一种用于农业打水线路的安全配电方法及配电箱

技术领域

本发明属于配电箱技术领域，具体的说是一种用于农业打水线路的安全配电方法及配电箱。

背景技术

农业打水是农村耕种的重要组成部分之一，能给耕地庄家提供充足的水资源，因此，亟需提高打水的路线安全和配电箱输电安全。

输配电线路和配电箱是电网系统的重要组成部分，其承担着电力输送和分配的重要作用，其运行状态直接影响着电力系统的正常和稳定。输配电线路由于其工作环境是长期暴露在空气环境中，并且输配电线路在安装时，针对不同的功能和区域内的安装方式不同，这就造成了输配电线路在日常工作的过程中容易受到外界的干扰，导致其产生故障，直接影响着电网系统的稳定性，因此需要对输配电线路在日常的运行过程中影响其安全运行的因素进行分析，影响因素有：自然气候因素、自身因素和人为因素，因此需要针对性地解决问题，从而提升输配电线路的日常运行的安全性和稳定性。

如授权公告号为CN105391068B的中国专利公开了一种基于安全工作区间的中压配电系统线路N-1校验方法，包括：输入中压配电系统结构信息，用于对中压配电系统进行拓扑结构分析，梳理线路之间的联络关系；对中压配电系统进行接线模式分析；读入中压配电系统工作点信息；给出中压配电系统线路安全工作区间的安全边界；计算中压配电系统工作点到线路安全工作区间安全边界的安全距离；判断中压配电系统工作点的运行状态；给出研究区域电网线路N-1校验结果。该发明能够从配电系统网架结构的角度出发，基于馈线互联关系，对已有配电系统工作点进行描述，进而描述中压配电系统线路安全工作区间边界，计算系统工作点到线路安全工作区间边界的安全距离。能够提供更全面的安全信息，更适合在实时调度运行中应用。

如授权公开号为CN106597213B的中国专利公开了一种分布式输配电线路检修作业安全保护数字化监测系统，它包括接地线监测装置，用于监测各接地线的接地电阻、接地地理位置以提供接地效果的判断依据，以及接收并执行主站下发的数据和命令；人员监测装置，用于监测检修人员地理位置信息及其检修过程；主站，与该接地线监测装置、线路监测装置、人员监测装置通信连接并对其进行信息采集、信息处理及信息发布；客户端，提供人机交互接口，与主站通信连接。它具有如下优点：防止输配电线路电气误操作，保障人身安全、电网安全，给电力检修、安监、调度等部门对检修现场的安全管控带来极大便利。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种用于农业打水线路的安全配电方法及配电箱，该系统功能全面，分析影响农业打水路线安全运行的因素，包括：自然气候因素、人为因素和自身因素，设计并制定最优化和最合理的防雷措施，利用馈线段之间的约束条件，在约束条件范围内建立安全域模型，再利用安全域模型计算处于最大供电能力时各馈线段带载量，计算供电能力与负载均衡度之间的关系，并利用排序法找到线路的安全配电的最优供电能力和负载均衡，通过多雷电的防护措施和找到线路的安全配电的最优供电能力和负载均衡，有效的提高了农业打水配电路线的安全性，并能够实时调节各段馈线带载量和供电负荷。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于农业打水线路的安全配电方法，包括以下具体步骤：

步骤S1：分析影响农业打水路线安全运行的因素，包括：自然气候因素、人为因素和自身因素；

步骤S2：设计并制定最优化和最合理的防雷措施；

步骤S3：利用馈线段之间的约束条件，在约束条件范围内建立安全域模型，再利用安全域模型计算处于最大供电能力时各馈线段带载量；

步骤S4：计算供电能力与负载均衡度之间的关系，并利用排序法找到线路的安全配电的最优供电能力和负载均衡。

具体的，所述步骤S2的具体方法包括：

步骤S201：雷电放电时，闪电通道电力I(g,t)计算公式为：

I(g,t)＝u(t-g/v

步骤S202：雷电放电产生变化的电磁脉冲，计算任意场点中的电磁场，计算公式为：

步骤S203：计算被雷击时配电线路的电压，计算公式为：

其中，h表示配电线路线圈的直径；

步骤S204：在农村打水配电线路上，无遮蔽无，易受到直击雷的影响，采用避雷线加避雷器的组合防护措施，在配电箱上安装避雷器。

具体的，所述步骤S3的具体方法为：

步骤S301：将各段馈线的负荷作为状态变量，全部负荷状态组成的负荷状态矢量F为：F＝[F1,F2,F3,...,Fn,]T，；

步骤S302：；设定N为馈线段总数，联络关系矩阵为T，表示馈线段i和j之间的联络关系，供电信息矩阵为G，并且定义馈线段i和j是否属于同一条馈线矩阵为L，L＝T·G，，馈线段i故障后是否由馈线段j所在换流站供电矩阵为H，H＝(T-L)G；

步骤S303：设定馈线段m、p、n、和q；并满足lmp＝1和tpn＝1，计算馈线间的约束条件，约束条件表达式为：

其中，F表示馈线符合状态矢量，Rf表示馈线段容量组成的列向量，Rca表示换流站容量组成的列向量，(A1)mp＝LmpTpn+Lnp，(A2)mp＝GmpHpn+Gnp，满足约束条件的各馈线负载的运行范围所组成的区域为系统的安全域；

步骤S304：计算系统最大符合状态矢量F，计算公式为：F＝max(SC/c)，其中，c为元素1组成的行向量，向量的维数等于馈线段条数N，SC为系统的供电能力。

具体的，所述步骤S4的具体方法为：

步骤S401：计算各段馈线带载量的方差s2，计算公式为：

步骤S402：设定piy为第i段馈线的第y个决策值，对piy进行处理，处理的公式为：

其中，qiy表示处理后的piy，y＝1表示供电能力指标，y＝2表示方差指标，，第y个决策指标的信息熵计算公式为：

步骤S403：计算第y个决策指标的信息熵的权重，计算公式为：

根据权重计算最优解，计算公式为：

，根据最优解ZYj进行配电箱和线路的规划和运行。

一种用于农业打水线路的安全配电的配电箱，包括：

避雷器，用于保护配电箱免受雷击时高瞬态过电压危害，并限制续流时间；

散热模块，用于对配电箱内部元件进行散热，避免高温烧坏元件；

安全配电模块，用于对线路供电和负载能力的最优分配，根据馈线段之间的约束条件，在约束条件范围内建立安全域模型，再利用安全域模型计算处于最大供电能力时各馈线段带载量，再计算供电能力与负载均衡度之间的关系，并利用排序法找到线路的安全配电的最优供电能力和负载均衡；

元件，用于维持配电箱正常工作的电器配件；

变压器，用于输入电压和输出电压的转换。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明对现有于农业打水线路的安全配电方法和配电箱进行了架构、运行步骤和流程上的优化改进，系统具备流程简单，投资运行费用低廉，生产工作成本低的优点，在原有配电的基础上提高了安全性和实用性。

2.本发明提出一种用于农业打水线路的安全配电方法及配电箱，该系统功能全面，分析影响农业打水路线安全运行的因素，包括：自然气候因素、人为因素和自身因素，设计并制定最优化和最合理的防雷措施，利用馈线段之间的约束条件，在约束条件范围内建立安全域模型，再利用安全域模型计算处于最大供电能力时各馈线段带载量，计算供电能力与负载均衡度之间的关系，并利用排序法找到线路的安全配电的最优供电能力和负载均衡，通过多雷电的防护措施和找到线路的安全配电的最优供电能力和负载均衡，有效的提高了农业打水配电路线的安全性，并能够实时调节各段馈线带载量和供电负荷。

附图说明

图1为本发明一种用于农业打水线路的安全配电方法方法流程图；

图2为本发明局部配电网络系统示意图；

图3为本发明一种用于农业打水线路的安全配电的配电箱架构图。

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，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

请参阅图1-图2，本发明提供的一种实施例：一种用于农业打水线路的安全配电方法，包括以下具体步骤：

步骤S1：分析影响农业打水路线安全运行的因素，包括：自然气候因素、人为因素和自身因素；

自然气候因素：输配电线路其结构是由内部的线芯和外层的绝缘皮组成的，绝缘皮对内部的线芯起到绝缘和保护的作用。其长期是裸露的空气中开展电力输送工作的，因此恶劣的气候环境会对其产生影响。在夏天雷电天气时，雷电在输配电线路周围出现，很有可能直接击中输电线路造成输电线路直接断开，还有就是雷电在输电线路周围发生时，雷电会影响输电线路内部的电场变化导致输电线路电压电流波动，影响电力输送的稳定性；自身因素：输配电线路自身因素也是影响电网正常运行的重要因素。通过对常年的工作经验总结，一般情况下输配电线路发生故障的电力设备主要是变压器、避雷器以及电磁元件，变压器是承担着电压的升降，其工作负荷较大；人为因素：输配电线路的安全运行另一个重要的方面就是人为因素的影响，人为因素的影响是分为电力安装工作人员的人为因素，另一部分是社会人为因素。输配电线路在安装时由于工作人员没有按照输配电线路安装规范进行安装就有可能造成输配电线路在后期运行过程中存在着潜在的安全问题，在运行过程中会逐渐显现出来。

步骤S2：设计并制定最优化和最合理的防雷措施；

防雷措施包括：1)提高应对自然灾害的能力，自然因素是输配电线路安全运行维护中的重要因素，针对自然因素的影响，供电企业要加强对输配电线路周围的自然环境的了解。首先是输配电线路设计安装时，相关工作人员要深入了解周围的地理环境、气候环境，在输配电线路设计时，就需要对自然环境因素进行加强。例如：在针对防雷电时，在导电体的土壤中使用降阻剂，导电电缆采用符合国家标准的电缆。在防风方面，输配电线路塔在风力较大的地区要采用加厚材料进行安装，防止大风天气造成输配电线路塔发生倾斜；2)健全安全运维制度输电线路在电网系统中作为其重要的组成部分，供电企业要加强对输电线路运维工作的重视，深入了解现阶段输配电线路安全运维工作中的各个详细环节，并结合实际的工作情况，确定相应的工作制度要求，规定供电企业的工作人员要按照设定的规章制度开展日常的运维工作；3)构建全方位的管理体系输配电线路作业开展时，需要供电企业不仅仅是从运维角度进行制度的规范，仍需要对人力资源管理方面进行规范，首先是明确各个部门的岗位职责，清晰个人责任，当输配电线路运维出现问题时，要各个人员之间进行高效的配合，共同完成输配电线路的日常安全运维工作。还有就是在安全管理方面，要求工作人员在日常的工作过程中要严格按照相应的安全措施要求进行作业的开展，尤其在工作人员进行高空作业时一定要做好安全保护工作。最后就是输配电线路工作人员在日常工作时，要定时定期地开展培训学习，了解目前输配电线路中的新技术和新要求，提升自身的综合素质。

步骤S3：利用馈线段之间的约束条件，在约束条件范围内建立安全域模型，再利用安全域模型计算处于最大供电能力时各馈线段带载量；

步骤S4：计算供电能力与负载均衡度之间的关系，并利用排序法找到线路的安全配电的最优供电能力和负载均衡。

步骤S2的具体方法包括：

步骤S201：雷电放电时，闪电通道电力I(g,t)计算公式为：

I(g,t)＝u(t-g/v

步骤S202：雷电放电产生变化的电磁脉冲，计算任意场点中的电磁场，计算公式为：

步骤S203：计算被雷击时配电线路的电压，计算公式为：

其中，h表示配电线路线圈的直径；

步骤S204：在农村打水配电线路上，无遮蔽无，易受到直击雷的影响，采用避雷线加避雷器的组合防护措施，在配电箱上安装避雷器。

步骤S3的具体方法为：

步骤S301：将各段馈线的负荷作为状态变量，全部负荷状态组成的负荷状态矢量F为：F＝[F1,F2,F3,...,Fn,]T，；

步骤S302：；设定N为馈线段总数，联络关系矩阵为T，表示馈线段i和j之间的联络关系，供电信息矩阵为G，并且定义馈线段i和j是否属于同一条馈线矩阵为L，L＝T·G，，馈线段i故障后是否由馈线段j所在换流站供电矩阵为H，H＝(T-L)G；

馈线段i和j属于同一条馈线时，lij＝1，馈线段i和j不属于同一条馈线时，lij＝0，馈线段i故障后由馈线段j所在换流站供电时，

步骤S303：设定馈线段m、p、n、和q；并满足lmp＝1和tpn＝1，计算馈线间的约束条件，约束条件表达式为：

其中，F表示馈线符合状态矢量，Rf表示馈线段容量组成的列向量，Rca表示换流站容量组成的列向量，(A1)mp＝LmpTpn+Lnp，(A2)mp＝GmpHpn+Gnp，满足约束条件的各馈线负载的运行范围所组成的区域为系统的安全域；

步骤S304：计算系统最大符合状态矢量F，计算公式为：F＝max(SC/c)，其中，c为元素1组成的行向量，向量的维数等于馈线段条数N，SC为系统的供电能力。

步骤S4的具体方法为：

步骤S401：计算各段馈线带载量的方差s2，计算公式为：

以一定步长从0开始逐渐增大，逐点连线即可画出SC-s

步骤S402：设定piy为第i段馈线的第y个决策值，对piy进行处理，处理的公式为：

其中，qiy表示处理后的piy，y＝1表示供电能力指标，y＝2表示方差指标，，第y个决策指标的信息熵计算公式为：

步骤S403：计算第y个决策指标的信息熵的权重，计算公式为：

根据权重计算最优解，计算公式为：

根据最优解ZYj进行配电箱和线路的规划和运行。

请参阅图3，本发明提供的另一种实施例：一种用于农业打水线路的安全配电配电箱，包括：

避雷器，用于保护配电箱免受雷击时高瞬态过电压危害，并限制续流时间；

散热模块，用于对配电箱内部元件进行散热，避免高温烧坏元件；

安全配电模块，用于对线路供电和负载能力的最优分配，根据馈线段之间的约束条件，在约束条件范围内建立安全域模型，再利用安全域模型计算处于最大供电能力时各馈线段带载量，再计算供电能力与负载均衡度之间的关系，并利用排序法找到线路的安全配电的最优供电能力和负载均衡；

元件，用于维持配电箱正常工作的电器配件；

变压器，用于输入电压和输出电压的转换。

本领域普通技术人员可以理解,以上所述仅为发明的优选实例而已,并不用于限制发明,尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内,所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。