基於區域化的配電線路雷害風險評估系統的製作方法

2023-06-15 03:43:56

本發明屬於電子信息技術領域，具體涉及一種基於區域化的配電線路雷害風險評估系統。

背景技術：

配網線路分布廣、數量多、絕緣水平低，是最易遭受雷擊的地面設施，雖然現在採取了多種防雷技術措施，但由於雷擊造成的線路跳閘仍居於各類跳閘原因的首位。

配網線路眾多，基礎條件複雜，在設計建設過程中對於雷害防護考慮不足，造成配網線路雷害防治存在一定的盲目性，達不到預期效果。當前主要採用的是被動補救的治理方式，在雷擊事故發生後由基層單位提出改造需求再去實施，而此時雷害已經發生並造成實際損失，因此需要在線路規劃的時候就要將雷害防治綜合考慮。

目前配方線路的雷害防治規劃皆是以經驗設計為主，由於配網線路的複雜性，缺乏對配網線路基礎數據的搜集、整理、分析的技術手段，雖然電網各級管理部門對於雷擊事故影響配電網供電可靠性都很重視，但是雷害防護工作的規劃沒有技術支撐，無法有計劃的、合理的、高效的開展雷害防護工作。

技術實現要素：

本發明的目的就是針對上述技術的不足，提供一種評估因素更全面、評估數據更合理、評估數據更豐富且參考價值更高的基於區域化的配電線路雷害風險評估系統。

為實現上述目的，本發明所設計的基於區域化的配電線路雷害風險評估系統，包括：

雷電信息庫：用於存儲目標區域預設時間內的所有落雷信息，落雷信息包括落雷點編號、落雷點經度、落雷點緯度、雷電流幅值及落雷時間；

絕緣子參數庫：用於存儲絕緣子參數信息，絕緣子參數信息包括包括電力系統使用的所有絕緣子型號、絕緣子額定電壓及U50％雷電衝擊動作電壓值；

交互模塊：輸入目標區域內所有配電線路的杆塔信息資料表路徑並傳送給數據接口模塊；

數據接口模塊：用於根據交互模塊提供的所有配電線路的杆塔信息資料表路徑打開目標區域內所有配電線路的杆塔信息資料表並提取數據；同時，識別並區分出杆塔信息數據和地形地貌信息數據，然後將杆塔信息數據和地形地貌信息數據分別傳送給資料庫匹配模塊和地形地貌風險評估模塊；

資料庫匹配模塊：用於接收數據接口模塊傳來的杆塔信息數據；根據每基杆塔的經度和緯度於雷電信息庫中以落雷時間為檢索條件逐條檢索出目標時間內所有杆塔周圍1000m範圍內的落雷信息；根據每基杆塔上的每個絕緣子型號於絕緣子參數庫中檢索出與該絕緣子型號相對應的絕緣子的U50％雷電衝擊動作電壓值，然後逐基檢索直至所有杆塔上的所有絕緣子均檢索出與絕緣子相對應的U50％雷電衝擊動作電壓值；並將所有杆塔的杆塔編號、落雷信息及U50％雷電衝擊動作電壓值、以及目標時間內所有杆塔雷擊故障情況傳送給過電壓風險評估模塊；

過電壓風險評估模塊：用於接收資料庫匹配模塊傳來的所有杆塔的杆塔編號、落雷信息及U50％雷電衝擊動作電壓值、以及目標時間內所有杆塔雷擊故障情況；根據每基杆塔的杆塔編號和落雷信息利用大圓路徑計算法逐基計算所有杆塔的落雷點與杆塔之間的距離；根據每基杆塔的落雷信息和落雷點與杆塔之間的距離利用雷擊感應過電壓規程法逐基計算所有杆塔所遭受的雷擊感應過電壓幅值；根據計算的每基杆塔的雷擊感應過電壓幅值與U50％雷電衝擊動作電壓值比較，統計造成每基杆塔上的絕緣子擊穿的總落雷點數，每基杆塔的總落雷點數為每基杆塔的過電壓風險評估結果，並統計所有杆塔的過電壓風險評估結果連同目標時間內所有杆塔雷擊故障情況傳給綜合評估排序模塊；

地形地貌風險評估模塊：用於接收數據接口模塊傳來的地形地貌信息數據；統計每基杆塔所佔據的地形地貌特徵的種類，並根據每基杆塔將所佔據的各種地形地貌特徵的權重比逐項相加得出每基杆塔的權重值作為地形地貌風險評估結果，然後將得出的所有杆塔的地形地貌風險評估結果傳給綜合評估排序模塊；

綜合評估排序模塊：具有接收過電壓風險評估模塊傳來的所有杆塔的過電壓風險評估結果，並由大到小排列形成過電壓風險評估排序結果並輸送給交互模塊；接收地形地貌風險評估模塊傳來的所有杆塔的地形地貌風險評估結果，並由大到小排列形成地形地貌風險評估排序結果並輸送給交互模塊；以杆塔編號為特徵求過電壓風險評估排序結果與地形地貌風險評估排序結果的交集得出綜合評估子集，並將綜合評估子集中的每基杆塔對應的過電壓風險評估結果和地形地貌風險評估結果歸一化後分別乘以每基杆塔對應的權重值，計算每基杆塔的綜合評估結果，根據每基杆塔的綜合評估結果對綜合評估子集中的杆塔由大到小排序形成綜合評估排序結果，並在每基杆塔後附加目標時間內該基杆塔雷擊故障情況為線路綜合評估結果，輸送給交互模塊。

進一步地，所述根據計算的每基杆塔的雷擊感應過電壓幅值與U50％雷電衝擊動作電壓值比較，杆塔的雷擊感應過電壓幅值大於U50％雷電衝擊動作電壓值則統計一次，否則不計，統計造成每基杆塔上的絕緣子擊穿的總落雷點數，從而形成每基杆塔的過電壓風險評估結果。

進一步地，所述綜合評估子集中每基杆塔對應的過電壓風險評估結果和地形地貌風險評估結果歸一化採用以下計算方式：

其中：Tt為歸一化後的每基杆塔的過電壓風險評估結果；

Td為歸一化後的每基杆塔的地形地貌風險評估結果；

T1為每基杆塔雷擊感應過電壓幅值超過U50％雷電衝擊動作電壓值的落雷點數；

T0為每基杆塔1000m區域內總的落雷點數；

D為地形地貌風險評估結果。

進一步地，所述地形地貌特徵的種類包括山頂、臨水、大跨越、耐張轉角、山谷、空曠地帶及稻田與果園、地下有導電性礦和地下水位較高、山的向陽坡及低土壤電阻率。

進一步地，所述交互模塊分別與所述雷電信息庫和所述絕緣子參數庫雙向交互。

進一步地，所述地形地貌特徵種類的權重比為山頂28％、臨水26％、大跨越10％、耐張轉角12％、山谷4％、空曠地帶及稻田與果園12％、地下有導線性礦和地下水位較高2％、山的向陽坡4％及低土壤電阻率2％。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

1、本發明評估結果比傳統基於經驗的方法更科學全面，該評估系統綜合考慮區域歷史落雷信息和區域地形地貌特徵，考量因素更多，評估結果基於量化計算進行綜合評價，結果更更可靠；

2、本發明評估結果數據更豐富、參考價值高，評估結果不但給出了單項評估結果同時還給出了綜合評估結果；

3、能對實施了雷害風險評估治理的配網線路，進行後續跟蹤評估，為其防雷效果進行評價提供數據支撐；

4、本發明評估系統使用方便、交互友好，能按給定表格統計線路信息，一次性將整條線路信息導入系統並自動計算直接過出結果，結果查看亦可根據需要選擇區段查看。

附圖說明

圖1為本發明基於區域化的配電線路雷害風險評估系統的結構模塊示意圖；

圖2為本發明所有配電線路的杆塔信息資料表；

圖3為圖1中雷電信息庫信息圖；

圖4為圖1中絕緣子參數庫信息圖。

圖中各部件標號如下：

數據接口模塊1、資料庫匹配模塊2、過電壓風險評估模塊3、地形地貌風險評估模塊4、綜合評估排序模塊5、雷電信息庫6、絕緣子參數庫7、交互模塊8。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。

如圖1所示的基於區域化的配電線路雷害風險評估系統，包括雷電信息庫6、絕緣子參數庫7、交互模塊8、數據接口模塊1、資料庫匹配模塊2、過電壓風險評估模塊3、地形地貌風險評估模塊4及綜合評估排序模塊5。

其中：雷電信息庫6用於存儲目標區域預設時間內(例如近三年)的所有落雷信息，落雷信息包括落雷點編號、落雷點經度、落雷點緯度、雷電流幅值及落雷時間，如圖3所示，並將落雷點編號、落雷點經度、落雷點緯度、雷電流幅值及落雷時間分成五個列，且雷電信息庫內的所有信息可通過交互模塊執行增、刪、改的操作；

絕緣子參數庫7用於存儲絕緣子參數信息，絕緣子參數信息包括包括電力系統使用的所有絕緣子型號、絕緣子額定電壓及U50％雷電衝擊動作電壓值，如圖4所示，並將絕緣子型號、絕緣子額定電壓及U50％雷電衝擊動作電壓值分成三個列，且絕緣子參數庫內的所以信息可通過交互模塊執行增、刪、改的操作；

交互模塊8用於人機互動，用戶在交互模塊中輸入目標區域內所有配電線路的杆塔信息資料表路徑並傳送給數據接口模塊1，並具有展開和查閱評估結果的功能；

數據接口模塊1用於根據交互模塊8提供的所有配電線路的杆塔信息資料表路徑打開目標區域內所有配電線路的杆塔信息資料表(如圖2所示)並以文件讀取方式一次性讀入所有配電線路的杆塔信息資料表的數據(如圖2)，並區分出杆塔信息數據和地形地貌信息數據，按行區分各個杆塔、按列區分各個杆塔參數，其中第一列作為杆塔身份信息，即第一列杆塔編號，第二列至第八列作為杆塔基本信息，即第二列杆塔坐標緯度、第三列杆塔坐標經度、第四列杆塔A相絕緣子型號、第五列杆塔B相絕緣子型號、第六列杆塔C相絕緣子型號、第七列杆塔高度、第八列近三年內杆塔雷擊故障情況，第九列至第十七列作為杆塔地形地貌特徵信息，即第九列山頂、第十列臨水、第十一列大跨越、第十二列耐張轉角、第十三列山谷、第十四列空曠地帶及稻田與果園、第十五列地下有導電性礦和地下水位較高、第十六列山的向陽坡、第十七列低土壤電阻率，第一列及第二列至第八列作為杆塔信息數據一起傳給資料庫匹配模塊2，第一列及第九列至第十七列地形地貌信息數據一起傳給地形地貌風險評估模塊4；

資料庫匹配模塊2用於接收數據接口模塊1傳來的杆塔信息數據；根據每基杆塔的經度和緯度計算每基杆塔1000m範圍內的經緯度邊界，根據經緯度邊界及以落雷時間為檢索條件於雷電信息庫6中逐條檢索出目標時間(如近一年、近兩年或近三年)內所有杆塔周圍1000m範圍內的落雷信息；根據每基杆塔上的每個絕緣子型號於絕緣子參數庫7中檢索出與該絕緣子型號相對應的絕緣子的U50％雷電衝擊動作電壓值，直至所有杆塔上的所有絕緣子均檢索出與絕緣子相對應的U50％雷電衝擊動作電壓值；並將所有杆塔的杆塔編號、落雷信息及U50％雷電衝擊動作電壓值、以及目標時間(如近一年、近兩年或近三年)內所有杆塔雷擊故障情況傳送給過電壓風險評估模塊3；

過電壓風險評估模塊3用於接收資料庫匹配模塊2傳來的所有杆塔的杆塔編號、落雷信息及U50％雷電衝擊動作電壓值、以及目標時間(如近一年、近兩年或近三年)內所有杆塔雷擊故障情況；根據每基杆塔的杆塔編號和落雷信息利用大圓路徑計算法逐基計算所有杆塔的落雷點與杆塔之間的距離；根據每基杆塔的落雷信息和落雷點與杆塔之間的距離利用雷擊感應過電壓規程法逐基計算所有杆塔所遭受的雷擊感應過電壓幅值；根據計算的每基杆塔的雷擊感應過電壓幅值與U50％雷電衝擊動作電壓值比較，杆塔的雷擊感應過電壓幅值大於U50％雷電衝擊動作電壓值則統計一次，否則不計，統計造成每基杆塔上的絕緣子擊穿的總落雷點數，每基杆塔的總落雷點數為每基杆塔的過電壓風險評估結果，並統計所有杆塔的過電壓風險評估結果連同目標時間(如近一年、近兩年或近三年)內所有杆塔雷擊故障情況傳給綜合評估排序模塊5；

其中：大圓路徑計算法的計算公式如下：

S＝R×cos^(-1)[sin(MLatA)×sin(MLatB)×cos(MLonA-MLonB)

+cos(MLatA)×cos(MLatB)]×Pi/180

其中：R為地球平均半徑

S為兩點間距離

A點經緯度坐標(MLonA，MLatA)

B點經緯度坐標(MLonB，MLatB)；

雷擊感應過電壓規程法的計算公式如下：

其中：Ug為絕緣子上的感應過電壓幅值

S為兩點間距離

I為雷電流幅值

Hd為架空線路高度，也即杆塔高度；

地形地貌風險評估模塊4用於接收數據接口模塊1傳來的地形地貌信息數據；通過對地形地貌數據進行解析，對每基杆塔地形地貌特徵對應行的單元格中記「有」、「是」、「1」記號，即統計每基杆塔所佔據的地形地貌特徵的種類，對應的地形地貌特徵根據地形地貌特徵的權重比統計每基杆塔的地形地貌權重值，對標記「無」、「否」、「0」記號的對應地形地貌特徵則不統計，即根據每基杆塔將所佔據的各種地形地貌特徵的權重比逐項相加得出每基杆塔的的權重值作為地形地貌風險評估結果，所有杆塔統計完權重值後，將得出的所有杆塔的地形地貌風險評估結果傳給綜合評估排序模塊5；

其中：地形地貌特徵的種類包括山頂、臨水、大跨越、耐張轉角、山谷、空曠地帶及稻田與果園、地下有導電性礦和地下水位較高、山的向陽坡及低土壤電阻率；且地形地貌特徵種類的權重比為山頂28％、臨水26％、大跨越10％、耐張轉角12％、山谷4％、空曠地帶及稻田與果園12％、地下有導線性礦和地下水位較高2％、山的向陽坡4％及低土壤電阻率2％；另外，典型易雷區地形地貌特徵權重通過調查和統計全國重點雷害地區的地形地貌特徵及其對應雷擊故障記錄確定，且可根據實際應用情況做修正調整；

綜合評估排序模塊5，具有接收過電壓風險評估模塊3傳來的所有杆塔的過電壓風險評估結果，並由大到小排列形成過電壓風險評估排序結果並輸送給交互模塊,所有杆塔的過電壓風險評估結果的排序依據統計的落雷點數；接收地形地貌風險評估模塊4傳來的所有杆塔的地形地貌風險評估結果，並由大到小排列形成地形地貌風險評估排序結果並輸送給交互模塊，所有杆塔的地形地貌風險評估結果的排序依據是權重統計結果；以杆塔編號為特徵求過電壓風險評估排序結果與地形地貌風險排序評估結果的交集得出綜合評估子集，即當某基杆塔既存在過電壓風險又存在地形地貌風險則該杆塔可歸入綜合評估子集中，並將綜合評估子集中的每基杆塔對應的過電壓風險評估結果和地形地貌風險評估結果歸一化後分別乘以每基杆塔對應的權重值，計算每基杆塔的綜合評估結果，根據每基杆塔的綜合評估結果對綜合評估子集中的杆塔由大到小排序形成綜合評估排序結果，並在每基杆塔後附加目標時間(近三年)內該基杆塔雷擊故障情況為線路綜合評估結果，輸送給交互模塊；

其中：對過電壓風險評估排序結果和地形地貌風險評估結果進行求交集處理，首先新建一個綜合評估子集，然後從過電壓風險評估排序結果中逐條取出每基杆塔，以為杆塔編號為特徵於地形地貌風險評估結果中匹配搜索相同杆塔，搜到則將該杆塔連同兩個評估結果一同放入新建的綜合評估子集中，若未搜到則不放入綜合評估子集鍾，繼續進行下一根杆塔的匹配搜索，直到過電壓風險評估排序結果中所有杆塔皆匹配搜索完畢，得到綜合評估子集。並且，綜合評估子集中每基杆塔對應的過電壓風險評估結果和地形地貌風險評估結果歸一化採用以下計算方式：

其中：Tt為歸一化後的每基杆塔的過電壓風險評估結果；

Td為歸一化後的每基杆塔的地形地貌風險評估結果；

T1為每基杆塔雷擊感應過電壓幅值超過U50％雷電衝擊動作電壓值的落雷點數；

T0為每基杆塔1000m區域內總的落雷點數；

D為地形地貌風險評估結果

因此，最終的評估結果最終的評估結果為根據選擇的落雷時間給出的過電壓風險評估排序結果、地形地貌風險評估排序結果以及兩者綜合評估排序結果，其中，線路綜合評估結果除給出綜合評估排序結果外，還給出了每基杆塔目標時間(近三年)內該基杆塔雷擊故障情況；並且過電壓風險評估排序結果、地形地貌風險評估排序結果以及兩者綜合的線路綜合評估結果，在交互模塊中對這三個評估的查看既可全部查看，也可根據排序任意選定區段進行局部查看。

綜上所述，本發明基於區域化的配電線路雷害風險評估系統得出的評估結果比傳統基於經驗的方法更科學全面，該評估系統綜合考慮區域歷史落雷信息和區域地形地貌特徵，考量因素更多，評估結果基於量化計算進行綜合評價，結果更更可靠，解決了被動補救治理方式的被動性和滯後性，以及防雷規劃沒有技術支撐，無法有計劃的、合理的、高效開展的問題；並且，該評估結果數據更豐富、參考價值高，評估結果不但給出了單項評估結果同時還給出了綜合評估結果；另外，能對實施了雷害風險評估治理的配網線路，進行後續跟蹤評估，為其防雷效果進行評價提供數據支撐；本發明評估系統使用方便、交互友好，能按給定表格統計線路信息，一次性將整條線路信息導入系統並自動計算直接過出結果，結果查看亦可根據需要選擇區段查看。