一种电网雷害风险预警方法

技术领域

本发明属于电力工程技术领域，具体涉及电网雷害风险预警技术。

背景技术

电网防雷一直是电网运维的重点工作。现阶段，除了增加输电线路的防雷技术措施以外，实现输电线路雷击实时预警，对避免和减少电网雷害(这里指雷击跳闸故障)造成的损失也很有意义。

目前，对电网雷害风险的研究主要分为灾后评估和灾前预警。总体上看，灾后评估的相关研究比较多，灾前预警的相关研究相对较少。对于灾前预警，也有很多方法，例如利用气象雷达数据，建立了雷电流幅值预测模型；又例如根据雷电定位实时数据的时空演变，预报未来时段可能遭受雷击的各分区范围，并动态评估各输电线路的雷击故障概率；再例如综合运用大气电场、雷达和卫星数据等雷电监测数据，进行输电线路雷击闪络预警。

但是，这些输电线路雷害预警方法总体上偏主观，且预警过程较为繁琐，缺少定量化的预警指标，有些未考虑孕灾环境因素且雷电流幅值预测准确度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种电网雷害风险预警方法，在保证电网雷害风险预警准确率的情况下，减少预警的空报率。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种电网雷害风险预警方法，包括如下步骤：

步骤S1:致灾因子评估，以气象部门的雷电概率预报数据作为电网雷害风险预警的致灾因子评估指标；

步骤S2：孕灾环境敏感性评估，根据电网灾害的孕灾环境敏感性分布，依据杆塔位置，利用GIS技术提取每基杆塔的孕灾环境敏感度；

步骤S3：承灾体脆弱性评估，以所在区域危险地闪出现频率，作为该杆塔承灾体脆弱性的评估指标；

步骤S4:雷害风险预警模型，选取致灾因子、孕灾环境、承灾体和为雷害风险预警指标，根据层次分析法构建雷害风险预警模型为：R＝0.54H+0.30D+0.16E，式中R为风险值，H为归一化后致灾因子，D为归一化后承灾体脆弱性评估指标，E为归一化后孕灾环境敏感性评估指标；

步骤S5:将雷害风险值和预警阈值进行比较，确定是否发布雷害风险预警。

优选的，所述步骤S1中的雷电概率预报数据以雷电发生概率为表征分为四个等级：75％，50％，25％和0。

优选的，所述雷电概率预报数据预报时效为60min，每10min更新一次，分辨率为1km*1km。

优选的，所述步骤S3中计算每基杆塔的反击和绕击耐雷水平，然后统计杆塔周边1km范围内近10年内出现的地闪可能使该线路发生反击或绕击的地闪数量与该区域内所有的地闪数量的比值，即为杆塔所在区域危险地闪出现频率。

优选的，设定电网220kV和500kV的反击危险电流为大于70kA和大于130kA，绕击危险电流为15-30kA和20-40kA。

优选的，杆塔所在处的雷击概率预报，0％和25％为低风险，50％为中风险，75％为高风险。

优选的，根据设定时间段内雷电概率预报为50％和75％的雷害个例的历史统计数据，确定电网雷害风险预警阈值。

优选的，雷电概率预报为50％的电网雷害风险预警阈值为0.46-0.58，雷电概率预报为75％的电网雷害风险预警阈值为0.64-0.75。

本发明采用的技术方案，以气象部门运行多年的雷电概率预报数据为作为电网雷害风险预警的致灾因子评估指标；选取海拔高度、坡度、坡向、土地利用类型和河网密度，构建电网雷害孕灾环境敏感性评估模型。将杆塔所在区域危险地闪的出现频率作为电网雷害风险预警的承灾体易损性评估指标。基于灾害学理论，利用层次分析法提出一种电网雷害风险预警方法。在保证电网雷害风险预警的准确率的情况下，减少了预警的空报率。

本发明的具体技术方案及其有益效果将会在下面的具体实施方式中结合附图进行详细的说明。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

图1为本发明流程图；

图2为2016-2017年雷击跳闸杆塔基于模型计算的雷害风险预警值。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明以气象部门运行多年的雷电概率预报数据为作为电网雷害风险预警的致灾因子评估指标；选取海拔高度、坡度、坡向、土地利用类型和河网密度，构建电网雷害孕灾环境敏感性评估模型。将杆塔所在区域危险地闪的出现频率作为电网雷害风险预警的承灾体易损性评估指标。基于灾害学理论，利用层次分析法提出一种电网雷害风险预警方法。在保证电网雷害风险预警的准确率的情况下，减少了预警的空报率。

如图1所示，一种电网雷害风险预警方法，包括如下步骤：

步骤S1:致灾因子评估，以气象部门的雷电概率预报数据作为电网雷害风险预警的致灾因子评估指标；

步骤S2：孕灾环境敏感性评估，根据电网灾害的孕灾环境敏感性分布，依据杆塔位置，利用GIS技术提取每基杆塔的孕灾环境敏感度；

步骤S3：承灾体脆弱性评估，以所在区域危险地闪出现频率，作为该杆塔承灾体脆弱性的评估指标；

步骤S4:雷害风险预警模型确定，选取致灾因子、孕灾环境、承灾体和为雷害风险预警指标，根据层次分析法构建雷害风险预警模型；

步骤S5:将雷害风险值和预警阈值进行比较，确定是否发布雷害风险预警。

数据来源

2016-2018年浙江省雷电概率预报数据来自浙江省气象台，2016-2018年浙江电网基础数据和历史雷害数据来自国网浙江省电力有限公司科学研究院。

致灾因子评估

电网的雷害事故的主要致灾因子是地闪密度和地闪强度。但由于目前对闪电强度的预测还存在困难，且电网雷击跳闸与否还有线路本身的耐雷水平有关，所以地闪强度与耐雷水平将在承灾体评估中加以考虑。

将气象部门运行多年的雷电概率预报数据作为电网雷害风险预警的致灾因子评估指标。雷电概率预报数据以雷电发生概率为表征，分为四个等级即75％，50,％，25％和0，预报时效为60min，每10min更新一次，分辨率为1km*1km。

孕灾环境敏感性评估

根据基于层次分析法的浙江电网雷击跳闸孕灾环境敏感性评估,高电压技术,2017,43(2):619-626文献记载的方法，构建浙江电网雷电灾害的孕灾环境敏感性分布。然后依据杆塔位置，利用GIS技术提取每基杆塔的孕灾环境敏感度。

承灾体脆弱性评估

由于现阶段还无法预测地闪强度值，因此承灾体脆弱性评估以历史值代替。计算每基杆塔的反击和绕击耐雷水平，然后统计杆塔周边1km范围内近10年内出现的地闪可能使该线路发生反击或绕击的地闪数量与该区域内所有的地闪数量的比值，即杆塔所在区域危险地闪出现频率，以此作为该杆塔承灾体脆弱性的评估指标。

由于缺乏每基杆塔的详细参数数据，无法计算每基杆塔的危险电流。综合文献研究结果和历史运行经验，设定浙江电网220kV和500kV的反击危险电流为大于70kA和大于130kA，绕击危险电流为15-30kA和20-40kA。计算每基杆塔1km范围内近10年的危险地闪出现频率。

基于灾害学原理，选取孕灾环境、承灾体和致灾因子为雷害风险预警指标，根据层次分析法构建雷害风险预警模型为：R＝0.54H+0.30D+0.16E，式1中R为风险值，H为归一化后致灾因子，D为归一化后承灾体脆弱性评估指标(危险电流)，E为归一化后孕灾环境敏感性评估指标。

本发明实施例中的预警分为雷电是否击中杆塔的预警和杆塔是否雷击跳闸的预警，即杆塔的雷击风险预警和杆塔的雷害风险预警两部分。以雷电概率预报数据作为电网雷击风险预警指标，杆塔所在处的雷击概率预报为0％和25％为低风险，50％为中风险，75％为高风险。雷害风险预警需要根据设置预警阈值，确定是否发布雷害风险预警。

将2016-2017年浙江电网雷害个例，用于电网雷害风险预警阈值的确定。图2是2016-2017年发生过雷害杆塔基于模型计算得到雷击跳闸风险预警值分布。为了减少因雷电概率预报不准确对雷害风险预警模型的影响，只选择雷电概率预报为50％和75％雷害个例(即雷电概率预报准确的个例)。

雷击跳闸故障引起的电网停电事故，严重威胁着电网安全和稳定。因此电网雷害风险预警尽可能不发生漏报，在此基础上再考虑降低空报数。基于要将历史雷击跳闸杆塔尽可能都预警准确和空报率降低的原则，将阈值定为一个区间值，风险值位于区间内则代表发布杆塔雷击跳闸预警。根据图2风险预警值的分布，确定不同雷电概率预报等级的杆塔雷击跳闸风险预警的阈值，如表1所示。

表1：不同雷电概率预报等级的杆塔雷击跳闸风险预警的阈值确定

根据雷害风险预警模型计算结果和预警阈值，对于风险预警值在预警阈值内的杆塔发布基于杆塔的雷击跳闸风险预警，

本发明基于灾害学理论，提出一种涵盖致灾因子、孕灾环境和承灾体的浙江电网雷害风险预警方法。具体结论如下：

1)该预警方法改变了以往仅仅依靠雷电位置预报发布雷害预警的做法，融入孕灾环境和杆塔本身耐雷水平等因素，使得雷害风险预警方法更具科学性和可操作性。

2)通过2018年电网雷害个例的检验，在保证预警准确率的情况下，该预警方法降低了雷害风险预警的空报率。在保证预警准确率的情况下，相比仅用雷电概率预报数据直接预警，该预警法的空报数减少了24.0％。雷击概率预报等级为2级的杆塔雷害预警空报数减少了22.0％，雷击概率预报等级为3级的杆塔雷害预警空报数减少了25.4％。

3)气象部门的雷电概率预报数据主要基于雷达数据得到的，其预报准确度欠佳。今后在雷电概率数据的基础上，可以尝试融合闪电定位系统数据和大气电场数据等地面监测数据，提高雷电概率预报数据的准确度，而从提高电网雷害风险预警的准确度。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。