下火焰区的击穿电压；Kj1为不同植被燃烧所含盐分的比例和燃烧所产生的温度得到的火焰区燃烧植被校正因子；E0为标准大气条件间隙长度为Htl时的工频击穿场强；
[0219] 火焰区燃烧植被校正因子Kj1的取值如表6所示。
[0220] 表6
[0221]植被类型 针叶林 阔叶林 针阔混交林 灌木 茅草
Kj1 0.8 0.9 0.85 0.7 1
[0222] 离子区击穿电压计算模块，用于根据式(31)计算火焰条件下离子区击穿电压Uz；
[0223]
[0224] 式中，Uz为火焰条件下离子区的击穿电压；C为离子区击穿场强植被校正因子；
[0225] C取值如表7所示；
[0226] 表7
[0227]植被类型 针叶林 阔叶林 针阔混交林 灌木 茅草
C 4 3 3.5 4 2
[0228] 烟雾区击穿电压计算模块，用于根据式(32)计算火焰条件下烟雾区击穿电压Us；
[0229] Us＝Kj2·KT3·E0·D3 (32)
[0230] 其中，辐射热温度影响因子KT3通过式(33)和(34)计算得到；
[0231]
[0232]
[0233] 式中，Ts为烟雾区依靠火焰产生的辐射加热上方空气导致的温度；zs为计算点对地高度，其取值范围为：zd+D1+D2≤zs≤Htl；
[0234] 式中，Kj2为烟雾区烟尘体积分数校正因子；KT3为辐射热温度影响因子；
[0235] 影响Kj2的各因素的系数值取值如表8所示；
[0236] 表8
[0237]
[0238] 山火跳闸概率计算模块，用于计算山火条件下输电线路跳闸概率，包括：
[0239] 分裂数校正因子计算模块，用于根据式(35)确定输电线路分裂数校正因子Kj3；
[0240]
[0241] 击穿电压计算模块，用于结合式(30)～(32)和(35)，根据式(36)计算火焰条件下击穿电压Ujc；
[0242] Ujc＝Kj3(Uf+Uz+Us) (36)
[0243] 耐受击穿电压计算模块，用于根据(37)计算当山火击穿时变异系数为4％时，99％的耐受击穿电压；
[0244] U99＝0.756Ujc (37)
[0245] 跳闸概率计算模块，用于根据式(38)计算山火发生处输电线路山火跳闸概率P(U)；
[0246]
[0247] 危险等级评估模块，用于根据计算的输电线路山火跳闸概率P(U)，划分输电线路山火跳闸危险等级：
[0248] 对于500kV及以上电压等级输电线路，当P(U)＞70％，则严重危险；当30％≤P(U)≤70％，则一般危险；当P(U)＜30％，则轻度危险；
[0249] 对于220kV及以下电压等级输电线路，当P(U)＞80％，则严重危险；当50％≤P(U)≤80％，则一般危险；当P(U)＜50％，则轻度危险。
[0250] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
