基于大數據分析的關鍵輸電通道區段外破風險智能評估方法研究

盧波 盧武 趙文彬

摘? 要：文章對2013-2017年間我國東部典型500kV關鍵輸電線路外力破壞大數據進行聚合分析，總結線路外破特點規律并評估現有防外破技術有效性和適用性。對關鍵輸電通道外力破壞的空間分布和時間分布進行總結，歸納外力破壞對于不同電壓等級線路的風險特點，討論關鍵輸電通道外力破壞風險有效控制的理論和方法，最終提出基于氣象、雷害定位和視頻圖像處理技術的智能外破風險預估機制，實現預估線路抗風險能力、輸出線路風險評價以及線路動態狀態的功能。

關鍵詞：大數據分析;關鍵輸電通道;外破風險預估;風險管理方法;線路六防

中圖分類號：TP311.1? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）07-0018-04

Abstract： In this paper， big data， the external force failure of typical 500kV key transmission lines in eastern China from 2013 to 2017， is aggregated and analyzed， the characteristics of external failure of transmission lines are summarized， and the effectiveness and applicability of the existing anti-external failure technology are evaluated. This paper summarizes the spatial distribution and time distribution of the external force failure of the key transmission channel， sums up the risk characteristics of the external force failure to the lines of different voltage levels， and discusses the theory and method of the effective control of the external force failure risk of the key transmission channel. Finally， an intelligent outbreaking risk prediction mechanism based on meteorology， lightning damage location and video image processing technology is proposed， which realizes the functions of predicting the anti-risk ability of the line， the risk evaluation of the output line and the dynamic state of the line.

Keywords： big data analysis; key transmission channel; risk prediction; risk management method; six prevention of line

1 概述

進入二十一世紀以來，我國經濟發展迅速，城市人口日趨密集，導致土地資源稀缺。各級政府基于土地利用的考慮，往往將輸電走廊用地安排在一個相對狹小的范圍內，因此導致輸電通道內不同電壓等級的交直流輸電線路密集排列，甚至出現3回路同桿、4回路同桿以及特高壓與500千伏線路同桿架設的情況。這些包含高電壓、大容量輸電線路的多回線路密集走廊區段往往成為線路通道的關鍵區段[1，2]。

交直流混聯的關鍵輸電通道容量大，對系統影響也大，因而需要給予足夠重視。關鍵通道在運行中面臨著外破、覆冰、風害、污閃、雷擊和鳥害等局部災害引發大電網事故的風險[3-5]。特別是隨著我國城鎮化建設進程的加快，各地政府大規模基建導致輸電線路通道被壓縮，輸電保護區內的違章建房植樹、違章施工作業、突發性和季節性外破等給線路的安全穩定運行構成較大的威脅，外破原因引發的設備故障已經成為引發線路故障原因的主要原因之一[6，7]，如果關鍵區段線路在用電高峰時段發生故障，后果更加嚴重。

由于輸電線路外力破壞具有很大的隨機性，運行單位防不勝防，至今無法從根本上消除外力對線路運行造成的威脅，因此需要仍然對外力破壞的防治問題進行研究分析。尤其是，要對關鍵區段的外力破壞的風險進行合理的判斷，并采取必要的風險控制措施，將關鍵區段的外力破壞風險盡量降低。

鑒于外力破壞風險的治理難度，有必要開展相關研究，提高對這一風險的認識，提升對相關設備的管理力度，提出對關鍵區段有效的安全風險管理建議。更為甚者，架空輸電線路的外力破壞多與經濟活動相關，受人員活動的影響較為嚴重，有較強的地域差異，而且與設備電壓等級有較大的關系，目前尚無相關理論依據和經驗抽象的模型指導。本文將對2013-2017年間我國東部典型500kV關鍵輸電線路跳閘故障大數據進行聚合分析，對外破事件分類，總結其中的規律。對關鍵輸電通道外力破壞的空間分布和時間分布進行總結，歸納外力破壞對于不同電壓等級線路的風險特點，并通過風險管理方法的研究，提出關鍵輸電通道外力破壞防范的工作重點。最終通過外力破壞防范理念分析，提出氣象、雷害定位和視頻圖像處理技術的智能外破風險預估機制。

2 關鍵輸電通道外力破壞的分類及技術分析

由于異物纏繞與異物短路間存在一定時間差，通過提高巡視頻次和相關的技術手段能夠降低外力破壞事故的比例。

2.2.3 山火的技術分析

火是一種化學等離子體，具有導電性，因而當高壓輸電線路遭遇山火時容易發生相間短路跳閘。運行經驗表明，不止是明火，高溫的煙氣也具有導電性，同樣可以引起輸電線路的相間短路，造成跳閘。山火引發輸電機理包含兩個方面，一方面是山火燃燒溫度可達1000℃以上，而空氣出現明顯熱游離的溫度為727℃，因而山火能使導線與地面或樹林間不均勻電場的兩極間電荷量增加，當增加到一定程度時，電場發生畸變，產生大量光子，造成光游離，在局部強場中發展成為衍生電子崩，衍生電子崩與主電子崩匯合發展成為流注放電，最后導致空氣絕緣特性破壞，線路跳閘;另一方面是山火形成的高溫的導電粉塵漂浮到絕緣子上，破壞絕緣子絕緣特性，引起線路跳閘。

由于山火易導致輸電線路外絕緣的損壞而引起放電，繼而跳閘，由于火焰高溫或煙氣產生的絕緣間隙損壞會持續較長時間，因此跳閘后重合閘很難成功。山火發生必須具備三個條件：天氣條件、可燃可燃物和火源。前兩者是必備條件，后者是人為因素。山火的發生受野外工農業用火習俗影響非常大。據統計，我國山火高發地區幾乎包括了南方所有省份和部分北方省份。南方地區多以丘陵地貌為主，輸電線路常常跨越山區林地，且線路走廊附近多灌木、荊棘、農田，存在嚴重的山火隱患。

山火火源一般都有人為因素，根據其發生的規律，一般由祭祀或燒荒引起。山火的形成具有人為因素，因此能夠通過宣傳教育進行預防，同時再輔以監測、預警手段，能夠減少山火引發的線路故障事件。

3 關鍵輸電通道外力破壞智能防范機制

外力破壞防范屬于架空輸電線路“六防”（外破、覆冰、風害、污閃、雷擊和鳥害）的一個方面，應當考慮建立一個綜合的風險防范機制，將外破風險評估納入其中，從整體上提高線路的運行可靠性[8-11]。

動態風險預估系統是實現輸電線路風險綜合防范的關鍵，是整個輸電線路風險防范前沿決策機制，需要將線路設計、運行經驗和信息技術結合起來，同時需要氣象、雷電、監測等大量外部數據源進行支撐，從而構建一個基于運檢大數據分析的智能風險防范系統。

動態風險預估系統服務于現場一線工作，首先是一個專業系統，由現場負責運行維護和設備檢修的單位牽頭建設，將專業需求作為系統主線，將設備風險置于系統建設的核心位置。綜合防范系統的組成如圖6所示。

4 結論

關鍵輸電通道外力破壞防范工作復雜而又艱巨，本項目基于我國東部2013～2017年典型的關鍵輸電通道外力破壞事件的分析，形成結論如下。

（1）關鍵輸電通道中500kV及以上架空線路的外力破壞防范工作整體進展較好，施工碰線類外破和山火類的外破次數逐年減少，說明外破防范工作已經取得顯著的效果。

（2）目前采用的外力破壞防范措施積極有效，但是對于關鍵輸電通道500kV線路而言，還需要進行措施梳理和適用性分析，優先采用有力高效防范措施。

（3）關鍵輸電通道外力破壞事件在時間和空間上具有一定的規律，可以作為后續研究的基礎，并可以作為線路外破壞防范工作的重要參考。

（4）關鍵輸電通道外破的防范不是孤立的，需要融入基于運檢大數據的架空線路風險防范的綜合體系中，才能夠發揮更加有效的作用。

致謝

本文中研究方案的制定和數據分析工作是在上海電力學院李峰、高源、李曉華等工作人員的大力支持下完成的，在此向他（她）們表示衷心的感謝。

參考文獻：

[1]李汶，駱強，姜磊，等.“三跨”在特高壓直流輸電線路工程中的應用[J].山西電力技術，2017，10（1）：49-53.

[2]Douglass D， Chisholm W and Davidson G.Real-time Overhead Transmission-line Monitoring for Dynamic Rating[J].IEEE Trans on Power Delivery，2016，31（3）：921-927.

[3]黃勇，魏瑞增，周恩澤，等.臺風災害下輸電線路損毀預警方法[J].電力系統自動化，2018，42（28）：124-150.

[4]周洋，祁永梅.500kV高壓輸電線路運維及防雷措施分析[J].山東工業技術，2018，23（1）：170.

[5]熊小伏，曾勇，王建，等.基于山火時空特征的林區輸電通道風險評估[J].電力系統保護與控制，2018，46（4）：1-9.

[6]黃振寧，楊波，孫曉斌，等.基于“互聯網+”的輸電通道防外破管理[J].電力設備管理，2018，08（1）：33-37.

[7]郭振宇.輸電通道“3+1”防外力破壞管控體系構建研究[J].山西電力，2018（06）：34-37.

[8]McLaughlin.R.A.Extracting transmission lines from airborne LIDAR data[J].IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters，2006，3 （2）：222-226.

[9]李震宇.特高壓輸電通道激光——雷達三維可視化系統的建設與研究[J].山西電力，2018，02（1）：5-7.

[10]丁祖善，谷屯，馬輝，等.基于“互聯網+”的輸電隱患4.0管理體系的開發[J].電力安全技術，2018，20（11）：31-33.

[11]李震宇.輸電走廊風險評估一體化平臺應用研究[J].山西電力，2018，03（1）：15-17.