一種地理氣象相關(guān)的輸電線路風險差異評價方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及輸變電設(shè)施風險評價技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種地理氣象相關(guān)的輸電線 路風險差異評價方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 輸電設(shè)備風險評估是深入掌握輸電設(shè)備在電力系統(tǒng)中的運行狀況的主要手段，是 規(guī)劃設(shè)計、設(shè)備制造、安裝調(diào)試、生產(chǎn)運行、檢修維護、生產(chǎn)管理等環(huán)節(jié)綜合水平的度量。
[0003] 輸電線路投運后的風險主要受外部氣象環(huán)境的影響，特別是氣象災害的沖擊作用 而導致的電氣或物理失效。氣象災害具有時空分布差異，因此暴露期間的架空輸電線路的 風險同樣存在時空差異。這其中的輸電線路故障風險的區(qū)域特性差異具體表現(xiàn)為：①不同 地區(qū)的輸電線路故障頻度存在差異，山區(qū)相較于平原地區(qū)故障頻度要高、沿海地區(qū)相較于 內(nèi)陸地區(qū)故障頻度要高；②不同地區(qū)的線路對各種氣象災害的敏感度存在差異，不同地區(qū) 的氣象條件不同，起主導作用的氣象災害也不同，同一區(qū)域不同線路抵御氣象災害的能力 存在差異，線路故障頻度當然差別較大；③同一條線路的不同區(qū)段故障頻度也存在差異，輸 電線路是由線路段和桿塔組成，特別是大容量長距離送電通道，各線路段自身參數(shù)、所處地 形和微氣象等均可能存在較大差異，因此同一條線路的不同區(qū)段故障頻度也存在差異。輸 電線路故障時間特征差異表現(xiàn)為：①故障頻度的各月分布存在較大起伏，這主要受氣象災 害的季節(jié)特性影響，如夏天的雷雨、颮線風等強對流天氣，冬季的覆冰、舞動、污閃等；②不 同氣象災害作用下的停運時間差別較大，如雷擊跳閘因重合閘成功率很高，平均停運時間 非常短，而山火情況下，重合閘成功率低，需要等到山火撲滅后才能恢復供電，故停運時間 相對較長；③存在短時故障風險聚集效應(yīng)，如短時的雷電、大風等強對流天氣常常造成區(qū)域 性的多條線路跳閘，呈現(xiàn)故障"聚集效應(yīng)"。
[0004]目前對輸電設(shè)備進行風險評估的方法主要有統(tǒng)計評價、模擬評價、預測評估三大 類。統(tǒng)計評價基于對設(shè)施長期運行記錄的可靠性數(shù)據(jù)的數(shù)理統(tǒng)計分析，但這種方法不能滿 足不同氣象因素下電網(wǎng)風險評估需求。模擬評價指通過結(jié)構(gòu)可靠性建模，對設(shè)備因勞損、 老化造成的失效進行模擬分析，但該方法主要針對物理失效，而對于失效比例極高的，如雷 擊、風偏放電、污閃、冰閃等電氣失效不具有適用性。預測評估是指通過獲取外部的運行環(huán) 境信息，如天氣預報、氣象災害預警等信息，結(jié)合電網(wǎng)的設(shè)計和運行參數(shù)，預測未來短期的 風險水平，但這種方法也存在著一些不足，表現(xiàn)在電力行業(yè)氣象服務(wù)尚不完善、電力設(shè)備故 障和氣象災害之間的關(guān)聯(lián)評估模型的缺乏、當前的運行風險研究仍處于探索階段而且需要 在工程實際中進行應(yīng)用檢驗。
[0005] 在輸電線路風險評價指標方面，目前普遍采用的是IEEEStd. 1366-1998和DL/T 861-2004《電力可靠性基本名詞術(shù)語》推薦的可用系數(shù)、強迫停運系數(shù)、強迫停運率、連續(xù)可 用小時等指標，這些評價指標聚焦于同電壓等級線路的整體性能，不能反映同電壓等級線 路的區(qū)域性差異、個體性差異、影響因素差異以及短時聚集性故障效應(yīng)等特征；除此之外， 還有涉及線路電壓越限、頻率越限、過負荷等指標，但其主要關(guān)注的是線路運行狀態(tài)及其后 果，以及供電點的電能質(zhì)量，而對于風險的差異性、風險主導因素等未能反映。
[0006] 因此，為了更準確地反映輸電線路受氣象環(huán)境影響的不同風險水平，有必要研究 輸電線路風險差異的分析及評價方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種地理氣象相關(guān)的輸電線路風險差異評價方法，能夠深度 揭示關(guān)注區(qū)域內(nèi)線路失效的風險差異特征，充分反映氣象災害的影響規(guī)律及線路的防災抗 災能力，有助于針對性地管控電網(wǎng)運行風險、提高電力系統(tǒng)的運行可靠性水平。
[0008] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0009] 一種地理氣象相關(guān)的輸電線路風險差異評價方法，包括以下步驟：
[0010] A:以選定區(qū)域內(nèi)氣象信息數(shù)據(jù)庫里的氣象數(shù)據(jù)、GIS數(shù)據(jù)庫的輸電線路桿塔基礎(chǔ) 數(shù)據(jù)和PMS生產(chǎn)管理系統(tǒng)里的線路跳閘事件記錄數(shù)據(jù)為依據(jù)，考慮選定區(qū)域內(nèi)區(qū)域電網(wǎng)氣 象敏感度因素、區(qū)域線路故障次數(shù)差異因素和線路故障高風險區(qū)段識別因素，通過上述三 項因素對輸電線路故障區(qū)域特征差異進行評價；
[0011] B:以選定區(qū)域內(nèi)氣象信息數(shù)據(jù)庫里的氣象數(shù)據(jù)、GIS數(shù)據(jù)庫的輸電線路桿塔基礎(chǔ) 數(shù)據(jù)和PMS生產(chǎn)管理系統(tǒng)里的線路跳閘事件記錄數(shù)據(jù)為依據(jù)，考慮選定區(qū)域內(nèi)歷史同期各 月故障頻率、不同氣象災害作用下停運時間、故障時間間隔和短時故障聚集度，進行輸電線 路故障時間特征差異評價；
[0012]C:綜合步驟A和步驟B的評價結(jié)果得出整體評價報告。
[0013] 區(qū)域電網(wǎng)氣象敏感度評價步驟為：
[0014] 1):設(shè)定區(qū)域電網(wǎng)氣象敏感度指標，：?·> a
[0015] 式中，Pax表示區(qū)域a中的線路在氣象條件x下故障的氣象敏感度指標，nax表示 區(qū)域a中的線路在氣象條件X下故障的次數(shù)，Xe{雷電，臺風，大風，冰雪，高溫，暴雨，山 火，等}，na表示該地區(qū)故障總次數(shù)；
[0016]2):計算關(guān)注的區(qū)域內(nèi)對輸電線路沖擊最大的氣象災害因素：
[0017] MFff=argmaxp(x) (2)
[0018] 式中，MFW為關(guān)注區(qū)域內(nèi)導致輸電線路故障最多的氣象災害因素，函數(shù)argmax P(x)表示使函數(shù)P(x)取到最大值時的所有自變量x的集合；
[0019] 3):由步驟2)得出各個地區(qū)的主導氣象災害集。
[0020] 區(qū)域線路故障次數(shù)差異評價步驟為：
[0021] 設(shè)定同電壓等級下區(qū)域線路故障次數(shù)差異指標，
[0022]
[0023] 式中，Ekx表征了氣象條件X下同一電壓等級的線路k的故障次數(shù)差異值，nkx表示 線路k在氣象條件X下的故障次數(shù)，氣為區(qū)域內(nèi)某電壓等級線路在氣象條件X下故障的平 均次數(shù)，凡為區(qū)域內(nèi)某電壓等級線路在氣象條件X下故障的線路條數(shù)；
[0024] 由公式⑶判定，當Ekx> 0時，表示該條線路抵御氣象災害的能力未達到平均水 平或者該條線路是氣象災害高發(fā)線路，反之亦然。
[0025] 線路故障高風險區(qū)段識別評價步驟為：
[0026] 設(shè)定線路故障高風險區(qū)段指標：
[0027] 對于一條線路，存在故障點集合況，隊，隊，…，％，…，NJ，那么該線路故障高風 險區(qū)段指標是指由設(shè)定的距離長度L所界定的，發(fā)生故障的次數(shù)占線路總故障次數(shù)的比例 大于某一百分數(shù)Η的區(qū)間[隊，N,];由于一條線路可能存在多個故障高風險區(qū)段，因此可用 多個區(qū)間[隊，％]構(gòu)成的集合表示，即線路故障高風險區(qū)段HRS= {[隊，Ν』}，具體表達式 為：
[0028]
(4)
[0029]式中，隊為線路的第i個故障點，Nj為線路的第j個故障點，m為故障點總數(shù)，Η為 設(shè)定的故障比例百分數(shù)，L為設(shè)定的距離范圍；
[0030] 線路故障高風險區(qū)段識別就是尋找故障點聚集程度最高的區(qū)段，采用譜系聚類方 法進行識別；
[0031] 線路故障高風險區(qū)段聚類分析方法是：
[0032] ①、以每次故障后的巡線記錄的故障位置就近的桿塔號隊為故障點，無巡線記錄 時采用故障測距對應(yīng)的桿塔號，得到線路故障點集合{ΝρΝ2，…，NJ;
[0033] ②再將m個故障點分別自成一類，然后計算各故障點之間的距離，選擇距離最小 的一類合并成一個新類；
[0034] ③計算在新的類別劃分下各類之間的距離，再將距離最近的兩類合并，直到所有 故。
[0035] 歷史同期各月故障頻率評價步驟為：
[0036] 設(shè)定歷史同期各月故障頻率指標為：
[0037]
[0038] 式中，fkni表示線路k在歷史同期的m月的故障頻率，次AlOOkm·月）；nkyni為線路 k在第y年的m月的故障次數(shù)表示第m月的時間；Y為統(tǒng)計的總年數(shù)；L,表示線路k的 長度，km;
[0039] 進一步，該地區(qū)相同電壓等級的多條線路的歷史同期各月的故障頻率為：
[0040]
[0041] 根據(jù)公式（6)判定該地區(qū)相同電壓等級的多條線路歷史同期各月故障頻率。
[0042] 不同氣象災害作用下停運時間評價步驟為：
[0043] 1):設(shè)定不同氣象災害作用下停運時間指標為：TTRkix=trki_tfki (7)
[0044] 式中，TTRklx表示線路k第i次故障的停運時間，x為第i次跳閘的氣象條件類型， 七4表示線路k第i次跳閘時間，tr^表示線路k第i次跳閘后恢復時間；
[0045] 2):根據(jù)公式（8)計算同一電壓等級下多條線路在某一氣象因素X作用下的平均 停運時間：
[0046]
(g)
[0047] 式中，MTTRX為某一電壓等級的輸電設(shè)備在氣象因素x下的平均停運時間，nx為該 電壓等級線路在氣象條件X下的故障總次數(shù)；
[0048] 3):判定對輸電設(shè)備停運或者維修時間影響最嚴重的氣象災害因素為：
[0049] MFR=arg max MTTR(x) (9)
[0050] 式中，MFR為致使輸電線路平均故障時間最長的氣象災害因素，函數(shù)arg maxMTTR(x)表示使函數(shù)MTTR(x)取到最大值時的所有自變量X的集合；
[0051] 4):根據(jù)公式⑶和公式（9)判斷得出某一電壓等級的輸電設(shè)備在氣象因素X下 的平均停運時間和對輸電設(shè)備停運或者維修時間影響最嚴重的氣象災害因素。
[0052] 故障時間間隔評價步驟為：
[0053] 設(shè)定故障時間間隔指標為：
[0054] TBFki=tfki-tfki! (10)
[0055] 式中，TBFk^示線路k第i次與第i-1次故障之間的時間間隔，tf 示線路k第 i次跳閘時間，tfkli表示線路k第i-1次跳閘時間；
[0056] 進一步，計算線路的平均故障時間間隔為：
[0057]
[0058] 根據(jù)式（11)判定得出線路的平均故障時間間隔，MTBF數(shù)值越大，表明故障停運的 風險越小。
[0059] 短時故障聚集度評價步驟為：
[00