魏亞楠 談歡歡

摘 要：本文研究了輸電線路在雷電天氣下失效概率模型，并進行電網(wǎng)短期可靠性評估。該模型先通過氣象雷達預報獲取輸電線路所在區(qū)域的雷電參數(shù)，并通過雷電流幅值預測模型得到雷電流幅值;由經(jīng)緯度坐標確定落雷側面距離。然后應用輸電線路雷擊失效概率模型計算輸電線路在該預報天氣條件下的雷擊失效概率。

關鍵詞：雷擊;輸電線路;雷擊故障率

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.16.184

0 引言

電力系統(tǒng)的運行經(jīng)驗表明，雷電流侵入電網(wǎng)過程中，可能造成短路，閃絡等電氣擾動，影響系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，本文從概率角度出發(fā)，建立了一種可以基于雷電氣象信息計算輸電線路雷擊失效概率的模型，并根據(jù)該模型預測線路在雷電天氣下發(fā)生雷擊故障的概率。

1 雷擊故障對輸電網(wǎng)的可靠性影響

進行雷電天氣下得輸電網(wǎng)可靠性評估，基本的方法是蒙特卡洛抽樣法，對每條線路的狀態(tài)進行抽樣時需要確定線路的失效概率，本文利用雷電天氣下，雷擊故障發(fā)生的概率與雷電氣象參數(shù)的關系，即雷擊概率分布模型，通過氣象參數(shù)來預測雷擊故障發(fā)生的概率，作為輸電線路的故障率。

2 輸電線路雷擊失效概率模型

（1）輸電線路雷擊故障分析。選取雷電流幅值和落雷側面距離兩個參數(shù)計算輸電線路繞擊跳閘概率。在同一電壓等級中，有n條線路發(fā)生m次故障事件，查詢雷電信息統(tǒng)計記錄得出m次故障事件的雷電流幅值以及落雷距離，其中雷電流幅值取平均值，m次故障參數(shù)分別記為：

式中X表示雷電流幅值，Y表示落雷側面距離。

其二維正態(tài)擴散模型如式（2）所示：

公式（2）h1，h2表示擴散系數(shù)，利用樣本集合中的楊蓓最大（a）、最小值（b）以及樣本的數(shù)值（M）來確定，具體計算公式如下所示：

（2）雷電繞擊概率計算。公式f（u，v）為聯(lián)合概率密度函數(shù)，它的物理意義解釋為雷電發(fā)生時，通過雷電流幅值的大小以及落雷的側面距離可以估算出發(fā)生雷電跳閘的概率。即為條件概率密度函數(shù)，也可記為f（BC|A），其中A表示架空輸電線路雷擊故障事件，B表示雷電流幅值大小，C表示落雷側面距離大小。

其中：

可得：

則條件概率為：

公式（6）中，p（A|BC）表示在一定的雷電流幅值大小、側面距離條件下架空輸電線路發(fā)生繞擊跳閘的概率。其中p（A）表示架空輸電線路繞擊失效概率，f（B）則表示雷電流幅值概率密度，f（C）則表示落雷點側面與導線之間距離概率密度，其中B和C為兩個相互獨立的事件。

在架空輸電線路繞擊失效概率模型中，通過輸電線路繞擊率可以得到繞擊失效概率：

式中：λ為架空輸電線路繞擊失效率，t為某次雷電天氣持續(xù)時間。

雷電流幅值概率密度選用IEEE Std推薦的計算公式：

側面距離分布概率采用平均分布概率，可用下式計算：

式中，L為落雷側面距離最大值。

3 輸電線雷擊概率預測

（1）雷達相關參數(shù)的獲取。根據(jù)氣象雷達探測，獲取的雷達資料是網(wǎng)格化的數(shù)據(jù)，其網(wǎng)格分辨率為0.01°×0.01°。

（2）落雷側面距離的計算。1）確定線路方程。獲取輸電線路所在網(wǎng)格的經(jīng)緯度信息，根據(jù)經(jīng)緯度信息確定輸電線路的坐標，兩端點分別記為M1（x1，y1），M2（x2，y2），可以得到輸電線路的直線方程，記為aX+bY+c=0。2）計算側面距離。假定雷云范圍的中心為雷電的實際放電點，可以計算出雷電實際放電與架空輸電線路的側面距離，即計算點到線的距離，其計算公式如下：

（3）利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡預測雷電流幅值。通過歷史數(shù)據(jù)建立雷電流幅值和回波強度、回波頂高以及垂直積累液態(tài)水含量之間的相關非線性數(shù)學模型，如式（11）所示，通過上述三個數(shù)據(jù)的預報值可以反推雷電流幅值的預測值。

式中：y表示雷電流幅值，x1表示回波強度，x2表示回波頂高，x3表示垂直積累液態(tài)水含量。

為得到式（11）的具體表達式，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡算法計算雷電流幅值與回波強度、回波頂高、垂直積累液態(tài)水含量之間的數(shù)學關系。

（4）輸電線雷擊概率預測。若輸電線路所經(jīng)過區(qū)域有M個網(wǎng)格處于雷電天氣條件下，則線路的雷擊失效概率可表示為：

其中P為雷電天氣下輸電線路發(fā)生故障的概率，pi是第i個網(wǎng)格的線路發(fā)生雷擊失效概率。

4 結論

本文研究了雷擊故障對輸電線路可靠性的影響，并給出了雷電天氣下的輸電系統(tǒng)短期可靠性評估模型。通過分析輸電線路雷擊概率分布模型，確定了使用雷達氣象參數(shù)預測雷電流幅值和計算雷電側面距離，進而預測雷擊失效概率。