一种基于风沙区域绝缘子故障概率的配电线路风险分析方法

技术领域

本发明属于电力系统风险分析领域，尤其涉及一种基于风沙区域绝缘子故障概率的配电线路风险分析方法。

背景技术

我国西北区域极端风沙环境分布较广，给人们的生产生活造成了巨大的损失，同时风沙灾害也导致其所在区域内配电线路易遭受破坏，为了避免发生重大风沙灾害时，局部配电网故障扩散引发大规模的停电灾难，配电网络多于灾害前启用本地电源系统，切换孤岛运行模式，孤岛运行模式将电网分成独立稳定的版块，尽可能约束可能发生的灾害所影响的区域，减少停电范围；因此，对于风沙灾害的前置风险分析显得尤为重要，依据风沙等级预报对于配电线路风险值进行量化评估并依据评估结果作出预防决断。

目前我国对电网设备运行风险评估主要方法是分析风险发生后的危害及风险发生的可能性，再综合评估风险值的大小，确定风险的等级。在电网正常方式或正常情况下，分析电网设备风险发生的概率值时，主要采取量化相关因数的手段，主要对设备类型因数、故障类别因数、历史数据统计因数(同类设备历史N年平均发生故障频率)给出一组量化的分值，再以乘积的方式计算风险概率值；一般情况下，对于同一种设备类型，由以上方法计算出的风险概率值是相同的；这种评估方法对于配电线路的老化、面临的风沙灾害等级及配电线路沿线地理状况均未纳入考虑，在进行预防风沙灾害工作时参考度有限。

申请号CN201710992948.3的专利提出了一种一种基于历史因素分析的配电线路风险概率评估方法,该评估方法先确定评估配电线路风险概率的关键因素，再针对可统计的关键因素，分别建立关键因素出现的概率计算模型和由关键因素导致配电线路跳闸的概率计算模型，进一步针对不可统计的关键因素分别建立评估配电线路风险概率的计算模型，最终根据以上的计算模型计算对应于每个关键因素的配电线路风险概率，以对配电线路的整体风险概率进行评估；该评估方法针对历史因素对于配电线路风险进行了有效的评估，但未涉及灾害前置风险预测及地理区域因素评估。

为了解决上述技术问题，亟需一种结合配电线路历史故障数据，风沙灾害指标及地理区域因素的基于风沙区域绝缘子故障概率的配电线路风险分析方法来解决现有的技术问题。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明分析风沙区域故障数据，提出配电线路风险分析方法，获取风险评估结果，根据结果选择应对手段，从而提升配电线路应对风沙灾害的能力。

本发明是通过以下技术方案予以实现的。

一种基于风沙区域绝缘子故障概率的配电线路风险分析方法，其特征在于按照以下方法步骤进行：

步骤1：收集以下相关数据：配电线路沿线走廊地理环境状况，风沙灾害历史数据，配电线路电杆数目，复合绝缘子历史故障数据，配电线路复合绝缘子工作时长，配电线路沿线走廊风力等级预报值及配电线路沿线走廊沙尘天气等级预报值；

步骤2：依据步骤1所收集相关数据，通过风力等级预报值计算配电线路风害系数W

步骤3：建立配电线路风险评估模型，并依据步骤2计算所得相关数据，计算出所评估的配电线路的风险评估值H

步骤4：依据步骤3所得风险评估值结果，根据其数值大小，判定风险评估等级，并依据风险评估等级提供预防措施参考建议。

进一步，进一步，步骤2中风害系数计算模型为：

进一步，步骤2中沙尘灾害系数计算模型为：

进一步，步骤2中架空配电线路故障概率P

其中u为塔杆数目，f为塔杆次序，对第f塔杆上复合绝缘子进行统计时，μ是其上复合绝缘子故障时工作寿命的均值和δ是故障时工作寿命的标准差，p

进一步，步骤2中对于复合绝缘子历史工作寿命均值μ及工作寿命标准差δ进行统计时，选取该塔杆上历史五年复合绝缘子的故障数据进行计算。

进一步，步骤2中复合绝缘子工作时长σ

进一步，步骤2中风沙灾害风险概率D

步骤a：依据配电线路走廊的地理及气象因素建立风沙灾害指标因素表，其相关指标因素为V

步骤b：将风沙灾害风险评估等级划分为p个档次，获得风沙灾害风险评估等级矩阵G

步骤c：综合风沙灾害风险指标因素统计矩阵A，以常用白化权函数针对各区段进行计算各区段的灰色权矩阵R

其中k＝1，2，3……p,x

步骤d：针对配电线路区域的地理因素、历史因素，综合多位专家对于各指标因素的吸引力比较，建立指标因素判断矩阵，其中V

步骤e：依据步骤d中指标因素判断矩阵，获得综合权重矩阵W

步骤f：综合步骤a～e，计算配电线路各区段风沙灾害风险评估值：s

步骤g：计算配电线路风沙灾害风险概率D

进一步，所述配电线路风沙灾害指标因素包括走廊环境因素及走廊气象因素，所述走廊环境因素包括地形地貌因素V

进一步，所述风沙灾害风险评估等级以九分制分为四档，矩阵G＝[3，5，7，9]，且所述步骤g中配电线路走廊各区段划分方式为：s

进一步，步骤4中风险评估等级有5个等级，包括低风险值、较低风险值、中等低风险值、较高低风险值以及高低风险值，其中风险评估值<0.25时为低风险值等级，风险评估值处于0.25～0.37时为较低风险值等级，风险评估值处于0.37-0.49时为中等低风险值等级，风险评估值处于0.49-0.70时为较高低风险值等级，风险评估值>0.70时为高低风险值等级，当配电线路处于较高低风险值等级及以上时，建议预防措施为启动本地电源系统，区域孤岛运行。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1)本发明综合了架空配电线路的历史故障数据、风沙灾害的历史时空分布规律以及地理环境参数对于配电线路进行风险评估极大提升了配电线路风险评估结果的准确性，同时其通过结合风力等级预报及沙尘天气预报，使其可以简单有效地依据所要面临的风沙灾害等级，对于配电线路的风险等级进行预估，并可依据此预估结果预先采取预防措施极大的减少了风沙灾害给配电线路带来的灾难后果；

2)本发明通过对于复合绝缘子的历史故障数据进行统计，极大地简化了进行风险评估时的数据统计工作量，同时由于复合绝缘子的故障率远高于配电线路其它部件，以此方式进行简化时，准确率并未出现太大波动，使得这一方法同时兼顾了进行风险效率评估时的效率性、时效性和准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为配电线路风险评估流程图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

如图1所示，本发明提供一种基于风沙区域绝缘子故障概率的配电线路风险分析方法，以配电线路历史故障数据为基础，结合风沙灾害预报等级及地理区域因素，通过建立灾害风险分析模型快速评估线路抵御风险的能力，为配电线路后续防护措施的开展提供参考，其包括如下步骤：

a)收集资料：收集配电走廊地理环境状况，包括沙漠分布、地形特征等资料；统计风沙灾害目标时间内的历史数据，例如近三年或近五年内风沙灾害发生的时间、地点、频率、等级；统计配电线路中导线、杆塔、绝缘子和金具等设备的数目、工作时长及历史故障状况统计，由于配电线路中绝缘子故障率高达50％，为了简化前置数据收集工作，仅对于绝缘子的历史故障状况进行统计，例如近三年或近五年内配电线路中绝缘子的故障率及发生故障时的使用寿命，并对于目前处于工作状态的绝缘子的工作寿命数据进行收集统计；依据收集的资料分别计算风害系数，沙尘灾害系数，架空配电线路故障概率以及风沙灾害风险概率：

b)依据气象预报等级计算风害系数及沙尘灾害系数：

由于风力等级划分为0～17级，沙尘天气等级划分为0～5级，故可依据当地预报的风力等级及沙尘天气等级计算风害系数及沙尘灾害系数方法如下。

其中Ws

依据配电线路历史故障数据计算架空配电线路故障率：

架空配电线路故障率由所研究的配电线路中导线、塔杆、绝缘子和金具等设备来共同决定，假设配电线路中共有u根塔杆，每根塔杆上及位于其与下根塔杆之间的线路设备种类合计有m种，该架空配电线路故障率计算公式如下。

其中u为塔杆数目，m为设备种类，P

由于配电线路塔杆数目及设备种类繁多，将所有设备纳入风险评估工作量巨大，可行性不高，与风沙灾害风险预防性评估所需求的时效性相违背，考虑到绝缘子易损性高达50％，远高于其它设备，故基于复合绝缘子来简化评估架空配电线路故障率。

其中u为塔杆数目，P

仅考量单一塔杆上的复合绝缘子，由于其地理因素及历史风沙灾害因素的高度一致性，可将同一塔杆上复合绝缘子的使用寿命分布近似看作正态分布曲线，统计历史5年内该塔杆上复合绝缘子发生故障时的使用寿命数据，及当前该塔杆上复合绝缘子的工作时长，获得复合绝缘子使用寿命密度分布曲线及复合绝缘子故障概率的计算模型：

其中对于第f根塔杆上复合绝缘子历史故障数据进行统计时，μ是其上复合绝缘子故障时工作寿命的均值和δ是故障时工作寿命的标准差，p

进行风沙灾害风险评估前，由于每根塔杆上一般设置有3个复合绝缘子，故计算第f根塔杆上复合绝缘子工作时长时，选取该塔杆上运行时间最长的复合绝缘子的工作时长作为σ

最后一步进行风沙灾害风险概率值计算：

首先将配电线路依据塔杆进行区段划分，每两座塔杆之间为一区段，包括位于前端的塔杆上的所有设备，和两基塔的之间的线路设备，但不包括后端基塔，合计分为n段区段。

针对各配电线路区段，获取其的地理环境因素、风沙灾害历史规律，以及相似区域配电线路的历史故障因素，基于改进型QSPM矩阵计算各区段的风沙灾害风险子集：

引入灰色理论及模糊数学对于配电线路的风沙灾害风险进行评估，其中模糊数学是给QSPM矩阵中一些定性指标定量化提供数学赋值，能够解决不同影响量之间的逻辑性和权重对比关系；灰色理论则是依据诸多对于配电线路风沙灾害风险的影响因素数据，使其于无序的、多源的、模糊的影响关系中，来处理各影响量的随机性和不确定性，并发现规律，使数据系统的灰度不断减小，白度逐渐增加，直至认识系统的规律。

对于配电线路的风沙灾害风险评估分为A、B、C、D四个等级，A级为风险等级最低。为方便矩阵运算，这里用9分制对四个等级进行赋值，四个等级分别对应3、5、7、9四个分值，由此建立评价等级集合为：

G＝[3，5，7，9]

针对所收集的配电线路历史及地理数据，由于针对配电线路历史故障数据计算架空配电线路故障率已将配电线路自身故障因素纳入统计，故此处统计指标因素仅包括配电线路地理及风沙灾害历史因素的相关因素，以此建立配电线路风沙灾害风险的指标因素表，如表1所示。

表1配电线路风沙灾害风险指标因素

邀请相当数量的专家对于各影响因素进行现场勘探及评估，以9分制建立指标因素统计矩阵，如表2所示。

表2配电线路风沙灾害风险指标因素统计矩阵

其中指标因素V

综合评价等级矩阵G，以常用白化权函数针对各区段进行计算：

由于评价等级矩阵G包含四个等级，故上述白化权函数中k＝1,2,3,4，x

则各区段灰色权矩阵为：

R

其中k＝1,2,3,4,R

针对配电线路区域的地理因素、历史因素，综合多位专家对于各指标因素的吸引力比较，建立指标因素判断矩阵，如表3所示。

表3配电线路风沙灾害风险指标因素判断矩阵

其中，指标因素V

W＝(w

依据以上所得综合权重矩阵W，评价等级矩阵G及各区段灰色权矩阵R

s

其中s

综合配电线路各区段风沙灾害风险评估值s

其中D

c)依据以上所得风害系数、沙尘灾害系数、架空配电线路故障概率以及风沙灾害风险概率建立配电线路风险评估模型并计算出配电线路风险评估值：

H

其中H

d)根据评估结果，进行评估风险分级：

风险评估值分级及建议预防措施如表4所示：

表4风险评估分级

根据上述步骤所计算出的风险评估值，依据表4对预告的风沙天气对配电线路所造成的风险等级进行快速评估，快速评估线路抵御风险的能力，为配电线路后续防护措施的开展提供参考。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。