輸電線路山火故障風(fēng)險(xiǎn)評估模型及評估方法研究

劉明軍，邵周策，上官帖，童軍心，周龍武，羅 毅，龔 澤，王曉冀

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輸電線路山火故障風(fēng)險(xiǎn)評估模型及評估方法研究

劉明軍1，邵周策2，上官帖1，童軍心1，周龍武1，羅 毅2，龔 澤2，王曉冀2

(1.國網(wǎng)江西省電力科學(xué)研究院，江西 南昌 330096；2.華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

輸電線路山火故障與輸電線路運(yùn)行時(shí)的氣象條件、人為因素等密切相關(guān)，近年來輸電線路山火故障逐年增加。建立了輸電線路山火故障跳閘風(fēng)險(xiǎn)評估模型，該模型包括輸電線路走廊山火發(fā)生概率模型和山火條件下輸電線路故障模型兩部分。應(yīng)用該模型，可以根據(jù)宏觀氣象條件預(yù)測山火引起的輸電線路故障概率。可以在山火發(fā)生后，根據(jù)山火的蔓延模型預(yù)測輸電線路山火故障風(fēng)險(xiǎn)隨時(shí)間的變化情況?？梢愿鶕?jù)輸電走廊及其附近的植被情況，計(jì)算火源點(diǎn)與輸電線路山火故障風(fēng)險(xiǎn)之間的關(guān)系，并制定輸電線路山火故障等級分布圖。研究成果可用于制定輸電線路山火故障預(yù)案和防災(zāi)減災(zāi)措施。

風(fēng)險(xiǎn)評估；風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)；山火；輸電線路山火故障；火源點(diǎn)

0 引言

隨著我國輸電網(wǎng)的迅速發(fā)展，輸電線路經(jīng)常要穿過山嶺地帶，極易受到各類自然災(zāi)害和氣象條件的威脅[1-3]。統(tǒng)計(jì)顯示，山火、燒荒引起的線路故障跳閘停電、停運(yùn)事件有逐年增多的趨勢。以江西省為例，2010年到2014年輸電線路附件共發(fā)生山火333次[4]，2014年僅一月份山火故障就多達(dá)10起。這些事故在給人民生活生產(chǎn)造成損失和困擾的同時(shí)，也對電網(wǎng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行帶來了新的挑戰(zhàn)。對各種氣象災(zāi)害對輸電線路故障影響和措施的研究已被逐漸重視[5-9]，但目前鮮有針對山火引起的輸電線路故障的風(fēng)險(xiǎn)評估研究。因此，針對不同運(yùn)行條件的輸電線路，評估輸電線路的山火故障風(fēng)險(xiǎn)水平，對輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行和降低停電停運(yùn)損失有著重要意義。

國內(nèi)外研究大多集中在對現(xiàn)有電網(wǎng)山火故障的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析并提出對策?；蛘邔ι交鹨疠旊娋€路跳閘的機(jī)理和特點(diǎn)的研究[10-12]，結(jié)果表明輸電線路的山火故障跳閘主要是由于火焰引起的溫度、導(dǎo)電率改變以及灰燼煙霧的共同作用，致使間隙絕緣水平急劇降低，從而發(fā)生擊穿跳閘。還有一部分學(xué)者對山火的監(jiān)測預(yù)警技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用進(jìn)行研究[13-14]，現(xiàn)有的監(jiān)測手段主要有大范圍的衛(wèi)星遙感監(jiān)測技術(shù)和小范圍的傳感器監(jiān)測技術(shù)。但均沒有涉及到對山火導(dǎo)致的輸電線路故障概率預(yù)測、評估故障風(fēng)險(xiǎn)水平的研究。

本文引入模糊判別方法，結(jié)合氣象條件計(jì)算山火發(fā)生概率，繼而建立山火條件下輸電線路的故障概率模型，得到山火造成的輸電線路故障概率。同時(shí)結(jié)合山火蔓延模型得到線路周圍區(qū)域不同火源點(diǎn)起火對線路故障的影響，綜合形成輸電線路的山火故障風(fēng)險(xiǎn)評估模型。根據(jù)該方法可以對未來可能的山火引起的輸電線路故障跳閘進(jìn)行提前預(yù)警和合理的應(yīng)對措施。

1 ?輸電線路山火故障風(fēng)險(xiǎn)評估模型

評估輸電線路山火故障風(fēng)險(xiǎn)需考慮未來氣象條件、輸電線路山地地形以及桿塔線路自身情況等因素。同時(shí)，初始火源點(diǎn)不同，其火場蔓延范圍將覆蓋不同的輸電線路區(qū)段，對輸電線路的影響程度也不相同。本文遵循概率性評估準(zhǔn)則，來評估輸電線路的山火情況下的故障風(fēng)險(xiǎn)。

1.1 輸電線路山火條件下的故障概率

根據(jù)大量山火情況下輸電線路發(fā)生故障跳閘事件的統(tǒng)計(jì)分析，山火發(fā)生時(shí)線路故障的主要是由空氣間隙擊穿造成。山火發(fā)生時(shí)輸電線路故障跳閘事件可以視為一個(gè)條件概率事件，即

式中：P表示山火造成的輸電線路故障的概率；()表示發(fā)生山火的概率；(|)表示輸電線路在山火條件下出現(xiàn)故障的概率。

在山火條件下，擊穿概率接近正態(tài)分布[13]，其概率密度函數(shù)可表示為

式中：為實(shí)際電壓；均值等于(50%的擊穿電壓)，?等于，表示變異系數(shù)。

由于電場間隙和擊穿電壓的不同，可以是2%~8%不等，通常取2%[16]。山火條件下電場間隙分布更不均勻，故取變異系數(shù)為4%。則擊穿概率如式(3)所示。

也即

(4)

(6)

式中：為火線強(qiáng)度；為可燃物發(fā)熱量；FC為可燃物消耗量。獲得火線強(qiáng)度之后，可以根據(jù)紛·韋格爾經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算溫升D：

(8)

式中，為距離地面的高度。這樣式(5)中的空氣相對密度可以由式(9)、式(10)計(jì)算。

(10)

除了大氣條件的改變之外，山火燃燒植被將產(chǎn)生大量濃煙，包含大量飛灰，炭黑以及灰燼和木屑等長條狀、大尺寸顆粒。在火焰條件下和正?？諝庵?，顆粒觸發(fā)放電的特性具有明顯區(qū)別，在山火中灰燼觸發(fā)間隙放電具有倍增效應(yīng)，這使得氣隙的絕緣強(qiáng)度發(fā)生劇烈下降，擊穿電壓最多可以下降到原來的10%[19]。考慮到山地植被情況復(fù)雜，而不同植被，不同風(fēng)速、風(fēng)向都將影響濃煙對擊穿電壓的影響程度。因此這里引入濃煙校正系數(shù)r，并令其等于1/10，即

綜上所述，修正后間隙的工頻擊穿電壓為

(12)

1.2 基于模糊判別法的山火概率計(jì)算

模糊綜合判別法是對某事物受多個(gè)因素影響時(shí)，做出合理綜合考慮的綜合判別，可以用權(quán)重代表每個(gè)因素對事物判別重要程度的差別。

選擇若干對火災(zāi)發(fā)生有影響的因子，根據(jù)歷史的山火故障信息，考慮到火災(zāi)多為農(nóng)民、百姓在農(nóng)耕燒荒、節(jié)日祭祖時(shí)引發(fā)，選定因子集為

按照《全國森林火險(xiǎn)天氣等級》和《森林火險(xiǎn)氣象等級》規(guī)范，可以將火險(xiǎn)評判等級劃分為5級，并進(jìn)行區(qū)域林火概率量化[20]，具體值參見表1。

表1 火險(xiǎn)等級劃分

決策判別集表示為

根據(jù)火險(xiǎn)評判等級與因子量值是正相關(guān)還是負(fù)相關(guān)，繼而選擇戒下型或戒上型隸屬函數(shù)原型式來表征各因子與決策判別量之間的隸屬關(guān)系，如式(13)和式(14)所示。

(13)

(1)?將得到的各因子測量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)按照自然斷點(diǎn)法形成若干因子區(qū)間，統(tǒng)計(jì)一段時(shí)間內(nèi)每個(gè)因子區(qū)間中存在的因子個(gè)數(shù)。

(2)?統(tǒng)計(jì)各區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)山火的次數(shù)并除以相應(yīng)的因子數(shù)，計(jì)算出該區(qū)間內(nèi)的山火發(fā)生概率。

(3)?對火險(xiǎn)概率歸一化處理。畫出每個(gè)影響因子進(jìn)行歸一化后的分布圖并以此求解待定系數(shù)，，。可以得到每日降水量(0.1 mm)、最高氣溫、相對濕度、日平均風(fēng)速(0.1 m/s)、人為因子(月)的隸屬函數(shù)原型式分別如式(15)~式(19)所示。

(16)

(17)

(19)

將各因子對火險(xiǎn)決策判別集的隸屬度記作：

綜上所述，隸屬函數(shù)R、T、H、W、K就能按照各自對應(yīng)的原型式在每個(gè)火險(xiǎn)等級相應(yīng)的區(qū)域林火概率的最大值和最小值計(jì)算關(guān)鍵截域來計(jì)算，基于文獻(xiàn)[18]建立了各因子隸屬函數(shù)表，具體詳見表2?？紤]到各因子的影響程度不同，由專家打分法確定權(quán)重后可得

為了評估需要，取對應(yīng)火險(xiǎn)等級下區(qū)域林火概率的最大值作為山火發(fā)生概率()。在實(shí)際應(yīng)用中，可以用該模型在應(yīng)用地區(qū)運(yùn)行一段時(shí)間，再根據(jù)每一級火險(xiǎn)著火的天數(shù)除以每一級火險(xiǎn)的天數(shù)，得到該等級火險(xiǎn)發(fā)生山火的概率。

表2 各因子隸屬函數(shù)

1.3 山火蔓延模型及算法

山火的發(fā)生可以分布在線路途經(jīng)區(qū)域的任意某點(diǎn)，而經(jīng)過一定時(shí)間山火蔓延不到輸電線路附近，此時(shí)討論輸電線路因山火發(fā)生故障顯然是沒有意義的。因此根據(jù)實(shí)際情況，本文引入山火蔓延情況的計(jì)算，用以評估山地的時(shí)空條件對輸電線路山火風(fēng)險(xiǎn)的影響。

山地林火蔓延是一種多組相可燃物在各種氣象條件和地形條件作用下燃燒和蔓延的極其繁雜的行為[22]。人們依據(jù)現(xiàn)實(shí)中和實(shí)驗(yàn)中的觀察，提取一些要素，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。現(xiàn)在各國都有研究或使用不同的林火模型[23]。在中國，王正非林火蔓延模型是使用較為普遍的。但每個(gè)數(shù)學(xué)模型都有自身的適用范圍，當(dāng)模型的假設(shè)條件不成立時(shí)，就會產(chǎn)生極大誤差。

針對王正非模型僅對上坡和風(fēng)向?yàn)樯掀聝煞N情況有效的缺點(diǎn)，文獻(xiàn)[24]計(jì)及風(fēng)向和坡度的影響獲得了上坡、下坡、左平坡、右平坡、風(fēng)方向的5個(gè)蔓延計(jì)算方程。且輸入量少，容易獲取。因此本文采取毛賢敏等人修正后的王正非林火模型。王正非林火模型如式(22)所示。

式中：0是初始蔓延速度；K表示可燃物配置格局更正系數(shù)；K表示風(fēng)力更正系數(shù)；表示地形坡度更正系數(shù)，表示地形坡度角。

式(22)僅適用于上坡且風(fēng)向?yàn)樯掀路较颍L(fēng)與地形各種組合情況下的方程組為

(24)

(25)

(27)

式(23)~式(27)分別為上坡、下坡、左平坡、右平坡、風(fēng)方向的蔓延速度表達(dá)式。式中，為上坡方向按順時(shí)針轉(zhuǎn)到風(fēng)向時(shí)所旋轉(zhuǎn)的角度。

山火蔓延算法有多種，對于不同的數(shù)據(jù)格式和計(jì)算方法，其算法的復(fù)雜度和精確度不同。例如邊界插值算法，邊界外延算法，迷宮算法，元胞自動機(jī)算法等。由于簡便、容易實(shí)現(xiàn)等原因，本文采取邊界差值算法。

邊界插值算法是一種基于柵格數(shù)據(jù)的算法，利用插值法形成火場邊界。由于火場的植被條件、地形、風(fēng)速、風(fēng)向等條件不同，每一點(diǎn)著火后，向周圍不同方向的蔓延速度不同。邊界插值算法只計(jì)算從初始著火點(diǎn)算起的8個(gè)方向，分別為正北、東北、正東、東南、正南、西南、正西、西北。每個(gè)方向上每次只計(jì)算初始火源點(diǎn)到該方向上的下一個(gè)柵格，其他柵格忽略不計(jì)，給定山火蔓延的時(shí)間就可以得到8個(gè)方向上最終蔓延到的8個(gè)邊界點(diǎn)。以正北方向?yàn)槔?，從初始著火點(diǎn)向正北方向計(jì)算，每個(gè)柵格向正北方向蔓延的速度不同，視在每個(gè)柵格內(nèi)蔓延速度不變，一次計(jì)算一個(gè)柵格，直到計(jì)算至給定時(shí)間為止，得到火場向正北方向蔓延的邊界點(diǎn)，其他方向上的蔓延計(jì)算同理。根據(jù)這8個(gè)邊界點(diǎn)，進(jìn)行插值計(jì)算即可得到火災(zāi)蔓延邊界，并在實(shí)際地形圖上進(jìn)行重合顯示就可以獲得整個(gè)火場的蔓延形狀和覆蓋區(qū)域。

2 ?輸電線路山火故障風(fēng)險(xiǎn)量化評估方法

2.1 輸電線路山火故障風(fēng)險(xiǎn)量化指標(biāo)

基于上述評估模型，本文引入了輸電線路山火故障風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)P和火源點(diǎn)故障風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)P來量化輸電線路的山火故障風(fēng)險(xiǎn)。

(1)?輸電線路山火故障風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)P，表示山火導(dǎo)致的輸電線路故障停運(yùn)概率，用于評估在當(dāng)前或未來氣象條件下輸電線路各個(gè)區(qū)段可能由于發(fā)生山火引起跳閘的概率。

(2)?火源點(diǎn)故障風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)P，用于評估不同火源點(diǎn)、山地植被分布對輸電線路故障停運(yùn)的影響，或者評估當(dāng)山火發(fā)生后火災(zāi)蔓延對輸電線路故障停運(yùn)的影響。

2.2 輸電線路山火風(fēng)險(xiǎn)量化評估方法

2.2.1 輸電線路山火故障風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)P計(jì)算

在進(jìn)行輸電線路山火風(fēng)險(xiǎn)評估時(shí)，先將輸電線路分為段，則第段輸電線路的山火故障概率P為

式中：P()表示線路第段的山火條件下故障概率；P越大則表示該第段線路受到山火影響導(dǎo)致故障的風(fēng)險(xiǎn)越高。

首先根據(jù)線路附近地形高度數(shù)據(jù)以及未來評估日的氣象條件(如日降水量、日最高氣溫、日最小相對濕度、日平均風(fēng)速等)，按照1.2節(jié)所述山火概率計(jì)算模型和表2中的公式計(jì)算出輸電線路途經(jīng)山林區(qū)域的山火發(fā)生概率()。

然后按照1.1節(jié)所述模型，根據(jù)線路氣隙長度，通過估算或查表得到氣隙擊穿的工頻電壓，根據(jù)式(5)、式(6)、式(11)計(jì)算山火條件下的溫度、濕度、顆粒等參數(shù)變化影響的校正系數(shù)d、h、r，再按照式(12)校正工頻擊穿電壓得到，結(jié)合線路實(shí)際電壓代入式(3)計(jì)算線路各區(qū)段山火條件下故障概率P()

最后按照公式(28)計(jì)算P得出沿線山火故障概率分布。

2.2.2 火源點(diǎn)故障風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)P計(jì)算

根據(jù)線路周圍的地形數(shù)據(jù)和1.3節(jié)所述山火蔓延模型，計(jì)算在一定時(shí)間下，輸電線路周圍某個(gè)火源點(diǎn)起火蔓延后形成的火場，記錄輸電線路與火場重疊的部分，設(shè)輸電線路有段被火場覆蓋則

P越大，表示該火源點(diǎn)起火之后，輸電線路山火故障的概率越大，該火源點(diǎn)對輸電線路山火故障的影響程度越大。對線路附近的每個(gè)火源點(diǎn)都進(jìn)行上述計(jì)算即可得到火源點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)度分布。

綜上所述，輸電線路山火風(fēng)險(xiǎn)評估的流程如圖1所示。

圖1 輸電線路山火風(fēng)險(xiǎn)評估流程

3 ?算例測試及薄弱點(diǎn)分析

3.1 輸電線路山火故障風(fēng)險(xiǎn)評估

本算例以江西電網(wǎng)某220?kV輸電線路某一個(gè)檔距為對象建模，線路架設(shè)在兩個(gè)山頭之間，塔高為11.5 m，線間距離為4.25 m，忽略絕緣子并令線路離地高度等于塔高，忽略輸電線路的下垂弧度。假設(shè)山地植被均勻分布。日期為4月份，天氣晴，氣溫19?℃，相對濕度30%，風(fēng)向?yàn)檎?，風(fēng)速為3 m/s。每一個(gè)柵格代表邊長為5 m的正方形。

根據(jù)算例提供的日期、天氣、氣溫、相對濕度、風(fēng)速等信息，由2.2.1節(jié)所述P的計(jì)算方法計(jì)算得到本算例的火險(xiǎn)等級為5級，取山火發(fā)生概率為11.31%。將兩個(gè)塔間的線路均勻分段，根據(jù)電壓等級為220?kV、線對地高度以及地面植被高度，計(jì)算線路各段故障概率P，將結(jié)果以灰度圖表示如圖2所示。

圖2 輸電線路山火風(fēng)險(xiǎn)評估圖

從圖2中可以看出，輸電線路的山火故障高風(fēng)險(xiǎn)段處于山頭位置，此時(shí)輸電線路離地面距離最近，而處于山谷上方的中間部分，山火對高空輸電線路不會產(chǎn)生影響。

3.2 輸電線路山火故障時(shí)空風(fēng)險(xiǎn)評估

算例條件同3.1節(jié)。首先計(jì)算山火發(fā)生60?min時(shí)火源點(diǎn)故障風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)P。分別選擇點(diǎn)A(135，215)和B(155，215)為例進(jìn)行計(jì)算。

首先根據(jù)1.3節(jié)所述模型進(jìn)行火場蔓延計(jì)算，可以得到山火發(fā)生60?min時(shí)，火場分布如圖3所示?；鹪袋c(diǎn)A點(diǎn)并沒有蔓延到線路附近，不會對線路安全運(yùn)行造成影響，此時(shí)評估結(jié)果可認(rèn)為是0；而火源點(diǎn)B點(diǎn)山火發(fā)生60?min時(shí)則會覆蓋輸電線路，對線路運(yùn)行造成較大影響。將線路被山火覆蓋區(qū)段的P帶入式(29)計(jì)算B點(diǎn)的火源點(diǎn)故障風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)P，就可以評估B火源點(diǎn)山火發(fā)生60?min時(shí)對線路山火故障的影響程度大小。

進(jìn)一步將線路區(qū)域內(nèi)每一點(diǎn)都進(jìn)行火場蔓延計(jì)算和火源點(diǎn)故障風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)P計(jì)算，忽略不會蔓延到輸電線路的火源點(diǎn)，其結(jié)果如圖4陰影部分所示。

圖3 不同火源點(diǎn)火場蔓延比較圖

圖4 60min火源點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)劃分圖

由圖4可知在60?min內(nèi)，能對輸電線路造成影響的火源點(diǎn)的分布及其邊界，處于不同位置的火源點(diǎn)故障風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)值不同，并不是簡單按照離輸電線路越遠(yuǎn)風(fēng)險(xiǎn)越低的規(guī)律分布，風(fēng)向、地形等因素會對火場的蔓延情況造成影響，使得不同位置的初始火源點(diǎn)對輸電線路造成不同嚴(yán)重程度的影響。

然后，計(jì)算設(shè)定山火發(fā)生為120?min時(shí)輸電線路山火故障風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)果如圖5陰影部分所示。

比較圖4和圖5，火源點(diǎn)故障風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)大小有明顯的分層，且火源點(diǎn)故障風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)分布也不盡相同。等高線越密集的部分表示山地地形越陡峭，對火焰蔓延速度的增益作用也越大，因此距離輸電線路較遠(yuǎn)距離的火源點(diǎn)也能對輸電線路產(chǎn)生影響。由于風(fēng)向是正北，線路南面的火源點(diǎn)是順風(fēng)上坡，可以影響到線路的高風(fēng)險(xiǎn)火源點(diǎn)分布更廣。此外，起火時(shí)間越長，對線路有影響的火源點(diǎn)范圍越大，但根據(jù)地形、風(fēng)速、風(fēng)向等條件其影響范圍形狀又有不同。因此本方法可以滿足不同時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)下的火源點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)評估，形成不同時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)險(xiǎn)等級劃分圖，用以做出針對性防護(hù)工作，對線路山火防護(hù)具有指導(dǎo)作用。

圖5 120?min火源點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)劃分圖

4 ?結(jié)語

本文引入了輸電線路山火故障風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)和火源點(diǎn)故障風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的概念，結(jié)合氣象條件、地理?xiàng)l件以及線路自身情況，建立了輸電線路的山火故障風(fēng)險(xiǎn)評估模型。模型輸入量為輸電線路途經(jīng)區(qū)域的宏觀氣象條件和地理?xiàng)l件，計(jì)算得出山火造成輸電線路故障概率及沿線分布，并對不同初始火源點(diǎn)對輸電線路故障的影響進(jìn)行了量化風(fēng)險(xiǎn)評估。

采用本文的評估方法，一方面可以從宏觀氣象條件對輸電線路進(jìn)行山火故障風(fēng)險(xiǎn)評估，預(yù)報(bào)線路出現(xiàn)山火故障的高危區(qū)段，并獲得可視化結(jié)果。由此可以針對高風(fēng)險(xiǎn)部分采取相應(yīng)措施，提高線路抗山火水平。另一方面可以計(jì)算著火后火勢的蔓延覆蓋情況，得到火勢的重點(diǎn)撲救區(qū)域，以及線路是否受到影響或即將被山火覆蓋的故障集中區(qū)域，用以確定線路是否合理停運(yùn)規(guī)避故障風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)還能計(jì)算對線路故障有較高風(fēng)險(xiǎn)的火源點(diǎn)區(qū)域，這對加強(qiáng)防火宣傳和線路巡視，針對性清理線路下方可燃物，制造相應(yīng)防火道有重要作用。本文所述評估方法從源頭和過程兩方面減少山火對電網(wǎng)運(yùn)行的影響，為安全預(yù)案制定和事故處理對策提供了參考依據(jù)。

[1] 林銘瀚, 胡永洪, 薛毓強(qiáng), 等. 基于mesh網(wǎng)絡(luò)的輸電線路山火預(yù)警監(jiān)視系統(tǒng)研制[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2016, 44(1): 134-138.

LIN Minghan, HU Yonghong, XUE Yuqiang, et al. Research and application of forest fire early-warning and monitor system based on wireless mesh network for transmission line[J]. Power System Protection and Control, 2016, 44(1): 134-138.

[2] 熊小伏, 王建, 袁峻, 等. 時(shí)空環(huán)境相依的電網(wǎng)故障模型及在電網(wǎng)可靠性評估中的應(yīng)用[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2015, 43(15): 28-35.

XIONG Xiaofu, WANG Jian, YUAN Jun, et al. Temporal and spatial environments dependent power grid failure method and its application in power grid reliability assessment[J]. Power System Protection and Control, 2015, 43(15): 28-35.

[3] 金學(xué)成, 陳堂龍, 鄒根華, 等. 自適應(yīng)外部環(huán)境的電網(wǎng)安全穩(wěn)定智能防御系統(tǒng)應(yīng)用[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2015, 43(23): 137-142.

JIN Xuecheng, CHEN Tanglong, ZOU Genhua, et al. Application of power grid security and stability intelligent defense system self-adapting the external environment[J]. Power System Protection and Control, 2015, 43(23): 137-142.

[4] 彭福先, 熊心. 江西500 kV輸電線路山火跳閘故障分析及對策[J]. 江西電力, 2014, 38(2): 58-60.

PENG Fuxian, XIONG Xin. 500 kV transmission line fires fault and countermeasure in Jiangxi province[J].Jiangxi Electric Power, 2014, 38(2): 58-60.

[5] 汪沨, 易暢, 溫定筠, 等. 特高壓直流耐壓實(shí)驗(yàn)用防風(fēng)抗暈導(dǎo)線的設(shè)計(jì)[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2014, 29(11): 247-254.

WANG Feng, YI Chang, WEN Dingjun, et al. Design of anti-wind and anti-corona 24-bundle conductors for UHV DC voltage withstand test[J].Transactions of China Electrotechnical Society, 2014, 29(11): 247-254.

[6] 劉毓, 蔣興良, 舒立春, 等. 復(fù)合絕緣子傘裙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)對其冰閃特性的影響[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2014, 29(8): 319-326.

LIU Yu, JIANG Xingliang, SHU Lichun, et al. Influence of characterizing shed configuration parameters of composite insulators on icing flashover performance[J].Transactions of China Electrotechnical Society, 2014, 29(8): 319-326.

[7] 許俊, 郭耀杰, 曹珂, 等. 考慮多檔導(dǎo)線及絕緣子串影響的覆冰及脫冰輸電導(dǎo)線找形分析[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2015, 30(13): 87-91.

XU Jun, GUO Yaojie, CAO Ke, et al. Research on form- finding of icing and ice-shedding transmission line considering the influence of multi-span and insulator string[J].Transactions of China Electrotechnical Society, 2015, 30(13): 87-91.

[8] 巢亞鋒, 楊力, 彭曉亮, 等. 輸電線路覆冰特點(diǎn)及防冰技術(shù)研究綜述[J]. 高壓電器, 2014, 50(10): 131-138.

CHAO Yafeng, YANG Li, PENG Xiaoliang, et al. Review of the researches on icing characteristics of transmission lines and anti-icing technologies[J]. High Voltage Apparatus, 2014, 50(10): 131-138.

[9] 馬成廉, 孫黎, 尚教會. 抗災(zāi)型電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)評估方法研究[J]. 電網(wǎng)與清潔能源, 2014, 30(9): 12-18.

MA Chenglian, SUN Li, SHANG Jiaohui. Study on safety risk assessment method of anti-disaster power grid[J]. Power System and Clean Energy, 2014, 30(9): 12-18.

[10] 吳田, 阮江軍, 張?jiān)? 等. 輸電線路因山火跳閘事故統(tǒng)計(jì)特性與識別分析[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2012, 40(10): 138-143.

WU Tian, RUAN Jiangjun, ZHANG Yun, et al. Study on the statistic characteristics and identification of AC transmission line trips induced by forest fires[J]. Power System Protection and Control, 2012, 40(10): 138-143.

[11] 吳田, 阮江軍, 胡毅, 等. 500 kV輸電線路的山火擊穿特性及機(jī)制研究[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2011, 31(34): 163-170.

WU Tian, RUAN Jiangjun, HU Yi, et al. Study on forest fire induced breakdown of 500 kV transmission line in terms of characteristics and mechanism[J]. Proceedings of the CSEE, 2011, 31(34): 163-170.

[12] 吳田, 胡毅, 阮江軍, 等. 交流輸電線路模型在山火條件下的擊穿機(jī)理[J]. 高電壓技術(shù), 2011, 37(5): 1115-1122.

WU Tian, HU Yi, RUAN Jiangjun, et al. Air gap breakdown mechanism of model AC transmission line under forest fires[J]. High Voltage Engineering, 2011, 37(5): 1115-1122.

[13] 陸佳政, 吳傳平, 楊莉, 等. 輸電線路山火監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的研究及應(yīng)用[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2014, 42(16): 89-95.

LU Jiazheng, WU Chuanping, YANG Li, et al. Research and application of forest fire monitor and early-warning system for transmission line[J]. Power System Protection and Control, 2014, 42(16): 89-95.

[14] 葉立平, 陳錫陽, 何子蘭, 等. 山火預(yù)警技術(shù)在輸電線路的應(yīng)用現(xiàn)狀[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2014, 42(6): 145-153.

YE Liping, CHEN Xiyang, HE Zilan, et al. Present situation of forest fire early warning technology used for transmission line[J]. Power System Protection and Control, 2014, 42(6): 145-153.

[15] 宋嘉婧, 郭創(chuàng)新, 張金江, 等. 山火條件下的架空輸電線路停運(yùn)概率模型[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2013, 37(1): 100-105.

SONG Jiajing, GUO Chuangxin, ZHANG Jinjiang, et al. A probabilistic model of overhead transmission line outage due to forest fire[J]. Power System Technology, 2013, 37(1): 100-105.

[16] 周澤存, 沈其工, 方瑜, 等. 高電壓技術(shù)[M]. 北京: 中國電力出版社, 2004.

[17] GBT 16927.1-2011 高電壓試驗(yàn)技術(shù)第1部分: 一般定義及試驗(yàn)要求[S]. 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2011.

[18] 張景忠, 肖非, 廉明起. 林火行為相關(guān)參數(shù)綜合測報(bào)儀的研究[J]. 東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2000, 28(6): 112-115.

ZHANG Jingzhong, XIAO Fei, LIAN Mingqi. The comprehensive measuring instrument of parameters relating to forest fire behavior[J]. Journal of Northeast Forestry University, 2000, 28(6): 112-115.

[19] 普子恒, 阮江軍, 吳田, 等. 火焰中顆粒對間隙放電特性的影響[J]. 高電壓技術(shù), 2014, 40(1): 103-110.

PU Ziheng, RUAN Jiangjun, WU Tian, et al. Influence of particles in flame on the characteristics of gap discharge[J]. High Voltage Engineering, 2014, 40(1): 103-110.

[20] 田光輝, 陳匯林, 許向春. 基于模糊綜合判別的森林火險(xiǎn)等級預(yù)報(bào)研究[J]. 災(zāi)害學(xué), 2013, 28(3): 117-122.

TIAN Guanghui, CHEN Huilin, XU Xiangchun. Study on grade prediction on forest fire based on fuzzy synthetic discriminant[J]. Journal of Catastrophology, 2013, 28(3): 117-122.

[21] 徐志光, 林韓, 陳金祥, 等. 基于模糊模型識別的福建電網(wǎng)火燒山預(yù)警研究[J]. 華東電力, 2009, 37(7): 1142-1144.

XU Zhiguang, LIN Han, CHEN Jinxiang, et al. Forest fire pre-warning based on fuzzy pattern recognition for Fujian Power Grid[J]. East China Electric Power, 2009, 37(7): 1142-1144.

[22] 唐曉燕, 孟憲宇, 易浩茗. 林火蔓延模型及蔓延模擬的研究進(jìn)展[J]. 北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2002, 24(1): 87-91.

TANG Xiaoyan, MENG Xianyu, YI Haoming. Review and prospect of researches on forest fire spreading models and simulating method[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2002, 24(1): 87-91.

[23] 駱介禹. 燃燒能量學(xué)[M]. 哈爾濱: 東北林業(yè)大學(xué)出版社, 1991.

[24] 毛賢敏. 風(fēng)和地形對林火蔓延速度的作用[J]. 應(yīng)用氣象學(xué)報(bào), 1993, 4(1): 100-104.

MAO Xianmin. The influence of wind and relief on the speed of the forest fire spreading[J]. Quarterly Journal of Applied Meteorology,1993, 4(1): 100-104.

(編輯 姜新麗)

Studyonmodelsandmethodsofriskassessmentoftransmissionlinefaultcausedbyfire

LIU Mingjun1, SHAO Zhouce2, SHANGGUAN Tie1, TONG Junxin1, ZHOU Longwu1, LUO Yi2, GONG Ze2, WANG Xiaoji2

(1. State Grid Jiangxi Electric Power Research Institute, Nanchang 330096, China; 2. College of Electrical and ElectronicEngineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China)

Transmission line fault that caused by fire is closely related to weather conditions, human behavior factors and so on. In recent years, transmission line fault is increasing year by year. This paper builds a risk assessment model of transmission line fault caused by fire. This model includes two sub models: the fire occurrence probability model of the area that transmission line pass through and the probability model of transmission line fault under the fire condition. Using this model can predict the probability of transmission line fire fault according to the macro-meteorological conditions. When the fire is spreading to the line, according to the spreading model of fire, this model can estimate the time-variant risk condition of the transmission line fault. Based on the geographic conditions and vegetation near the transmission line, this risk assessment model can calculate the relationship between the fire spots and the risk of transmission line fault, so as to make a fault level distribution maps of the transmission line fault. Results in this paper can be used to formulate contingency plans for transmission line fire fault and disaster prevention measures.

assessment; risk indicator; fire; transmission line fire fault; fire spots

10.7667/PSPC150844

2015-05-19；

2016-01-28

劉明軍(1983-)，男，博士，高級工程師，主要研究方向?yàn)檩斪冸娫O(shè)備狀態(tài)檢測及其故障風(fēng)險(xiǎn)評估；E-mail:?lmj_hust@163.com 邵周策(1993-)，男，通信作者，碩士研究生，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估；E-mail:?szc11121@163.com 上官帖(1958-)，男，教授級高級工程師，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)及其自動化。E-mail:?dky_shanggt@jx.sgcc. com.cn