一种多维联合动态监测的输电线路山火跳闸评估方法、装置及介质与流程

本发明属于电力系统防灾减灾，具体是一种多维联合动态监测的输电线路山火跳闸评估方法、装置及介质。

背景技术：

1、传统高压远距离输电不可避免经过林区或荒地等山火高发区域，近年来大型新能源发电的建设，其电能输送线路也不可避免经过林区，其安全稳定运行面临山火的严峻考验。目前针对输电线路山火跳闸风险预警评估，主要结合人为因素、线路走廊植被、气象和地形等因素预测线路走廊发生火灾风险，对输电线路山火防治区段划分具有重要作用。但对山火发生时火灾蔓延至线路的动态预警研究尚有不足。且目前山火跳闸风险评估中，山火条件下输电线路的击穿耐压主要采用的预测公式并未考虑坡度、风速等环境影响，跳闸风险预测准确度还需提升，且有必要结合山火蔓延特性和环境因素提出动态预测方法。

2、目前，山火蔓延研究主要通过卫星遥感、视频监控等监测方式，针对林区山火防治，对山火蔓延速度、山火蔓延面积进行模拟和预测，适用于大尺度区域。输电线路的山火防治主要考虑输电线路附近小尺度区域，结合线路走廊环境计算山火蔓延至线路的概率，考虑电力走廊可能受火灾影响的情况下，需要及时运维调度，其实时性要求更高，需对山火发生时火灾蔓延至线路进行动态预警。并且目前山火条件下输电线路的击穿耐压主要采用传统试验数据拟合，未考虑风速、坡度影响下的间隙击穿电压值修正，击穿概率预测有一定偏差。

3、因此，有必要根据山火发生时的环境因素、输电走廊相对方位，提出山火蔓延至输电线路的概率预测方法，并进一步结合试验风速和坡度的火焰条件下线路间隙耐压特性，对击穿概率进行修正，动态预测输电线路山火跳闸风险，可更有效的指导电网运行人员在山火发生时开展运维调度和灾害防治工作。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种多维联合动态监测的输电线路山火跳闸评估方法、装置及介质，解决目前山火发生时火灾蔓延至线路的动态预警不足、击穿概率预测中的耐压参考值有偏差，导致山火跳闸风险预警准确度不足的问题。

2、为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

3、第一方面，本发明提供的一种多维联合监测的输电线路山火跳闸风险动态评估方法，包括以下步骤：

4、步骤a：获取着火点信息；所述着火点信息包括着火点的地理坐标；

5、步骤b：根据所述着火点的地理坐标获取着火点区域和附近输电线路的地理信息特征、气象信息特征及线路信息特征；

6、步骤c：基于所述着火点区域和附近输电线路的地理信息特征、气象信息特征及线路信息特征，计算山火蔓延速度，并基于所述山火蔓延速度动态预测山火蔓延范围，获得山火蔓延至线路的概率；

7、步骤d：获取着火点的风速和坡度，并基于坡度和风速修正后的火焰间隙击穿电压公式以及所述着火点的风速和坡度计算山火情况下空气击穿概率；

8、步骤e：根据所述山火蔓延至线路的概率和山火情况下空气击穿概率，计算得到线路跳闸概率。

9、进一步的，步骤a：获取着火点信息，包括：

10、a1：建立极轨卫星、视频监控、无人机组成的多维监测体系，在输电线路部分重点杆塔设置视频监控，无视频监控区域分区段选取一基杆塔安装无人机巢，确定无人机巡视范围；

11、a2：利用极轨卫星进行大范围监测，在山火发生后，初步定位火点和计算火灾面积，将着火点的地理坐标发送至山火监控中心；

12、a3：着火点附近有视频监控时，调用视频监测图像，准确的确定火点和燃烧情况；

13、a4：若着火点附近没有视频监控，则指定最近无人机巢中的无人机按指定线路飞行巡视，寻找火点并进行拍摄，获取火点坐标和燃烧情况。

14、进一步的，步骤b中，所述地理信息特征包括地形与植被特征；

15、所述地形特征包括：经度、纬度、海拔、坡度及坡向，通过dem高程数据获取；

16、所述植被特征包括：植被类型风险等级、可燃物风险等级及ndvi植被指数，通过当地林业部门数据库获取；

17、所述气象特征通过气象局数据库获取，包括气温、湿度、风速和近期降雨量。

18、所述线路信息特征包括电压等级、架设高度、线路离地间隙距离、线路基础杆塔坐标，通过电力公司数据库获取。

19、进一步的，步骤c：基于所述着火点区域和附近输电线路的地理信息特征、气象信息特征及线路信息特征，计算山火蔓延速度，并基于所述山火蔓延速度动态预测山火蔓延范围，获得山火蔓延至线路的概率，包括：

20、c1、在同一坡度平面下，取山火起始火点与线路走廊垂直距离为最短距离lmin。设定最短距离连线方向为0°方向，逆时针旋转为正方向，最短距离连线与风向夹角为α，当-90°<α<90°时，山火向线路走廊蔓延，为有效风向；当90°≤α≤270°时，山火向远离线路走廊蔓延，为无效风向。山火在风速及有效风向作用下，向线路方向的蔓延距离为lspread，其表示为

21、

22、式中，r(t)为t时刻山火蔓延速度；tt为山火熄灭时间。

23、山火蔓延速度r(t)表示为

24、

25、式中，rt-1为上一时刻山火蔓延速度，其中r0为初始蔓延速度；ks为植被燃烧系数；kw为风速调整系数；为坡度调整系数。

26、设定初始火点为植被分布均匀的平地，此时的初始蔓延速度r0表示为：

27、r0＝at+bv+ch-d        (3)

28、式中，t为环境温度；v为平均风级，无风时取0；a，b，c，d为系数。

29、植被燃烧系数ks由植被类型风险等级、可燃物风险等级、ndvi植被指数和植被燃烧试验综合确定，表示为

30、

31、式中，ksp1为植被燃烧指数；ksp2为植被稀疏程度。

32、ksp1反映植被的易燃程度，根据对应植被类型确定；ksp2为归一化植被指数ndvi，其数值越接近1，表明植被覆盖率越高；越接近-1，表明植被稀疏程度越高；如果为0，则没有植被覆盖。

33、

34、式中，nir为卫星遥感数据中的近红外波段反射率；red为红外波段反射率。

35、风速调整系数kw表示为

36、

37、式中，v(t)为t时刻的风速；θ为山火蔓延方向与实时风向的夹角；a3为系数。

38、坡度调整系数表示为

39、

40、式中，f为标志着山火蔓延坡向，向上蔓延f取0，向下蔓延f取1；为具体时刻的坡度；a4为系数。

41、c2、通过实时山火蔓延速度计算，可知t-δt时刻山火蔓延速度为r(t-δt)，经时间δt山火蔓延速度为r(t)，δt时段山火蔓延加速度表示为a＝(r(t)-r(t-δt))/δt。若a<0，则山火有熄灭趋势，山火熄灭时间由te＝(r(t+te)-r(t))/a计算，因此从起始火点到山火熄灭的蔓延距离表示为

42、

43、式中，r(t)为t时刻山火蔓延速度；te为t时刻到山火熄灭的时间；a为t-δt时刻到t时刻的山火蔓延加速度；lt为起始火点到t时刻的山火蔓延距离。

44、山火蔓延至邻近输电线路的概率p(f)表示为

45、

46、进一步的，当线路在架设时存在转角，设转角的2段分别为a段和b段。起始火点位置与线路区段a的最短距离lamin0，与线路区段b的最短距离lbmin0，在风速r0、风向影响下向转角线路蔓延；t时刻山火火头蔓延至山火位置1，此时与线路区段a的最短距离lamin1，与线路区段b的最短距离lbmin1，此外风速和风向也存在变化，因此山火最先蔓延至线路区段a或区段b均有可能。

47、因此对于同一条线路，需同时计算山火蔓延至区段a的概率p(fa)和蔓延至区段b的概率p(fb)，取最大风险概率作为线路的山火蔓延概率p(f)：

48、p(f)＝max(p(fa),p(fb))       (10)

49、进一步的，步骤d中，所述基于坡度和风速修正后的火焰间隙击穿电压公式的获取方法包括：

50、开展坡度影响下的山火间隙击穿试验，建立燃烧试验平台，配备坡度可调的倾斜电极板、热电偶、工频变压器，在不同坡度下多次点燃典型植被，获取间隙击穿电压；

51、设置相同试验环境，对每一坡度重复多次有效试验，分别记录击穿电压，取5次记录结果的平均值为该坡度下的间隙击穿电压，并依据坡度与击穿电压的对应关系，拟合坡度-间隙击穿电压函数关系式。

52、us＝a1β+b1us+c1       (11)

53、式中，us为坡度情况下的间隙击穿电压；β为坡度；us为坡度为0°的间隙击穿电压；a1、b1、c1为坡度-击穿电压关系式系数；

54、开展风速影响下的山火间隙击穿试验，建立燃烧试验平台，配备风机、风速仪、热电偶、工频变压器，在不同风速下多次点燃杉树木垛，获取间隙击穿电压；

55、设置相同试验环境，对每一风速重复多次有效试验，分别记录击穿电压，取平均值为该风速下的间隙击穿电压，并依据风速与击穿电压的对应关系，拟合坡度-间隙击穿电压函数关系式。

56、uw＝a2v3+b2v2+c2v+d2uw+e2       (12)

57、式中，uw为风速情况下的间隙击穿电压；v为风速；uw为无风情况下的间隙击穿电压，kv；a2、b2、c2、d2、e2为风速-击穿电压关系式系数。

58、进一步的，uspeed为2kv/s。所述酒精为95％的酒精。

59、进一步的，步骤d：获取着火点的风速和坡度，并基于坡度和风速修正后的火焰间隙击穿电压公式以及所述着火点的风速和坡度计算山火情况下空气击穿概率，包括：

60、d1、将山火与线路桥接关系分为火焰连续区和烟雾区。综合燃烧反应和温度、湿度、空气密度、烟雾颗粒，计算不同桥接关系的平均耐受场强e，并得到击穿电压表示为

61、

62、式中，hf和hs分别为火焰区间隙高度和烟雾区间隙高度；ef和es分别为火焰区平均耐受场强和烟雾区平均耐受场强；d为修正系数。

63、线路架设高度hline，植被平均高度htree，植被燃烧火焰高度hfire，因此当火焰直接桥接线路时，hf＝hline-htree,hs＝0；当通过烟雾桥接线路时，hf＝hfire,hs＝hline-hfire-htree。火焰高度由式(14)计算。

64、

65、式中，i(t)为t时刻的火线强度；q为植被单位质量的发热量；w为有效可燃物；r(t)为t时刻的山火蔓延速度。

66、不同火焰区域平均耐受场强受温度、湿度、空气密度、烟雾颗粒影响，在计算击穿电压时，需进行修正。

67、e＝kσkhkpeo       (15)

68、式中，e为平均耐受场强，可根据不同桥接区域的修正因子，得到ef、es；kσ为空气密度修正因子；kh为空气湿度修正因子；kp为烟雾颗粒修正因子；eo为标准大气压下的纯空气间隙平均耐受场强。

69、

70、式中，m为空气密度修正指数，一般取值为1；δ为空气密度修正底数，由大气压力和温度确定，一般取值在0.8～1.05之间；t0、t分别为周边环境温度和火焰温度；p0、p分别为周边环境气压和火焰气压。

71、kh＝kw       (17)

72、式中，w为湿度修正指数；k为湿度修正底数，取决于环境湿度和火焰的密度。

73、d2、通过步骤d1获取典型山火条件下的间隙击穿电压根据所述基于坡度和风速修正后的火焰间隙击穿电压公式对进行修正，得到最终的间隙击穿电压而空气间隙击穿概率服从正态分布，通过50％击穿电压和变异系数z表示。

74、

75、式中，为线路电压；μ为山火情况下的线路击穿电压u50；z为变异系数，取决于线路击穿电压的分散程度，σ＝zu50。

76、进一步的，步骤e：根据所述山火蔓延至线路的概率和山火情况下空气击穿概率，计算得到线路跳闸概率，包括：

77、依据山火蔓延至线路概率p(f)和山火条件下空气击穿概率计算线路山火跳闸概率p：

78、

79、进一步的，所述方法还包括：

80、对火灾进行动态跟踪，并每隔一定延时tt，根据对应时刻环境条件计算山火蔓延至线路概率p(f)和山火条件下空气击穿概率计算对应时刻的山火线路山火跳闸概率p，直至山火熄灭或运维人员已采取应急措施。

81、进一步的，所述tt为5min。

82、第二方面，本发明提供一种多维联合监测的输电线路山火跳闸风险动态评估装置，包括：

83、输入模块，用于：获取着火点信息；所述着火点信息包括着火点的地理坐标；

84、特征获取模块，用于：根据所述着火点的地理坐标获取着火点区域和附近输电线路的地理信息特征、气象信息特征及线路信息特征；

85、蔓延概率模块，用于：基于所述着火点区域和附近输电线路的地理信息特征、气象信息特征及线路信息特征，计算山火蔓延速度，并基于所述山火蔓延速度动态预测山火蔓延范围，获得山火蔓延至线路的概率；

86、击穿概率模块，用于：获取着火点的风速和坡度，并基于坡度和风速修正后的火焰间隙击穿电压公式以及所述着火点的风速和坡度计算山火情况下空气击穿概率；

87、跳闸概率模块，用于：根据所述山火蔓延至线路的概率和山火情况下空气击穿概率，计算得到线路跳闸概率。

88、第三方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时，实现第一方面所述的多维联合监测的输电线路山火跳闸风险动态评估方法的步骤。

89、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

90、(a)本发明分析了现有的单一山火监测方式的不足，基于卫星遥感监测范围广、视频监控可靠性高、无人机巡检监测准确的特点，建立卫星遥感-视频监控-无人机巡检的多维联合山火监测体系，其中，卫星遥感弥补视频监控范围有限的问题，视频监控弥补卫星遥感的山火漏报问题，无人机可针对高山火风险区进行灵活巡检，该监测体系能有效提升山火辨识率，增加山火判定准确度。

91、(b)本发明在确定山火存在后，即通过气象中心、电网企业、林业局等部门，实时获取坡度、温度、湿度、风速、风向、线路杆塔坐标、相地间隙距离等山火环境及线路走廊信息特征，以计算山火蔓延至线路的概率、山火条件下间隙击穿概率，从而预测该时刻山火条件下的线路跳闸概率，然后发布山火风险等级和详细的预警信息，以有效指导运维人员进行山火防治工作。

92、(c)本发明在明确山火存在后，即通过多维联合山火监测体系对山火进行跟踪，并实时获取山火区域环境特征，以计算山火蔓延至线路的概率、山火条件下间隙击穿概率。实时跟踪山火并计算山火条件下的线路跳闸概率，直至山火熄灭或运维人员已采取山火应急措施。