一種基於層次分析法的高速鐵路牽引網雷害風險評估方法
2023-06-24 00:40:11 2
一種基於層次分析法的高速鐵路牽引網雷害風險評估方法
【專利摘要】基於層次分析法的高速鐵路牽引網雷害風險評估方法，包括如下步驟：S1、給定高鐵線路各信息；S2、利用網格法將高鐵線路劃分為若干個與各供電臂段對應的空間網格區段；S3、計算得到各網格區段的直擊雷雷擊跳閘率、感應雷雷擊跳閘率和總雷擊跳閘率；S1、將總雷擊跳閘率加權算術平均得到全線平均雷擊跳閘率、並以其為基準值對各網格區段的總雷擊跳閘率進行防雷性能評估、確定雷害風險等級；S5、計算各個供電臂段內雷害風險處於各等級的網格區段佔各供電臂段內總網格區段數的百分比；S6、基於高鐵線路易閃段層次結構模型確定各供電臂段的雷害風險權重向量。本發明的有益效果：實現對高鐵線路各供電臂段雷害風險的準確評估，提高高鐵線路的防雷水平。
【專利說明】—種基於層次分析法的高速鐵路牽引網雷害風險評估方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電氣化鐵路雷電防護領域，特別涉及一種基於層次分析法的高速鐵路牽引網雷害風險評估方法，尤其適用於電氣化鐵路牽引網的易閃段評估。
【背景技術】
[0002]中國疆域遼闊，地形、氣候覆雜多變，雷電活動的頻度與強度分布十分不均，局部地區雷電危害非常嚴重。同時，由於高速鐵路大面積採用高架橋的鋪設方式，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生。因此，進行更科學、有針對性的高速鐵路牽引網的雷害風險評估，是進一步完善高速鐵路防雷體系的重要參考和依據，是保障中國高速鐵路安全可靠運行必須進行的工作。
[0003] 申請人:通過研究發現，目前的高速鐵路技術發展比較成熟的要數歐洲和日本。歐洲高速鐵路高架橋路段比例較低，且雷電活動強度相對較弱，高速鐵路的雷擊故障問題並不突出。據德國鐵路部門的統計，歐洲中部高速鐵路牽引網的雷擊跳閘率僅為I次/(百公裡?年)，因此，歐洲高速鐵路並未採取牽 引網防雷措施。日本根據牽引網雷擊故障發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的防雷技術模式對中國具有一定的借鑑意義，但日本高速鐵路的高架橋比例以及日本的雷電活動強度都低於中國，且日本高速鐵路的牽引網設計與中國也存在一定差異，所以，其雷電防護技術模式也不能直接照搬至中國。中國高速鐵路雷電防護需要結合自身實際情況，從技術經濟性和安全性出發，提出一種綜合考慮高鐵線路走廊雷電活動特徵、高鐵線路牽引網結構和絕緣特徵以及地形地貌特徵等諸多因素，有針對性的高速鐵路牽引網雷害風險評估方法。
[0004]另據 申請人:所知，由於高速鐵路牽引網並非完全貫穿，2個變電所之間的牽引網通過電分相分開，將變電所與電分相稱為一個供電臂，AT供電系統中供電臂的距離約為50km,因此在進行差異化的防雷設計時，以供電臂為單元開展防雷設計工作對於運管部門快速準確把握高鐵線路的防雷薄弱點，提高防雷綜合治理的技術經濟性具有重要作用。
[0005]中國專利文獻公開的《一種高速鐵路牽引網防雷性能評估方法》(申請號201210499740.5)就是基於給定需要進行防雷性能評估的高鐵線路全信息，採用網格法，將評估區域劃分為若干個空間網格，並基於海量雷電定位系統數據，利用計算機運行高鐵線路走廊雷電參數統計方法，統計出各個空間網格區段在指定時間內的地閃密度參數和雷電流幅值概率分布參數，採用雷擊跳閘率計算方法計算高鐵線路各個網格區段及其全線在指定時間段內的直擊雷雷擊跳閘率、感應雷雷擊跳閘率和總雷擊跳閘率；以各網格區段的雷擊跳閘率為基礎，以全線雷擊跳閘率為基準，獲取指定時間段內各個網格區段相對於全線的雷害風險數據信息，實現對高速鐵路牽引網時空差異化的防雷性能評估。該方法採用計算得到的高鐵線路各個網格區段的雷擊跳閘率，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險的大小。通過該方法能得到高鐵線路各網格區段和供電臂段的雷害風險結果，而該發明存在的不足之處在於，該方法只是利用簡單的算術平均法來獲取各供電臂段的平均雷擊跳閘率，而在算術平均的過程中有可能忽略個體的差異，容易受到極端數值的影響，存在一定的誤差，不能準確反映各供電臂段的雷害風險強弱。
【發明內容】
[0006]本發明要解決的技術問題是，針對現有高速鐵路雷害風險評估方法存在的上述不足，提供一種基於層次分析法的高速鐵路牽引網雷害風險評估方法，實現雷害風險的準確評估。
[0007]本發明為解決上述技術問題所採用的技術方案是:
[0008]基於層次分析法的高速鐵路牽引網雷害風險評估方法，包括如下步驟:
[0009]S1、給定需要進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、高鐵線路絕緣特徵信息、高鐵線路結構特徵信息；
[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緯度坐標、海拔高度；
[0012]高鐵線路地形地貌信息依據高鐵線路走向的經緯度坐標運用三維GIS全掃描提取、包括平原、山丘、大山；
[0013]高鐵線路絕緣特徵信息包括絕緣子串或最短空氣間隙的閃絡電壓及伏秒特性、支柱接地電阻；
[0014]高鐵線路結構特徵信息包括支柱、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，利用網格法，將高鐵線路劃分為若干個與各供電臂段對應的空間網格區段，同時採用高鐵線路走廊雷電參數統計方法統計出各個空間網格區段在指定時間段內的高鐵線路雷電參數信息，高鐵線路雷電參數信息包括地閃密度參數和雷電流概率密度分布參數；
[0016]S3、以S2步驟中統計出的高鐵線路雷電參數信息，結合SI步驟中給定的高鐵線路地形地貌信息、高鐵線路絕緣特徵信息、高鐵線路結構特徵信息，採用雷擊跳閘率計算方法計算得到各網格區段的直擊雷雷擊跳閘率、感應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格區段的總雷擊跳閘率加權算術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值，依據各網格區段雷害風險分級指標，對S3步驟中計算得到的各網格區段的總雷擊跳閘率進行防雷性能評估，確定各網格區段雷害風險等級；
[0018]S5、利用S2步驟中得到的網格區段及所對應的供電臂段劃分結果，採用計算機計算各個供電臂段內雷害風險處於各等級的網格區段佔各供電臂段內總網格區段數的百分t匕(各供電臂段各風險等級網格區段百分比)；
[0019]S6、基於高鐵線路易閃段層次結構模型確定各供電臂段的雷害風險權重向量，各供電臂段的雷害風險權重向量確定步驟如下:
[0020]首先，通過改進的三標度層次分析法求得各供電臂段對各雷害風險等級網格區段百分比的權重向量；[0021]其次，在上述步驟基礎上，考慮各風險等級網格區段對雷害風險的影響程度不同，繼續採用改進的三標度層次分析法求得不同風險等級網格區段對雷害風險的權重向量；
[0022]最後，採用計算機將各供電臂段對各雷害風險等級網格區段百分比的權重向量、不同風險等級網格區段對雷害風險的權重向量進行合成得到各供電臂段的雷害風險權重向量，從而獲取各供電臂段雷害風險評估結果，並確定線路易閃段。
[0023]按上述方案，所述S6步驟中高鐵線路易閃段層次結構模型由目標層、原則層、指標層三個層次構成:目標層為供電臂段的雷害風險；原則層包括A級網格區段百分比、B級網格區段百分比、C級網格區段百分比、D級網格區段百分比；指標層包括供電臂段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險權重向量確定具體步驟如下:
[0024]首先，通過改進的三標度層次分析法求得各供電臂段對各雷害風險等級網格區段百分比的權重向量，即各供電臂段對A級網格區段百分比的權重向量巧、對B級網格區段百分比的權重向量評2、對C級網格區段百分比的權重向量評3、對D級網格區段百分比的權重向量評4 (即指標層對原則層的權重)；
[0025]其次，在上述步驟基礎上，考慮各風險等級網格區段對雷害風險的影響程度不同，繼續採用改進的三標度層次分析法求得 不同風險等級網格區段對雷害風險的權重向量Ws(即原則層對目標層的權重)；
[0026]最後，採用計算機將各供電臂段對各雷害風險等級網格區段百分比的權重向量、不同風險等級網格區段對雷害風險的權重向量進行合成得到各供電臂段的雷害風險權重向量W:
[0027]W=Lff1 W2 W3 W4] *ffs
[0028]從而獲取各供電臂段雷害風險評估結果(即指標層對目標層的權重)，並確定線路易閃段。
[0029]按上述方案，所述S6步驟中計算各供電臂段對各雷害風險等級網格區段百分比的權重向量(即指標層對原則層的權重)的步驟以各供電臂段對A級網格區段百分比的權重向量W1為例,具體步驟如下:
[0030]①根據三標度法採用計算機計算得到各供電臂段A級網格區段的百分比所對應的比較矩陣；
[0031]根據各供電臂段A級網格區段百分比大小，得出相應的比較矩陣A:
【權利要求】
1.一種基於層次分析法的高速鐵路牽引網雷害風險評估方法，其特徵在於:該方法包括如下步驟: S1、給定需要進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、高鐵線路絕緣特徵信息、高鐵線路結構特徵信息； 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緯度坐標、海拔高度； 高鐵線路地形地貌信息依據高鐵線路走向的經緯度坐標運用三維GIS全掃描提取、包括平原、山丘、大山； 高鐵線路絕緣特徵信息包括絕緣子串或最短空氣間隙的閃絡電壓及伏秒特性、支柱接地電阻； 高鐵線路結構特徵信息包括支柱、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，利用網格法，將聞鐵線路劃分為若干個與各供電臂段對應的空間網格區段，同時採用高鐵線路走廊雷電參數統計方法統計出各個空間網格區段在指定時間段內的高鐵線路雷電參數信息，高鐵線路雷電參數信息包括地閃密度參數和雷電流概率密度分布參數； S3、以S2步驟中統計出的高鐵線路雷電參數信息，結合SI步驟中給定的高鐵線路地形地貌信息、高鐵線路絕緣特徵信息、高鐵線路結構特徵信息，採用雷擊跳閘率計算方法計算得到各網格區段的直擊雷雷擊跳閘率、感應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格區段的總雷擊跳閘率加權算術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值，依據各網格區段雷害風險分級指標，對S3步驟中計算得到的各網格區段的總雷擊跳閘率進行防雷性能評估，確定各網格區段雷害風險等級； S5、利用S2步驟中得到的網格區段及所對應的供電臂段劃分結果，採用計算機計算各個供電臂段內雷害風險處於各等級的網格區段佔各供電臂段內總網格區段數的百分比； S6、基於高鐵線路易閃段層次結構模型確定各供電臂段的雷害風險權重向量，各供電臂段的雷害風險權重向量確定步驟如下: 首先，通過改進層次分析計算程序求得各供電臂段對各雷害風險等級網格區段百分比的權重向量； 其次，在上述步驟基礎上，考慮各風險等級網格區段對雷害風險的影響程度不同，繼續採用改進層次分析計算程序求得不同風險等級網格區段對雷害風險的權重向量； 最後，採用計算機將各供電臂段對各雷害風險等級網格區段百分比的權重向量、不同風險等級網格區段對雷害風險的權重向量進行合成得到各供電臂段的雷害風險權重向量，從而獲取各供電臂段雷害風險評估結果，並確定線路易閃段。
2.如權利要求1所述的基於層次分析法的高速鐵路牽引網雷害風險評估方法，其特徵在於:所述S6步驟中高鐵線路易閃段層次結構模型由目標層、原則層、指標層三個層次構成:目標層為供電臂段的雷害風險；原則層包括A級網格區段百分比、B級網格區段百分比、C級網格區段百分比、D級網格區段百分比；指標層包括供電臂段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險權重向量確定具體步驟如下:首先，通過改進的三標度層次分析法求得各供電臂段對各雷害風險等級網格區段百分比的權重向量，即各供電臂段對A級網格區段百分比的權重向量巧、對B級網格區段百分比的權重向量W2、對C級網格區段百分比的權重向量W3、對D級網格區段百分比的權重向量W4 ； 其次，在上述步驟基礎上，考慮各風險等級網格區段對雷害風險的影響程度不同，繼續採用改進的三標度層次分析法求得不同風險等級網格區段對雷害風險的權重向量Ws ； 最後，採用計算機將各供電臂段對各雷害風險等級網格區段百分比的權重向量、不同風險等級網格區段對雷害風險的權重向量進行合成得到各供電臂段的雷害風險權重向量W:
W=Lff1 W2 W3 W4] *ws 從而獲取各供電臂段雷害風險評估結果，並確定線路易閃段。
3.如權利要求2所述的基於層次分析法的高速鐵路牽引網雷害風險評估方法，其特徵在於:所述S6步驟中計算各供電臂段對各雷害風險等級網格區段百分比的權重向量的步驟以各供電臂段對A級網格區段百分比的權重向量W1為例，具體步驟如下: ①根據三標度法採用計算機計算得到各供電臂段A級網格區段的百分比所對應的比較矩陣； 根據各供電臂段A級網格區段百分比大小，得出相應的比較矩陣A:
4.如權利要求1所述的基於層次分析法的高速鐵路牽引網雷害風險評估方法，其特徵在於:所述S6步驟中不同風險等級網格區段對雷害風險的權重向量計算具體步驟包括:根據三標度法採用計算機計算得到不同風險等級網格區段的雷害風險所對應的比較矩陣，以不同風險等級網格區段的雷害風險所對應的比較矩陣作為輸入參數，採用改進的三標度層次分析法計算得到不同風險等級網格區段對雷害風險的權重向量。
【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 優先權日:2013年12月31日
【發明者】谷山強, 嚴碧武, 向念文, 蘇傑, 馮萬興, 方玉河, 趙淳, 王韜, 吳敏, 王佩 申請人:國網電力科學研究院武漢南瑞有限責任公司