一種基于層次分析法的高速鐵路牽引網(wǎng)雷害風(fēng)險評估方法
【專利摘要】基于層次分析法的高速鐵路牽引網(wǎng)雷害風(fēng)險評估方法，包括如下步驟：S1、給定高鐵線路各信息；S2、利用網(wǎng)格法將高鐵線路劃分為若干個與各供電臂段對應(yīng)的空間網(wǎng)格區(qū)段；S3、計算得到各網(wǎng)格區(qū)段的直擊雷雷擊跳閘率、感應(yīng)雷雷擊跳閘率和總雷擊跳閘率；S1、將總雷擊跳閘率加權(quán)算術(shù)平均得到全線平均雷擊跳閘率、并以其為基準(zhǔn)值對各網(wǎng)格區(qū)段的總雷擊跳閘率進(jìn)行防雷性能評估、確定雷害風(fēng)險等級；S5、計算各個供電臂段內(nèi)雷害風(fēng)險處于各等級的網(wǎng)格區(qū)段占各供電臂段內(nèi)總網(wǎng)格區(qū)段數(shù)的百分比；S6、基于高鐵線路易閃段層次結(jié)構(gòu)模型確定各供電臂段的雷害風(fēng)險權(quán)重向量。本發(fā)明的有益效果：實(shí)現(xiàn)對高鐵線路各供電臂段雷害風(fēng)險的準(zhǔn)確評估，提高高鐵線路的防雷水平。
【專利說明】—種基于層次分析法的高速鐵路牽引網(wǎng)雷害風(fēng)險評估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電氣化鐵路雷電防護(hù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于層次分析法的高速鐵路牽引網(wǎng)雷害風(fēng)險評估方法，尤其適用于電氣化鐵路牽引網(wǎng)的易閃段評估。
【背景技術(shù)】
[0002]中國疆域遼闊，地形、氣候復(fù)雜多變，雷電活動的頻度與強(qiáng)度分布十分不均，局部地區(qū)雷電危害非常嚴(yán)重。同時，由于高速鐵路大面積采用高架橋的鋪設(shè)方式，雷擊特性及影響與普速鐵路、電力輸電線路存在較大差異，既有高速鐵路防雷體系存在差異性與針對性考慮不足等缺陷，導(dǎo)致高速鐵路牽引變電所跳閘和絕緣子遭受破壞等故障頻繁發(fā)生。因此，進(jìn)行更科學(xué)、有針對性的高速鐵路牽引網(wǎng)的雷害風(fēng)險評估，是進(jìn)一步完善高速鐵路防雷體系的重要參考和依據(jù)，是保障中國高速鐵路安全可靠運(yùn)行必須進(jìn)行的工作。
[0003] 申請人:通過研究發(fā)現(xiàn)，目前的高速鐵路技術(shù)發(fā)展比較成熟的要數(shù)歐洲和日本。歐洲高速鐵路高架橋路段比例較低，且雷電活動強(qiáng)度相對較弱，高速鐵路的雷擊故障問題并不突出。據(jù)德國鐵路部門的統(tǒng)計，歐洲中部高速鐵路牽引網(wǎng)的雷擊跳閘率僅為I次/(百公里?年)，因此，歐洲高速鐵路并未采取牽 引網(wǎng)防雷措施。日本根據(jù)牽引網(wǎng)雷擊故障發(fā)生的頻度和線路的重要程度，將高速鐵路線路劃分為A、B和C三個防雷等級，日本高速鐵路牽引網(wǎng)的防雷技術(shù)模式對中國具有一定的借鑒意義，但日本高速鐵路的高架橋比例以及日本的雷電活動強(qiáng)度都低于中國，且日本高速鐵路的牽引網(wǎng)設(shè)計與中國也存在一定差異，所以，其雷電防護(hù)技術(shù)模式也不能直接照搬至中國。中國高速鐵路雷電防護(hù)需要結(jié)合自身實(shí)際情況，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和安全性出發(fā)，提出一種綜合考慮高鐵線路走廊雷電活動特征、高鐵線路牽引網(wǎng)結(jié)構(gòu)和絕緣特征以及地形地貌特征等諸多因素，有針對性的高速鐵路牽引網(wǎng)雷害風(fēng)險評估方法。
[0004]另據(jù) 申請人:所知，由于高速鐵路牽引網(wǎng)并非完全貫穿，2個變電所之間的牽引網(wǎng)通過電分相分開，將變電所與電分相稱為一個供電臂，AT供電系統(tǒng)中供電臂的距離約為50km,因此在進(jìn)行差異化的防雷設(shè)計時，以供電臂為單元開展防雷設(shè)計工作對于運(yùn)管部門快速準(zhǔn)確把握高鐵線路的防雷薄弱點(diǎn)，提高防雷綜合治理的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性具有重要作用。
[0005]中國專利文獻(xiàn)公開的《一種高速鐵路牽引網(wǎng)防雷性能評估方法》(申請?zhí)?01210499740.5)就是基于給定需要進(jìn)行防雷性能評估的高鐵線路全信息，采用網(wǎng)格法，將評估區(qū)域劃分為若干個空間網(wǎng)格，并基于海量雷電定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)，利用計算機(jī)運(yùn)行高鐵線路走廊雷電參數(shù)統(tǒng)計方法，統(tǒng)計出各個空間網(wǎng)格區(qū)段在指定時間內(nèi)的地閃密度參數(shù)和雷電流幅值概率分布參數(shù)，采用雷擊跳閘率計算方法計算高鐵線路各個網(wǎng)格區(qū)段及其全線在指定時間段內(nèi)的直擊雷雷擊跳閘率、感應(yīng)雷雷擊跳閘率和總雷擊跳閘率；以各網(wǎng)格區(qū)段的雷擊跳閘率為基礎(chǔ)，以全線雷擊跳閘率為基準(zhǔn)，獲取指定時間段內(nèi)各個網(wǎng)格區(qū)段相對于全線的雷害風(fēng)險數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)對高速鐵路牽引網(wǎng)時空差異化的防雷性能評估。該方法采用計算得到的高鐵線路各個網(wǎng)格區(qū)段的雷擊跳閘率，求得全線及各供電臂段雷擊跳閘率的算術(shù)平均值，通過各供電臂段平均雷擊跳閘率值的大小來判斷各供電臂段雷害風(fēng)險的大小。通過該方法能得到高鐵線路各網(wǎng)格區(qū)段和供電臂段的雷害風(fēng)險結(jié)果，而該發(fā)明存在的不足之處在于，該方法只是利用簡單的算術(shù)平均法來獲取各供電臂段的平均雷擊跳閘率，而在算術(shù)平均的過程中有可能忽略個體的差異，容易受到極端數(shù)值的影響，存在一定的誤差，不能準(zhǔn)確反映各供電臂段的雷害風(fēng)險強(qiáng)弱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有高速鐵路雷害風(fēng)險評估方法存在的上述不足，提供一種基于層次分析法的高速鐵路牽引網(wǎng)雷害風(fēng)險評估方法，實(shí)現(xiàn)雷害風(fēng)險的準(zhǔn)確評估。
[0007]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0008]基于層次分析法的高速鐵路牽引網(wǎng)雷害風(fēng)險評估方法，包括如下步驟:
[0009]S1、給定需要進(jìn)行防雷性能評估的聞鐵線路基本彳目息、聞鐵線路地理/[目息、聞鐵線路地形地貌信息、高鐵線路絕緣特征信息、高鐵線路結(jié)構(gòu)特征信息；
[0010]高鐵線路基本信息包括線路名稱、線路總長、供電方式、供電臂長度與分段信息；
[0011]高鐵線路地理信息包括高鐵線路的經(jīng)緯度坐標(biāo)、海拔高度；
[0012]高鐵線路地形地貌信息依據(jù)高鐵線路走向的經(jīng)緯度坐標(biāo)運(yùn)用三維GIS全掃描提取、包括平原、山丘、大山；
[0013]高鐵線路絕緣特征信息包括絕緣子串或最短空氣間隙的閃絡(luò)電壓及伏秒特性、支柱接地電阻；
[0014]高鐵線路結(jié)構(gòu)特征信息包括支柱、架空地線、承力索的幾何尺寸、架空地線和集中引下線配置、橋梁、路基和隧道的分布與長度、橋梁的高度；
[0015]S2、根據(jù)SI步驟中給定的高鐵線路基本信息、高鐵線路地理信息，利用網(wǎng)格法，將高鐵線路劃分為若干個與各供電臂段對應(yīng)的空間網(wǎng)格區(qū)段，同時采用高鐵線路走廊雷電參數(shù)統(tǒng)計方法統(tǒng)計出各個空間網(wǎng)格區(qū)段在指定時間段內(nèi)的高鐵線路雷電參數(shù)信息，高鐵線路雷電參數(shù)信息包括地閃密度參數(shù)和雷電流概率密度分布參數(shù)；
[0016]S3、以S2步驟中統(tǒng)計出的高鐵線路雷電參數(shù)信息，結(jié)合SI步驟中給定的高鐵線路地形地貌信息、高鐵線路絕緣特征信息、高鐵線路結(jié)構(gòu)特征信息，采用雷擊跳閘率計算方法計算得到各網(wǎng)格區(qū)段的直擊雷雷擊跳閘率、感應(yīng)雷雷擊跳閘率和總雷擊跳閘率；
[0017]S4、將S3步驟中計算得到的各網(wǎng)格區(qū)段的總雷擊跳閘率加權(quán)算術(shù)平均得到高鐵線路的全線平均雷擊跳閘率，以全線平均雷擊跳閘率為基準(zhǔn)值，依據(jù)各網(wǎng)格區(qū)段雷害風(fēng)險分級指標(biāo)，對S3步驟中計算得到的各網(wǎng)格區(qū)段的總雷擊跳閘率進(jìn)行防雷性能評估，確定各網(wǎng)格區(qū)段雷害風(fēng)險等級；
[0018]S5、利用S2步驟中得到的網(wǎng)格區(qū)段及所對應(yīng)的供電臂段劃分結(jié)果，采用計算機(jī)計算各個供電臂段內(nèi)雷害風(fēng)險處于各等級的網(wǎng)格區(qū)段占各供電臂段內(nèi)總網(wǎng)格區(qū)段數(shù)的百分t匕(各供電臂段各風(fēng)險等級網(wǎng)格區(qū)段百分比)；
[0019]S6、基于高鐵線路易閃段層次結(jié)構(gòu)模型確定各供電臂段的雷害風(fēng)險權(quán)重向量，各供電臂段的雷害風(fēng)險權(quán)重向量確定步驟如下:
[0020]首先，通過改進(jìn)的三標(biāo)度層次分析法求得各供電臂段對各雷害風(fēng)險等級網(wǎng)格區(qū)段百分比的權(quán)重向量；[0021]其次，在上述步驟基礎(chǔ)上，考慮各風(fēng)險等級網(wǎng)格區(qū)段對雷害風(fēng)險的影響程度不同，繼續(xù)采用改進(jìn)的三標(biāo)度層次分析法求得不同風(fēng)險等級網(wǎng)格區(qū)段對雷害風(fēng)險的權(quán)重向量；
[0022]最后，采用計算機(jī)將各供電臂段對各雷害風(fēng)險等級網(wǎng)格區(qū)段百分比的權(quán)重向量、不同風(fēng)險等級網(wǎng)格區(qū)段對雷害風(fēng)險的權(quán)重向量進(jìn)行合成得到各供電臂段的雷害風(fēng)險權(quán)重向量，從而獲取各供電臂段雷害風(fēng)險評估結(jié)果，并確定線路易閃段。
[0023]按上述方案，所述S6步驟中高鐵線路易閃段層次結(jié)構(gòu)模型由目標(biāo)層、原則層、指標(biāo)層三個層次構(gòu)成:目標(biāo)層為供電臂段的雷害風(fēng)險；原則層包括A級網(wǎng)格區(qū)段百分比、B級網(wǎng)格區(qū)段百分比、C級網(wǎng)格區(qū)段百分比、D級網(wǎng)格區(qū)段百分比；指標(biāo)層包括供電臂段1、供電臂段2、供電臂段3、……、供電臂段η ;各供電臂段的雷害風(fēng)險權(quán)重向量確定具體步驟如下:
[0024]首先，通過改進(jìn)的三標(biāo)度層次分析法求得各供電臂段對各雷害風(fēng)險等級網(wǎng)格區(qū)段百分比的權(quán)重向量，即各供電臂段對A級網(wǎng)格區(qū)段百分比的權(quán)重向量巧、對B級網(wǎng)格區(qū)段百分比的權(quán)重向量評2、對C級網(wǎng)格區(qū)段百分比的權(quán)重向量評3、對D級網(wǎng)格區(qū)段百分比的權(quán)重向量評4 (即指標(biāo)層對原則層的權(quán)重)；
[0025]其次，在上述步驟基礎(chǔ)上，考慮各風(fēng)險等級網(wǎng)格區(qū)段對雷害風(fēng)險的影響程度不同，繼續(xù)采用改進(jìn)的三標(biāo)度層次分析法求得 不同風(fēng)險等級網(wǎng)格區(qū)段對雷害風(fēng)險的權(quán)重向量Ws(即原則層對目標(biāo)層的權(quán)重)；
[0026]最后，采用計算機(jī)將各供電臂段對各雷害風(fēng)險等級網(wǎng)格區(qū)段百分比的權(quán)重向量、不同風(fēng)險等級網(wǎng)格區(qū)段對雷害風(fēng)險的權(quán)重向量進(jìn)行合成得到各供電臂段的雷害風(fēng)險權(quán)重向量W:
[0027]W=Lff1 W2 W3 W4] *ffs
[0028]從而獲取各供電臂段雷害風(fēng)險評估結(jié)果(即指標(biāo)層對目標(biāo)層的權(quán)重)，并確定線路易閃段。
[0029]按上述方案，所述S6步驟中計算各供電臂段對各雷害風(fēng)險等級網(wǎng)格區(qū)段百分比的權(quán)重向量(即指標(biāo)層對原則層的權(quán)重)的步驟以各供電臂段對A級網(wǎng)格區(qū)段百分比的權(quán)重向量W1為例,具體步驟如下:
[0030]①根據(jù)三標(biāo)度法采用計算機(jī)計算得到各供電臂段A級網(wǎng)格區(qū)段的百分比所對應(yīng)的比較矩陣；
[0031]根據(jù)各供電臂段A級網(wǎng)格區(qū)段百分比大小，得出相應(yīng)的比較矩陣A:
【權(quán)利要求】
1.一種基于層次分析法的高速鐵路牽引網(wǎng)雷害風(fēng)險評估方法，其特征在于:該方法包括如下步驟: S1、給定需要進(jìn)行防雷性能評估的高鐵線路基本信息、高鐵線路地理信息、高鐵線路地形地貌信息、高鐵線路絕緣特征信息、高鐵線路結(jié)構(gòu)特征信息； 高鐵線路基本信息包括線路名稱、線路總長、供電方式、供電臂長度與分段信息； 高鐵線路地理信息包括高鐵線路的經(jīng)緯度坐標(biāo)、海拔高度； 高鐵線路地形地貌信息依據(jù)高鐵線路走向的經(jīng)緯度坐標(biāo)運(yùn)用三維GIS全掃描提取、包括平原、山丘、大山； 高鐵線路絕緣特征信息包括絕緣子串或最短空氣間隙的閃絡(luò)電壓及伏秒特性、支柱接地電阻； 高鐵線路結(jié)構(gòu)特征信息包括支柱、架空地線、承力索的幾何尺寸、架空地線和集中引下線配置、橋梁、路基和隧道的分布與長度、橋梁的高度； S2、根據(jù)SI步驟中給定的聞鐵線路基本/[目息、聞鐵線路地理/[目息，利用網(wǎng)格法，將聞鐵線路劃分為若干個與各供電臂段對應(yīng)的空間網(wǎng)格區(qū)段，同時采用高鐵線路走廊雷電參數(shù)統(tǒng)計方法統(tǒng)計出各個空間網(wǎng)格區(qū)段在指定時間段內(nèi)的高鐵線路雷電參數(shù)信息，高鐵線路雷電參數(shù)信息包括地閃密度參數(shù)和雷電流概率密度分布參數(shù)； S3、以S2步驟中統(tǒng)計出的高鐵線路雷電參數(shù)信息，結(jié)合SI步驟中給定的高鐵線路地形地貌信息、高鐵線路絕緣特征信息、高鐵線路結(jié)構(gòu)特征信息，采用雷擊跳閘率計算方法計算得到各網(wǎng)格區(qū)段的直擊雷雷擊跳閘率、感應(yīng)雷雷擊跳閘率和總雷擊跳閘率； S4、將S3步驟中計算得到的各網(wǎng)格區(qū)段的總雷擊跳閘率加權(quán)算術(shù)平均得到高鐵線路的全線平均雷擊跳閘率，以全線平均雷擊跳閘率為基準(zhǔn)值，依據(jù)各網(wǎng)格區(qū)段雷害風(fēng)險分級指標(biāo)，對S3步驟中計算得到的各網(wǎng)格區(qū)段的總雷擊跳閘率進(jìn)行防雷性能評估，確定各網(wǎng)格區(qū)段雷害風(fēng)險等級； S5、利用S2步驟中得到的網(wǎng)格區(qū)段及所對應(yīng)的供電臂段劃分結(jié)果，采用計算機(jī)計算各個供電臂段內(nèi)雷害風(fēng)險處于各等級的網(wǎng)格區(qū)段占各供電臂段內(nèi)總網(wǎng)格區(qū)段數(shù)的百分比； S6、基于高鐵線路易閃段層次結(jié)構(gòu)模型確定各供電臂段的雷害風(fēng)險權(quán)重向量，各供電臂段的雷害風(fēng)險權(quán)重向量確定步驟如下: 首先，通過改進(jìn)層次分析計算程序求得各供電臂段對各雷害風(fēng)險等級網(wǎng)格區(qū)段百分比的權(quán)重向量； 其次，在上述步驟基礎(chǔ)上，考慮各風(fēng)險等級網(wǎng)格區(qū)段對雷害風(fēng)險的影響程度不同，繼續(xù)采用改進(jìn)層次分析計算程序求得不同風(fēng)險等級網(wǎng)格區(qū)段對雷害風(fēng)險的權(quán)重向量； 最后，采用計算機(jī)將各供電臂段對各雷害風(fēng)險等級網(wǎng)格區(qū)段百分比的權(quán)重向量、不同風(fēng)險等級網(wǎng)格區(qū)段對雷害風(fēng)險的權(quán)重向量進(jìn)行合成得到各供電臂段的雷害風(fēng)險權(quán)重向量，從而獲取各供電臂段雷害風(fēng)險評估結(jié)果，并確定線路易閃段。
2.如權(quán)利要求1所述的基于層次分析法的高速鐵路牽引網(wǎng)雷害風(fēng)險評估方法，其特征在于:所述S6步驟中高鐵線路易閃段層次結(jié)構(gòu)模型由目標(biāo)層、原則層、指標(biāo)層三個層次構(gòu)成:目標(biāo)層為供電臂段的雷害風(fēng)險；原則層包括A級網(wǎng)格區(qū)段百分比、B級網(wǎng)格區(qū)段百分比、C級網(wǎng)格區(qū)段百分比、D級網(wǎng)格區(qū)段百分比；指標(biāo)層包括供電臂段1、供電臂段2、供電臂段.3、……、供電臂段η ;各供電臂段的雷害風(fēng)險權(quán)重向量確定具體步驟如下:首先，通過改進(jìn)的三標(biāo)度層次分析法求得各供電臂段對各雷害風(fēng)險等級網(wǎng)格區(qū)段百分比的權(quán)重向量，即各供電臂段對A級網(wǎng)格區(qū)段百分比的權(quán)重向量巧、對B級網(wǎng)格區(qū)段百分比的權(quán)重向量W2、對C級網(wǎng)格區(qū)段百分比的權(quán)重向量W3、對D級網(wǎng)格區(qū)段百分比的權(quán)重向量W4 ； 其次，在上述步驟基礎(chǔ)上，考慮各風(fēng)險等級網(wǎng)格區(qū)段對雷害風(fēng)險的影響程度不同，繼續(xù)采用改進(jìn)的三標(biāo)度層次分析法求得不同風(fēng)險等級網(wǎng)格區(qū)段對雷害風(fēng)險的權(quán)重向量Ws ； 最后，采用計算機(jī)將各供電臂段對各雷害風(fēng)險等級網(wǎng)格區(qū)段百分比的權(quán)重向量、不同風(fēng)險等級網(wǎng)格區(qū)段對雷害風(fēng)險的權(quán)重向量進(jìn)行合成得到各供電臂段的雷害風(fēng)險權(quán)重向量W:
W=Lff1 W2 W3 W4] *ws 從而獲取各供電臂段雷害風(fēng)險評估結(jié)果，并確定線路易閃段。
3.如權(quán)利要求2所述的基于層次分析法的高速鐵路牽引網(wǎng)雷害風(fēng)險評估方法，其特征在于:所述S6步驟中計算各供電臂段對各雷害風(fēng)險等級網(wǎng)格區(qū)段百分比的權(quán)重向量的步驟以各供電臂段對A級網(wǎng)格區(qū)段百分比的權(quán)重向量W1為例，具體步驟如下: ①根據(jù)三標(biāo)度法采用計算機(jī)計算得到各供電臂段A級網(wǎng)格區(qū)段的百分比所對應(yīng)的比較矩陣； 根據(jù)各供電臂段A級網(wǎng)格區(qū)段百分比大小，得出相應(yīng)的比較矩陣A:
4.如權(quán)利要求1所述的基于層次分析法的高速鐵路牽引網(wǎng)雷害風(fēng)險評估方法，其特征在于:所述S6步驟中不同風(fēng)險等級網(wǎng)格區(qū)段對雷害風(fēng)險的權(quán)重向量計算具體步驟包括:根據(jù)三標(biāo)度法采用計算機(jī)計算得到不同風(fēng)險等級網(wǎng)格區(qū)段的雷害風(fēng)險所對應(yīng)的比較矩陣，以不同風(fēng)險等級網(wǎng)格區(qū)段的雷害風(fēng)險所對應(yīng)的比較矩陣作為輸入?yún)?shù)，采用改進(jìn)的三標(biāo)度層次分析法計算得到不同風(fēng)險等級網(wǎng)格區(qū)段對雷害風(fēng)險的權(quán)重向量。
【文檔編號】G01R31/00GK103777094SQ201310753449
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】谷山強(qiáng), 嚴(yán)碧武, 向念文, 蘇杰, 馮萬興, 方玉河, 趙淳, 王韜, 吳敏, 王佩 申請人:國網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司