基于大数据分析的关键输电通道区段外破风险智能评估方法研究

卢波 卢武 赵文彬

摘  要：文章对2013-2017年间我国东部典型500kV关键输电线路外力破坏大数据进行聚合分析，总结线路外破特点规律并评估现有防外破技术有效性和适用性。对关键输电通道外力破坏的空间分布和时间分布进行总结，归纳外力破坏对于不同电压等级线路的风险特点，讨论关键输电通道外力破坏风险有效控制的理论和方法，最终提出基于气象、雷害定位和视频图像处理技术的智能外破风险预估机制，实现预估线路抗风险能力、输出线路风险评价以及线路动态状态的功能。

关键词：大数据分析;关键输电通道;外破风险预估;风险管理方法;线路六防

中图分类号：TP311.1    文献标志码：A         文章编号：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

进入二十一世纪以来，我国经济发展迅速，城市人口日趋密集，导致土地资源稀缺。各级政府基于土地利用的考虑，往往将输电走廊用地安排在一个相对狭小的范围内，因此导致输电通道内不同电压等级的交直流输电线路密集排列，甚至出现3回路同杆、4回路同杆以及特高压与500千伏线路同杆架设的情况。这些包含高电压、大容量输电线路的多回线路密集走廊区段往往成为线路通道的关键区段[1，2]。

交直流混联的关键輸电通道容量大，对系统影响也大，因而需要给予足够重视。关键通道在运行中面临着外破、覆冰、风害、污闪、雷击和鸟害等局部灾害引发大电网事故的风险[3-5]。特别是随着我国城镇化建设进程的加快，各地政府大规模基建导致输电线路通道被压缩，输电保护区内的违章建房植树、违章施工作业、突发性和季节性外破等给线路的安全稳定运行构成较大的威胁，外破原因引发的设备故障已经成为引发线路故障原因的主要原因之一[6，7]，如果关键区段线路在用电高峰时段发生故障，后果更加严重。

由于输电线路外力破坏具有很大的随机性，运行单位防不胜防，至今无法从根本上消除外力对线路运行造成的威胁，因此需要仍然对外力破坏的防治问题进行研究分析。尤其是，要对关键区段的外力破坏的风险进行合理的判断，并采取必要的风险控制措施，将关键区段的外力破坏风险尽量降低。

鉴于外力破坏风险的治理难度，有必要开展相关研究，提高对这一风险的认识，提升对相关设备的管理力度，提出对关键区段有效的安全风险管理建议。更为甚者，架空输电线路的外力破坏多与经济活动相关，受人员活动的影响较为严重，有较强的地域差异，而且与设备电压等级有较大的关系，目前尚无相关理论依据和经验抽象的模型指导。本文将对2013-2017年间我国东部典型500kV关键输电线路跳闸故障大数据进行聚合分析，对外破事件分类，总结其中的规律。对关键输电通道外力破坏的空间分布和时间分布进行总结，归纳外力破坏对于不同电压等级线路的风险特点，并通过风险管理方法的研究，提出关键输电通道外力破坏防范的工作重点。最终通过外力破坏防范理念分析，提出气象、雷害定位和视频图像处理技术的智能外破风险预估机制。

2 关键输电通道外力破坏的分类及技术分析

由于异物缠绕与异物短路间存在一定时间差，通过提高巡视频次和相关的技术手段能够降低外力破坏事故的比例。

2.2.3 山火的技术分析

火是一种化学等离子体，具有导电性，因而当高压输电线路遭遇山火时容易发生相间短路跳闸。运行经验表明，不止是明火，高温的烟气也具有导电性，同样可以引起输电线路的相间短路，造成跳闸。山火引发输电机理包含两个方面，一方面是山火燃烧温度可达1000℃以上，而空气出现明显热游离的温度为727℃，因而山火能使导线与地面或树林间不均匀电场的两极间电荷量增加，当增加到一定程度时，电场发生畸变，产生大量光子，造成光游离，在局部强场中发展成为衍生电子崩，衍生电子崩与主电子崩汇合发展成为流注放电，最后导致空气绝缘特性破坏，线路跳闸;另一方面是山火形成的高温的导电粉尘漂浮到绝缘子上，破坏绝缘子绝缘特性，引起线路跳闸。

由于山火易导致输电线路外绝缘的损坏而引起放电，继而跳闸，由于火焰高温或烟气产生的绝缘间隙损坏会持续较长时间，因此跳闸后重合闸很难成功。山火发生必须具备三个条件：天气条件、可燃可燃物和火源。前两者是必备条件，后者是人为因素。山火的发生受野外工农业用火习俗影响非常大。据统计，我国山火高发地区几乎包括了南方所有省份和部分北方省份。南方地区多以丘陵地貌为主，输电线路常常跨越山区林地，且线路走廊附近多灌木、荆棘、农田，存在严重的山火隐患。

山火火源一般都有人为因素，根据其发生的规律，一般由祭祀或烧荒引起。山火的形成具有人为因素，因此能够通过宣传教育进行预防，同时再辅以监测、预警手段，能够减少山火引发的线路故障事件。

3 关键输电通道外力破坏智能防范机制

外力破坏防范属于架空输电线路“六防”（外破、覆冰、风害、污闪、雷击和鸟害）的一个方面，应当考虑建立一个综合的风险防范机制，将外破风险评估纳入其中，从整体上提高线路的运行可靠性[8-11]。

动态风险预估系统是实现输电线路风险综合防范的关键，是整个输电线路风险防范前沿决策机制，需要将线路设计、运行经验和信息技术结合起来，同时需要气象、雷电、监测等大量外部数据源进行支撑，从而构建一个基于运检大数据分析的智能风险防范系统。

动态风险预估系统服务于现场一线工作，首先是一个专业系统，由现场负责运行维护和设备检修的单位牵头建设，将专业需求作为系统主线，将设备风险置于系统建设的核心位置。综合防范系统的组成如图6所示。

4 结论

关键输电通道外力破坏防范工作复杂而又艰巨，本项目基于我国东部2013～2017年典型的关键输电通道外力破坏事件的分析，形成结论如下。

（1）关键输电通道中500kV及以上架空线路的外力破坏防范工作整体进展较好，施工碰线类外破和山火类的外破次数逐年减少，说明外破防范工作已经取得显著的效果。

（2）目前采用的外力破坏防范措施积极有效，但是对于关键输电通道500kV线路而言，还需要进行措施梳理和适用性分析，优先采用有力高效防范措施。

（3）关键输电通道外力破坏事件在时间和空间上具有一定的规律，可以作为后续研究的基础，并可以作为线路外破坏防范工作的重要参考。

（4）关键输电通道外破的防范不是孤立的，需要融入基于运检大数据的架空线路风险防范的综合体系中，才能够发挥更加有效的作用。

致谢

本文中研究方案的制定和数据分析工作是在上海电力学院李峰、高源、李晓华等工作人员的大力支持下完成的，在此向他（她）们表示衷心的感谢。

参考文献：

[1]李汶，骆强，姜磊，等.“三跨”在特高压直流输电线路工程中的应用[J].山西电力技术，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]黄勇，魏瑞增，周恩泽，等.台风灾害下输电线路损毁预警方法[J].电力系统自动化，2018，42（28）：124-150.

[4]周洋，祁永梅.500kV高压输电线路运维及防雷措施分析[J].山东工业技术，2018，23（1）：170.

[5]熊小伏，曾勇，王建，等.基于山火时空特征的林区输电通道风险评估[J].电力系统保护与控制，2018，46（4）：1-9.

[6]黄振宁，杨波，孙晓斌，等.基于“互联网+”的输电通道防外破管理[J].电力设备管理，2018，08（1）：33-37.

[7]郭振宇.输电通道“3+1”防外力破坏管控体系构建研究[J].山西电力，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.特高壓输电通道激光——雷达三维可视化系统的建设与研究[J].山西电力，2018，02（1）：5-7.

[10]丁祖善，谷屯，马辉，等.基于“互联网+”的输电隐患4.0管理体系的开发[J].电力安全技术，2018，20（11）：31-33.

[11]李震宇.输电走廊风险评估一体化平台应用研究[J].山西电力，2018，03（1）：15-17.