基于雷电参数统计的输电线路防雷性能评估方法

1.基于雷电参数统计的输电线路防雷性能评估方法，运用计算机对长期雷电监测数据进行处理，采用网格法对给定输电线路沿线路走廊进行指定时间段内的雷电参数统计，依据统计结果，采用雷击跳闸率计算方法计算线路及其各个区段在指定时间段内的绕击跳闸率、反击跳闸率和总雷击跳闸率，并参考线路雷击跳闸率的设计值、规定值或运行经验值，实现对输电线路时空差异化的防雷性能进行评估，其特征在于，基于长期雷电监测数据，对给定输电线路进行沿线路走廊、指定时间段内的雷电参数统计，以统计出的地闪密度和雷电流幅值概率密度分布进行输电线路雷击跳闸率计算，再以输电线路防雷性能的设计值、规定值或运行经验值为参考，评估出输电线路在空间上和时间上防雷性能的差异，采用的基本步骤如下：
(1)给定需要进行防雷性能评估的输电线路信息，包括线路基本信息，线路地理信息，线路结构特征，线路绝缘特征，线路地形地貌特征，其中，线路基本信息包括线路名称、归属单位、电压等级、线路总长；线路地理信息包括线路各级杆塔的经纬度坐标、海拔高度；线路结构特征包括杆塔、导线、地线的型号和几何尺寸；线路绝缘特征包括绝缘子串或最短空气间隙的闪络电压或伏秒特性、杆塔接地电阻；线路地形地貌特征包括地形和地貌特征，其中地形特征包括平原、山丘、大山，地貌特征包括：平地、沿坡、爬坡、山顶、山谷、跨山谷；
(2)指定所要对输电线路进行防雷性能评估的时间段，根据所给输电线路的基本信息、地理信息，利用雷电参数统计方法，对指定时间段内线路走廊的雷电参数进行统计，得出该时间段内输电线路的地闪密度、雷电流幅值概率分布；
(3)以(2)中统计出的输电线路雷电参数，结合(1)中给定的输电线路结构特征、绝缘特征、地形地貌特征，计算以杆塔进行分段的输电线路各区段在指定时间段内的雷击跳闸率，包括绕击跳闸率、反击跳闸率、总雷击跳闸率；总雷击跳闸率为绕击跳闸率与反击跳闸率之和；整条输电线路雷击跳闸率为线路各区段雷击跳闸率加权平均值；根据(2)中统计出的地闪密度的单位，雷击跳闸率的单位要求统一为“次/百公里·年”；
(4)依据线路雷击跳闸率的设计值、规定值或运行经验值设定参考值，根据(3)中计算得到的指定时间段内输电线路各区段及整条线路的雷击跳闸率，对输电线路防雷性能在时间上的差异和在空间上的差异进行评估。
2.根据权利要求1所述的基于雷电参数统计的输电线路防雷性能评估方法，其特征在于，所采用的雷电参数是根据长期雷电监测数据统计而出的，其中，统计出的雷电流幅值概率分布采用如下形式：
$P_I=\frac{1}{1+{\left(\frac{I}{a}\right)}^b}$
式中函数PI为幅值大于等于I的雷电流出现的概率；变量I为雷电流幅值；已知量a表示幅值大于a的雷电流出现的概率和为50％，由统计结果确定；已知量b为雷电流幅值概率分布曲线的变化指数，由统计结果确定。
3.根据权利要求1所述的基于雷电参数时空差异化统计的输电线路防雷性能评估方法，其特征在于，所采用的雷电参数是采用网格法对给定输电线路沿线路走廊进行指定时间段内的雷电参数统计而出的。
4.根据权利要求1所述的基于雷电参数时空差异化统计的输电线路防雷性能评估方法，其特征在于，防雷性能评估可以对线路的每一级杆塔和整条线路进行。
5.根据权利要求1所述的基于雷电参数时空差异化统计的输电线路防雷性能评估方法，其特征在于，防雷性能评估可以对线路进行指定时间段内的防雷性能评估。

技术领域\n本发明涉及电网防雷领域，具体地说涉及基于雷电参数统计的输电线路防雷性能评估方法，其适用于电力系统高压、超高压及特高压架空输电线路的防雷性能评估。\n背景技术\n当前，电网雷害事故越来越严重，已成为除自然灾害以外威胁电网安全稳定运行的第一大因素，输电线路防雷性能评估已受到电网运行人员的高度重视。据申请人所知，输电线路防雷性能评估是指导输电线路防雷设计、掌握输电线路防雷性能、改造输电线路防雷措施的重要技术手段。现有研究表明，不同时间段、不同地域由于雷电活动特征存在较大差异，雷击对输电线路造成的冲击也是不同的，输电线路呈现出的防雷性能相应地也有所不同。因此，在输电线路防雷性能评估方法中，采用有差异的、针对性的反映雷电活动特征的雷电参数，对于准确地评估输电线路防雷性能有着重要的意义和实用性。\n申请人在研究中发现，影响输电线路防雷性能的雷电参数主要有两个：雷电流幅值概率分布和地闪密度。据申请人所知，目前，现有的输电线路防雷性能计算和评估方法中，均采用相同的由局部地域输电线路上测量统计出的雷电流幅值概率分布；其中，对于地闪密度的取值有两种，一种是在不同地域采用相同的由气象部门人工观测统计出的雷电日的推算结果，另一种是采用由雷电定位系统监测数据统计出的大区域地闪密度图上的固定值。在实际运用中，这些基于单一、固定的雷电参数而建立起来的防雷性能评估方法，对输电线路缺乏针对性，因而无法反映不同区域、不同时间的输电线路雷电活动特征的差异，据此而建立的输电线路防雷性能评估方法，无法准确、细致、针对性地评估输电线路的防雷性能。\n中国专利文献公开的《判定输电线路防雷性能的全线路、多参数综合优化方法》(申请号200510116694.6)包括以下步骤：1)选定需要判定的输电线路；2)对该线路以杆塔为单位进行逐杆参数的选取，选取的参数包括可调参数和不可调参数；3)按照所选参数，利用蒙特卡洛法，逐杆计算杆塔的雷击跳闸率；4)以各杆塔的雷击跳闸率为基础，以杆塔两侧水平档距之和的二分之一作为加权系数，计算线路的雷击跳闸率：\n$R=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{R}_i\frac{L_i}{L}$\n式中的R为线路的雷击跳闸率(1/100km·yr)，N为线路杆塔数，Ri为第i基杆塔的雷击跳闸率(1/100km·yr)，Li为为第i基杆塔的两则水平档距之和的一半，L为线路总长度(km)；5)根据步骤4)得到线路的雷击跳闸率，如果该跳闸率小于满足防雷性能要求的设定值则防雷性能符合要求，跳转至步骤10)判定结束，否则进入步骤6)；6)根据沿线各杆塔的雷击跳闸率，找出跳闸率较高的杆塔为防雷性薄弱的杆塔；7)根据现场情况对该薄弱杆塔选定可调参数的可调范围；8)根据可调参数的可调范围或采用的防雷措施，在调节范围内，对各参数分别选取数点，按照步骤4)的方法计算出选取点的雷击跳闸率，并将选取点的雷击跳闸率，拟合出多参数综合优化曲线；9)根据多参数的综合优化曲线(在现场操作的可能性和经济性的前提下)选取合适的优化点，利用蒙特卡洛法重新计算该基杆塔的雷击跳闸率，跳转至步骤4)；10)判定结束。该方法是为了克服输电线路防雷判定方法无法进行全线路仿真，多参数优化不足而提出的。其存在的不足是，没有考虑到各雷电参数的时空差异化特征，无法评估输电线路防雷性能在时间上存在的实质差异，以及无法反映出各杆塔因雷电参数不同而呈现出的防雷性能的不同。\n发明内容\n本发明的目的是，针对现有技术的不足，提出基于雷电参数统计的输电线路防雷性能评估方法。具体说，其是一种正确利用已有的雷电参数统计对输电线路时空差异化的防雷性能进行评估的方法。\n本发明技术解决方案是，运用计算机对长期雷电监测数据进行处理，采用网格法对给定输电线路沿线路走廊进行指定时间段内的雷电参数统计，依据统计结果，采用雷击跳闸率计算方法计算线路及其各个区段在指定时间段内的绕击跳闸率、反击跳闸率和总雷击跳闸率，并参考线路雷击跳闸率的设计值、规定值或运行经验值，实现对输电线路时空差异化的防雷性能进行评估，其特征在于，基于长期雷电监测数据，对给定输电线路进行沿线路走廊、指定时间段内的雷电参数统计，以统计出的地闪密度和雷电流概率密度分布进行输电线路雷击跳闸率计算，再以输电线路防雷性能的设计值、规定值或运行经验值为参考，评估出输电线路在空间上和时间上防雷性能的差异，采用的基本步骤如下：\n(1)给定需要进行防雷性能评估的输电线路信息，包括线路基本信息，线路地理信息，线路结构特征，线路绝缘特征，线路地形地貌特征，其中，线路基本信息包括线路名称、归属单位、电压等级、线路总长；线路地理信息包括线路各级杆塔的经纬度坐标、海拔高度；线路结构特征包括杆塔、导线、地线的型号和几何尺寸；线路绝缘特征包括绝缘子串或最短空气间隙的闪络电压或伏秒特性、杆塔接地电阻；线路地形地貌特征包括地形和地貌特征，其中地形特征包括平原、山丘、大山，地貌特征包括：平地、沿坡、爬坡、山顶、山谷、跨山谷；\n(2)指定所要对输电线路进行防雷性能评估的时间段，根据所给输电线路的基本信息、地理信息，利用雷电参数统计方法，对指定时间段内线路走廊的雷电参数进行统计，得出该时间段内输电线路的地闪密度、雷电流幅值概率分布；\n(3)以(2)中统计出的输电线路雷电参数，结合(1)中给定的输电线路结构特征、绝缘特征、地形地貌特征，计算以杆塔进行分段的输电线路各区段在指定时间段内的雷击跳闸率，包括绕击跳闸率、反击跳闸率、总雷击跳闸率；总雷击跳闸率为绕击跳闸率与反击跳闸率之和；整条输电线路雷击跳闸率为线路各区段雷击跳闸率加权平均值；根据(2)中统计出的地闪密度的单位，雷击跳闸率的单位要求统一为“次/百公里·年”；\n(4)依据线路雷击跳闸率的设计值、规定值或运行经验值设定参考值，根据(3)中计算得到的指定时间段内输电线路各区段及整条线路的雷击跳闸率，对输电线路防雷性能在时间上的差异和在空间上的差异进行评估。\n其特征在于，所采用的雷电参数是根据长期雷电监测数据统计而出的，其中，统计出的雷电流幅值概率分布采用如下形式：\n$P_I=\frac{1}{1+{\left(\frac{I}{a}\right)}^b}$\n式中函数PI为幅值大于等于I的雷电流出现的概率；变量I为雷电流幅值；已知量a表示幅值大于a的雷电流出现的概率和为50％，由统计结果确定；已知量b为雷电流幅值概率分布曲线的变化指数，由统计结果确定。\n其特征在于，所采用的雷电参数是沿输电线路走廊统计而出的。\n其特征在于，防雷性能评估可以对线路的每一级杆塔和整条线路进行。\n其特征在于，防雷性能评估可以对线路进行指定时间段内的防雷性能评估。\n本发明的优点是，对输电线路防雷性能的评估是基于时空差异化的雷电参数统计进行，其对输电线路防雷性能的评估结果更加真实可靠，更具针对性，实现对输电线路防雷性能在不同时间和不同空间上的评估。本发明的推广应用，将会有效地帮助输电线路设计和运行部门，掌握输电线路防雷性能在时间上和空间上存在的差异，更加科学地、有针对性地采取防雷措施来提高输电线路地防雷性能，更加精细化地管理电网。\n附图说明\n图1、本发明(基于雷电参数统计的输电线路防雷性能评估方法)的流程图。\n具体实施方式\n下面，结合附图对本发明进一步地说明。\n如图1所示，本发明提出的基于雷电参数统计的输电线路防雷性能评估方法，在实施中，具体采用以下步骤：\n(1)输电线路信息的录入\n给定需要进行防雷性能评估的输电线路的信息，包括线路基本信息(线路名称、归属单位、电压等级、线路总长)、线路地理信息(线路各级杆塔的经纬度坐标、海拔高度)、线路结构特征(杆塔、导线、地线的型号和几何尺寸)、线路绝缘特征(绝缘子串或最短空气间隙的闪络电压或伏秒特性、杆塔接地电阻)、线路地形地貌特征(地形特征包括平原、山丘、大山；地貌特征包括：平地、沿坡、爬坡、山顶、山谷、跨山谷；)；\n(2)指定时间段内输电线路走廊雷电参数的统计\n指定所要对输电线路进行防雷性能评估的时间段，根据所给定的输电线路基本信息、地理信息，利用雷电参数统计方法，对指定时间段内、线路走廊内的雷电参数进行统计，得出该时间段内输电线路的地闪密度、雷电流幅值概率分布；\n雷电参数统计的源信息来源于雷电定位系统的监测数据，因此，指定的时间段必须在本地域雷电定位系统建成并投入运行之后至进行统计的当前时刻之前。指定的时间段，可以是任意的，如年、月、日、小时为单位。为保证雷电参数统计数据源的丰富性，要求在指定的时间段内雷电定位系统监测数据具有一定的数量。\n线路走廊宽度的选取，要求大于线路的受雷宽度(避雷线水平距离与四倍避雷线平均高度之和)，考虑到雷电定位系统定位精度与雷电参数统计方法中网格划分的规则，选取在一公里以上。\n统计出的地闪密度单位，可以参考指定时间段的基本单位给定，如“次/平方公里·年”、“次/平方公里·月”、“次/平方公里·日”、“次/平方公里·小时”。为统一评估线路防雷性能，并与工程应用保持一致，要求将统计出的地闪密度折算至“次/平方公里·年”。\n统计出的雷电流幅值概率分布采用如下形式：\n$P_I=\frac{1}{1+{\left(\frac{I}{a}\right)}^b}$\n式中函数PI为幅值大于等于I的雷电流出现的概率；变量I为雷电流幅值；已知量a表示幅值大于a的雷电流出现的概率和为50％，由统计结果确定；已知量b为雷电流幅值概率分布曲线的变化指数，由统计结果确定。\n(3)指定时间段内输电线路及其各区段雷击跳闸率的计算\n以(2)中统计出的输电线路雷电参数，结合(1)中给定的输电线路的结构特征、绝缘特征、地形地貌特征，计算以杆塔进行分段的输电线路各区段的在指定时间段内的雷击跳闸率(包括绕击跳闸率、反击跳闸率、总雷击跳闸率；总雷击跳闸率为绕击跳闸率与反击跳闸率之和)；整条输电线路雷击跳闸率为线路各区段雷击跳闸率加权平均值。根据(2)中统计出的地闪密度的单位，雷击跳闸率的单位要求统一为“次/百公里·年”；\n(4)输电线路防雷性能的评估\n根据计算得到的指定时间段内输电线路各区段及整条线路的雷击跳闸率，对输电线路防雷性能在时间上的差异和在空间上的差异进行评估。\n对输电线路防雷性能在时间上的差异的评估：首先设定评估的参考标准，此参考标准依据线路雷击跳闸率的设计值、规定值或运行经验值给定；将计算得到的指定时间段内的输电线路雷击跳闸率，与参考标准相比较，确定评估结果，如果大于此参考标准值，评估结果为在此指定时间段内输电线路的防雷性能较差；如果小于此参考标准值，评估结果为在此指定时间段内输电线路的防雷性能较好；\n对输电线路防雷性能在空间上的差异的评估：首先设定评估的参考标准，此参考标准可以依据线路雷击跳闸率的设计值、规定值或运行经验值给定；将计算得到的输电线路各区段的雷击跳闸率，与参考标准相比较，确定评估结果，如果大于此参考标准值，评估结果为在此区段输电线路的防雷性能较差；如果小于此参考标准值，评估结果为在此区段输电线路的防雷性能较好。\n输电线路雷击跳闸率的设计值、规定值或运行经验值分别按以下方法确定：\na.输电线路雷击跳闸率设计值参照我国现行电力行业标准DL/T 620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中给定的计算方法确定；\nb.输电线路雷击跳闸率规定值参考国家电网公司发布的《110(66)kV～500kV架空输电线路管理规范》中第八十九条规定：各电压等级线路的雷击跳闸率(归算到40个雷暴日)，应不超过如下指标：110(66)kV：0.525次/百千米·年；220kV：0.315次/百千米·年；330kV：0.2次/百千米·年；500kV：0.14次/百千米·年；\nc.输电线路雷击跳闸率运行经验值是指该条线路自建成投运以来根据运行结果统计出的雷击跳闸率。\n作为一个例子，本发明对某500kV输电线路2003～2007年的防雷性能进行了评估，表1是该线路两个区段各7基杆塔2003～2007年绕击跳闸率评估结果：区段A的#388、#390、#391、#392、#388和区段B的#513在2003～2007年绕击防雷性能较差，其余各基杆塔绕击防雷性能较好；区段A整体平均绕击防雷性能较差，区段B整体平均绕击防雷性能较好。鉴于该条线路不同区段、不同杆塔绕击防雷性能有明显差别，线路运行部门应根据该差别对不同区段、不同线路采取有差异的防雷措施改造。\n表1 某500kV输电线路两区段2003～2007年绕击防雷性能评估结果\n\n\n表2是该500kV线路#387杆塔在2003-2007年间每年的绕击防雷性能评估结果：该基杆塔在2003和2007年绕击防雷性能较好，2004～2006年绕击防雷性能较差，五年平均绕击防雷性能较好。该基杆塔2003-2007年绕击防雷性能随时间的变化明显。\n表2某500kV输电线路#387杆塔2003～2007年间每年的绕击防雷性能评估结果\n