基于Visual Basic的輸電線路雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)開發(fā)

張曉飛彭友仙史兆元王 巖

（1.國(guó)網(wǎng)河南省電力公司三門峽供電公司，河南 三門峽 210098；2.三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院，湖北 宜昌 443002；3.鄭州大學(xué)，鄭州 450000）

基于Visual Basic的輸電線路雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)開發(fā)

張曉飛1彭友仙2史兆元3王 巖1

（1.國(guó)網(wǎng)河南省電力公司三門峽供電公司，河南 三門峽 210098；2.三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院，湖北 宜昌 443002；3.鄭州大學(xué)，鄭州 450000）

目前雷擊仍然是危及電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行的主要因素。本文基于差異化防雷思想，以Visual Basic 6.0程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言為開發(fā)平臺(tái)，結(jié)合MS Excel 12.0組件和ACCESS 2003數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，設(shè)計(jì)可視化界面，開發(fā)出一套程序化、智能化的輸電線路雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了輸電線路從沿線桿塔雷擊跳閘率批量計(jì)算到全線雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)批量評(píng)估，乃至查找沿線雷擊薄弱點(diǎn)的全過程，具有數(shù)據(jù)輸入、增加、刪除、修改、輸出、保存等功能，能夠快速獲取輸電線路沿線雷擊薄弱點(diǎn)，預(yù)估輸電線路的防雷設(shè)計(jì)效果，為防雷工作的開展提供指導(dǎo)。

輸電線路；差異化防雷；雷擊跳閘率；雷擊薄弱點(diǎn)；雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

長(zhǎng)期以來，電網(wǎng)公司十分重視輸電線路的安全運(yùn)行，但因雷擊發(fā)生跳閘的情況仍然頻繁發(fā)生。2011年，國(guó)家電網(wǎng)公司印發(fā)了《架空輸電線路差異化防雷工作指導(dǎo)意見》以及《110（66）kV及以上輸電線路差異化防雷改造指導(dǎo)原則》，期望加強(qiáng)對(duì)電網(wǎng)差異化的雷電防護(hù)，而對(duì)線路進(jìn)行全線雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估并確定其薄弱點(diǎn)桿塔是保證差異化防雷改造工作實(shí)施有效的重要前提。

針對(duì)雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及薄弱點(diǎn)查找問題，國(guó)內(nèi)研究學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了一些研究，例如實(shí)現(xiàn)了耐雷水平計(jì)算及其影響因素分析的軟件系統(tǒng)[1]、能夠?qū)纂姙?zāi)害進(jìn)行評(píng)估和預(yù)測(cè)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估管理系統(tǒng)[2]、能夠?qū)ㄖ锛捌浞?wù)設(shè)施的風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)進(jìn)行估計(jì)的雷電風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)[3-5]、雷擊風(fēng)險(xiǎn)層進(jìn)式評(píng)估體系[6]等，但上述系統(tǒng)或體系中，均未直接反映工程中某條線路的雷擊薄弱桿塔，還需工程人員進(jìn)行人工評(píng)估和篩選，工作量仍然較大。因此，開發(fā)一套能夠?qū)崿F(xiàn)從耐雷水平批量計(jì)算到雷擊風(fēng)險(xiǎn)批量評(píng)估，乃至全線薄弱點(diǎn)查找的程序化、智能化軟件系統(tǒng)是非常必要的。

本系統(tǒng)采用傳統(tǒng)電氣幾何模型計(jì)算線路繞擊跳閘率，采用規(guī)程法計(jì)算線路反擊跳閘率，根據(jù)國(guó)網(wǎng)公司發(fā)布的《110（66）kV～500kV架空輸電線路管理規(guī)范》劃分雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，通過程序語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的批量調(diào)用、調(diào)用、計(jì)算以及保存，實(shí)現(xiàn)了輸電線路從參數(shù)統(tǒng)計(jì)到雷擊薄弱點(diǎn)輸出的全過程，對(duì)輸變電工程防雷檢修工作具有重要的指導(dǎo)意義和應(yīng)用價(jià)值。

1 差異化防雷思想

長(zhǎng)期以來，由于雷電、線路等參數(shù)提取技術(shù)的限制，同一條輸電線路在研究中的各類參數(shù)往往相對(duì)固定，而超高壓輸電線路由于長(zhǎng)度較長(zhǎng)，同一線路不同線路段所經(jīng)地區(qū)的雷電情況、地形地貌特征、桿塔結(jié)構(gòu)等均存在顯著差異，而這些差異化參數(shù)是線路雷擊跳閘率的重要影響因素，如果在防雷工作中考慮這些因素，將能有效地反映差異化參數(shù)下的線路耐雷水平，從而減少線路雷擊跳閘事故的發(fā)生。這種防雷策略便稱為“差異化防雷”[7-8]。

差異化防雷的一個(gè)重要思想是將傳統(tǒng)以較長(zhǎng)線路為檢修改造單位的防雷策略進(jìn)一步精細(xì)化，以較短距離的線路、甚至單一桿塔作為防雷改造實(shí)施的基本單位，體現(xiàn)同一線路中各個(gè)線路段耐雷性能評(píng)估和防雷改造措施的差異化。此類防雷方法能較為準(zhǔn)確地反映線路防雷的薄弱環(huán)節(jié)，進(jìn)而針對(duì)性地對(duì)該薄弱環(huán)節(jié)采取相應(yīng)的防雷改造措施，保障電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。

2 系統(tǒng)開發(fā)方案

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

本系統(tǒng)主要針對(duì)輸電線路中的雷電災(zāi)害引起的跳閘率進(jìn)行單基、批量計(jì)算，實(shí)現(xiàn)輸電線路全線繞擊、反擊、總雷擊跳閘率的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)沿線雷擊薄弱點(diǎn)的查找，旨在快速獲取輸電線路沿線雷擊薄弱點(diǎn)，為運(yùn)檢單位實(shí)施差異化防雷改造提供指導(dǎo)。

系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括參數(shù)統(tǒng)計(jì)、雷擊跳閘率計(jì)算、雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估三大模塊。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

對(duì)于參數(shù)統(tǒng)計(jì)，由于本系統(tǒng)為工程計(jì)算使用，數(shù)據(jù)量龐大，故數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和保存均以MS Excel 2003格式進(jìn)行參數(shù)的輸入、調(diào)用以及保存；對(duì)于雷擊跳閘率計(jì)算，繞擊計(jì)算采用電氣幾何模型法（EGM），反擊計(jì)算采用規(guī)程法；對(duì)于雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，由于輸電線路架設(shè)的地形和塔形不同，其發(fā)生繞擊或反擊的可能性不同，故分別設(shè)計(jì)繞擊、反擊、總雷擊的單基、批量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模塊；最后將線路沿線雷擊薄弱點(diǎn)以 EXCEL文件格式保存，并以可編輯表格形式調(diào)用于可視化界面中。

2.2 開發(fā)環(huán)境選型

面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)是目前最成功的高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)方法，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)是通過把屬性和方法封裝進(jìn)“對(duì)象”中。本系統(tǒng)基于Visual Basic 6.0開發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)開發(fā)。

VB 6.0的工作環(huán)境是集成開發(fā)環(huán)境，它集程序的編寫、修改、調(diào)試和生成于一體，設(shè)計(jì)開發(fā)可視化的界面，用戶使用非常方便。VB 6.0可實(shí)現(xiàn)對(duì)EXCEL表格文件的調(diào)用、輸出、保存等功能，也可結(jié)合ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的增、刪、改、等功能，適合于本軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)和應(yīng)用。采用Visual Basic 6.0開發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)開發(fā)的程序可在Win XP、Win7等環(huán)境下使用[9]。

3 系統(tǒng)的開發(fā)

3.1 參數(shù)統(tǒng)計(jì)模塊

用于讀取統(tǒng)計(jì)的參數(shù)，主要包括單基或多基桿塔參數(shù)統(tǒng)計(jì)、地形參數(shù)統(tǒng)計(jì)、雷電流參數(shù)模型、地閃數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等。參數(shù)均以 Excel文件格式保存，以便于調(diào)用。

該模塊涉及數(shù)據(jù)處理的計(jì)算主要通過后臺(tái)編碼實(shí)現(xiàn)，在可視化界面中以計(jì)算結(jié)果顯示與 Textbox控件或Label控件中。應(yīng)用于不同計(jì)算模塊的參數(shù)，均采用XPFrame30控件歸類分隔，以便于用戶直觀地查閱。

3.2 雷擊跳閘率計(jì)算模塊

用于計(jì)算線路雷擊跳閘率，該模塊設(shè)計(jì)有繞擊參數(shù)模型選擇、桿塔沖擊阻抗模型選擇、單基塔跳閘率計(jì)算、計(jì)算并準(zhǔn)備下一基、單基計(jì)算結(jié)果保存、多基導(dǎo)入及計(jì)算、多基計(jì)算結(jié)果保存等子功能項(xiàng)。

采用XPButton30控件制作各子功能項(xiàng)，通過編程實(shí)現(xiàn) EXCEL表格數(shù)據(jù)的調(diào)用，計(jì)算結(jié)果顯示于Textbox控件或Label控件中。

用戶根據(jù)需要，可單次逐基進(jìn)行計(jì)算并保存計(jì)算結(jié)果于 TXT文件中，也可一次性導(dǎo)入多基桿塔（最多不超過1000基）并計(jì)算跳閘率，將結(jié)果保存于Excel文件中。

需要注意的是，保存的文件均需重命名，用戶自主輸入容易辨別的文件名，以便在下一模塊的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估計(jì)算中進(jìn)行調(diào)用。

3.3 雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模塊

該模塊用于對(duì)線路進(jìn)行雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，可以調(diào)用上一模塊的全線跳閘率計(jì)算結(jié)果，也可直接導(dǎo)入某條線路的已有跳閘率數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估。

該模塊主要包括計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)控制指標(biāo)、跳閘率數(shù)據(jù)導(dǎo)入、單擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、評(píng)估并準(zhǔn)備下一基、單基評(píng)估結(jié)果保存、多基風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、多基結(jié)果輸出并保存等子功能項(xiàng)。

采用 XPButton30控件制作各子功能項(xiàng)，結(jié)合ACCESS 2003和EXCEL 2003，采用ADODC控件連接，通過編程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的創(chuàng)建和數(shù)據(jù)調(diào)用，實(shí)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)的保存、數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)集錄入、結(jié)果展示、增刪改等功能。

本模塊風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估計(jì)算的算法，其風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)依據(jù)國(guó)網(wǎng)公司發(fā)布的《110（66）kV～500kV架空輸電線路管理規(guī)范》劃分，以其計(jì)算跳閘率為衡量標(biāo)準(zhǔn)，分為A、B、C、D共4級(jí)，工程上通常認(rèn)為C、D級(jí)為雷擊薄弱桿塔。

薄弱點(diǎn)的結(jié)果展示于可視化界面，通過MSHFlexGrid控件以可編輯表格形式展示于可視化界面，并通過XPButton30控件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)添加、修改、刪除、刷新等子功能項(xiàng)。

4 系統(tǒng)運(yùn)行示例

雙擊“輸電線路雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng).exe”圖標(biāo)，進(jìn)入系統(tǒng)初始界面，單擊“進(jìn)入系統(tǒng)”命令按鈕，“輸電線路雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)”界面消失，出現(xiàn)“雷擊跳閘率計(jì)算”主程序界面。

以批量計(jì)算為例，在“請(qǐng)選擇計(jì)算用模型”欄目框中選擇“雷電參數(shù)模型”、“繞擊參數(shù)模型”、“桿塔沖擊阻抗模型”，出現(xiàn)相應(yīng)選擇界面，選擇完成后，單擊“確定”，回到“雷擊跳閘率計(jì)算”界面。

單擊“多基導(dǎo)入及計(jì)算”按鈕，彈出“打開文件”窗口，選擇“多基跳閘率計(jì)算.xls”，程序即運(yùn)行并完成批量計(jì)算，如圖2所示。

圖2 跳閘率批量計(jì)算示意圖

單擊“多基計(jì)算結(jié)果保存”按鈕，結(jié)果及計(jì)算參數(shù)以Excel文件格式保存并輸出。

單擊右下角“生成跳閘率統(tǒng)計(jì)表”按鈕，將計(jì)算結(jié)果生成只含有線路名稱、桿塔號(hào)、繞擊、反擊、總雷擊跳閘率數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)表，便于下一步風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估使用。

單擊“下一步”按鈕，進(jìn)入“雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估”主界面，在左側(cè)“地閃密度”和“其他參數(shù)”欄輸入或?qū)胗?jì)算參數(shù)，單擊“計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)控制指標(biāo)”按鈕，計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。

以批量評(píng)估線路雷擊風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為例，單擊“多基風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估”按鈕，調(diào)用前文生成的跳閘率統(tǒng)計(jì)表，程序即運(yùn)行并完成批量評(píng)估，如圖3所示。

單擊“輸出并保存評(píng)估結(jié)果”按鈕將結(jié)果保存并錄入數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)表中，單擊“顯示沿線薄弱點(diǎn)”按鈕，則彈出繞擊、反擊、總雷擊薄弱點(diǎn)結(jié)果界面，如圖4所示。

圖3 雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估運(yùn)行示意圖

圖4 沿線薄弱點(diǎn)輸出界面

由輸出結(jié)果可看出，該線路這7基桿塔中，3#、7#桿塔為反擊薄弱桿塔，需要采取防反擊措施。

5 結(jié)論

本文基于Visual Basic 6.0開發(fā)環(huán)境，設(shè)計(jì)可視化界面，開發(fā)了一套適合于輸變電工程用的輸電線路雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)。系統(tǒng)包括參數(shù)統(tǒng)計(jì)、雷擊跳閘率計(jì)算、雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估三大模塊，響應(yīng)國(guó)網(wǎng)提出的差異化防雷思想，實(shí)現(xiàn)了輸電線路全線從批量跳閘率計(jì)算到雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，再到沿線薄弱點(diǎn)的查找與輸出的全過程。該系統(tǒng)適用于 Windows XP/7系統(tǒng)，單機(jī)運(yùn)行，穩(wěn)定性強(qiáng)。

該系統(tǒng)于河南省三門峽市供電公司試運(yùn)行，以朱明線為例，其雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果與實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)基本相符，表明該系統(tǒng)具有良好的工程應(yīng)用推廣價(jià)值。

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張曉飛（19-），男，高級(jí)工程師，主要從事電力生產(chǎn)方面的工作。

Development of Lightning Strike Risk Assessment System for Power Lines based on Visual Basic

Zhang Xiaofei1Peng Youxian2Shi Zhaoyuan3Wang Yan1
(1.Sanmenxia Power Supply Company of Henan Electric Power, Sanmenxia, He’nan 210098; 2.College of Electronic Engineering & New Energy, China Three Gorges University, Yichang, Hubei 443002; 3.Zhengzhou University, Zhengzhou 450000)

Lightning is still a major factor jeopardizing the security and reliability of power grid operation.Based on the thought of differentiated lightning protection, designed visual interfaces in Visual Basic 6.0 programming language and combined with MS Excel 12.0 components and Access 2003 database platform, a set of procedural and intelligent lightning strike risk assessment system for power lines is designed and implemented.It realizes the full procedure from computing the lightning trip-out rate to assessing the levels of lightning flashover risk of batch towers along a power line, as well as finding out the weak spots.It has functions of inputting, adding, deleting, revising, outputting and saving data.It is convenient for users to access the lightning weak spots quickly.Thus, the system can forecast the effect of lightning protection design for power lines and be guidance for lightning protection work.

power lines; differentiated lightning protection; lightning trip-out rate; lightning weak point; lightning strike risk assessment

國(guó)網(wǎng)河南省電力公司科技項(xiàng)目（SGTYHT/13-JS-175）