架空輸電線路運行狀態(tài)評估研究

吳飛

摘??要：隨著電力行業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)對架空輸電線路的運行提出了更高的要求。架空輸電線路的運行狀態(tài)評估是保障電路穩(wěn)定運行的重要環(huán)節(jié)。因此，提升線路運行狀態(tài)評估水平具有重要的意義。對基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的架空輸電線路評估進行了介紹，并分析、研究了實現(xiàn)評估的方式。

關(guān)鍵詞：架空輸電線路;貝葉斯網(wǎng)絡(luò);電力系統(tǒng);評估模式

中圖分類號：TM755???????????????文獻標識碼：A???????????????DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.14.012

目前，關(guān)于輸電線路電力設(shè)備運行狀態(tài)評估的研究方法包括蒙特卡洛模擬法、馬爾科夫模式、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和故障樹分析法等傳統(tǒng)方法。架空輸電線路的運行具有一定的隨機性和不確定性。蒙特卡洛法在收斂速度和準確性上存在一定的缺陷;人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測和評估對原始統(tǒng)計數(shù)據(jù)的要求較高;故障樹分析法以故障邏輯關(guān)系和事件狀態(tài)的二態(tài)性確定為前提。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)方法不同，它將概率理論和有向無環(huán)圖進行了有機結(jié)合，能直觀地表示因果知識，在模型中以條件概率的形式融入統(tǒng)計數(shù)據(jù)，其處理不確定性問題的能力極強。

對基于自反饋雙向貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的架空輸電線路運行狀態(tài)評估進行了研究，建立了評估輸電線路運行狀態(tài)的貝葉斯系統(tǒng)。通過樣本訓練獲得了條件概率表，基于推理因果進而可判斷線路狀態(tài)，同時，可修正和預(yù)警評估偏差，從而對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、評估數(shù)據(jù)和參數(shù)進行實時、動態(tài)修正評估。

1??架空輸電線路運行狀態(tài)評估模式

基于自反饋雙向貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的架空輸電線路運行狀態(tài)評估方法的程序分為預(yù)處理和數(shù)據(jù)采集、評估數(shù)據(jù)庫管理和評估結(jié)果輸出、自反饋雙向貝葉斯網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)評估系統(tǒng)。其中，評估階段具體分為計算和統(tǒng)計分析網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)據(jù)，具體內(nèi)容包括：①估計先驗概率和預(yù)處理指標參量。該部分為學習參數(shù)和構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。②學習參數(shù)和構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)。該部分直接影響著推理的準確性。③狀態(tài)判定和網(wǎng)絡(luò)推理。該部分為評估結(jié)果的判定的依據(jù)。④管理評估數(shù)據(jù)庫。對輸入到系統(tǒng)中的先驗概率估值的更新、反饋評估誤差、條件概率的知識進行編輯和存儲。

2??貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的具體實現(xiàn)方式

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的具體實現(xiàn)方式為：評估所有部件的每一項基本參數(shù)，對其狀態(tài)屬性概率進行確定，學習網(wǎng)絡(luò)參數(shù)后構(gòu)建條件概率表，包括部件對線路的條件、基本指標參量對部件的條件概率表;依據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、條件概率表和歷史信息，并通過貝葉斯網(wǎng)絡(luò)推理技術(shù)對狀態(tài)進行推理，以獲得相關(guān)部件運行狀態(tài)的概率，進而對線路運行狀態(tài)進行判斷。

2.1??貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型的建立

技術(shù)人員應(yīng)結(jié)合數(shù)據(jù)的可量化性、可獲取性和輸電線路運行情況，保留優(yōu)先級高和重要的指標參量，刪除優(yōu)先級低和次要的指標參量。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具體包括線路防護區(qū)、接地設(shè)施和防雷裝置、金具、絕緣子串、導地線、桿塔、防護設(shè)施和基礎(chǔ)設(shè)施等31個指標參量和7個部件。

2.2??各子部件運行概率的統(tǒng)計

依據(jù)各部件的運行經(jīng)驗值、規(guī)定值和設(shè)計值，對每個基本指標參量的狀態(tài)屬性值進行設(shè)定，并依據(jù)國家相關(guān)指導原則，結(jié)合得到的數(shù)據(jù)，對各個子部件的狀態(tài)進行判斷。比如，在對桿塔傾斜度的判別中，相應(yīng)判斷依據(jù)為：正?！摴軛U、普通鐵塔傾斜度<1‰，高于50?m的鋼管桿、鐵塔傾斜度<5‰，硅桿傾斜度<15‰;注意——鋼管桿、普通鐵塔傾斜度<15‰且>10‰，高于50?m的鋼管桿、鐵塔傾斜度<10‰且>5‰，硅桿傾斜度<20‰且>15‰;異?！摴軛U、普通鐵塔傾斜度<20‰且>15‰，高于50?m的鋼管桿、鐵塔傾斜度<15‰且>10‰，硅桿傾斜度<25‰且>20‰;嚴重——鋼管桿、普通鐵塔傾斜度>20‰，高于50?m的鋼管桿、鐵塔傾斜度>15‰，硅桿傾斜度>25‰.

通過表示狀態(tài)屬性（正常、注意、異常、嚴重）的概率，可提供先驗估值至每個基本指標參量;將線路中的所有部件看作一個整體，根據(jù)先前的數(shù)據(jù)結(jié)果，對某段時間內(nèi)各單元處于某狀態(tài)的數(shù)量與總體測試數(shù)量的比值進行計算，結(jié)果即該狀態(tài)的概率估值。具體計算形式如下：

（1）

式（1）中：i為所有正整數(shù)，是第i次統(tǒng)計的時間段;Ci為具體部件的指標參量;ni，vi，yi，si為Ci處于不同狀態(tài)屬性值下的統(tǒng)計數(shù)量;mi為所有檢測次數(shù)的總和。

比如，桿塔的傾斜度為C1，架設(shè)800?kV的線路共有100級鐵塔，在10年中共測20次，共獲得2?000次桿塔傾斜度測量數(shù)據(jù)。如果顯示為正常、注意、異常、嚴重的數(shù)據(jù)次數(shù)分別為1?500，300，80，20，則桿塔傾斜度處于嚴重、異常、注意、正常的先驗概率為0.01，0.04，0.15，0.8.

通過學習參數(shù)可確定貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的條件概率表。條件概率表體現(xiàn)了父節(jié)點與節(jié)點間的關(guān)系，先驗概率不包含任何父節(jié)點的條件概率，學習參數(shù)的目的是獲得概率表。同一部件具有相同的指標參量條件概率，因此，線路對7個部件有完全一樣的條件概率。由此可見，對應(yīng)有1個部件對線路的條件概率和7個不同部件的條件概率中，參數(shù)學習中的樣本數(shù)據(jù)包括2部分，即用于估計參數(shù)的訓練樣本和用于結(jié)果驗證的檢驗樣本。

對于計算機線路總體和線路各部件的狀態(tài)概率，可以通過貝葉斯網(wǎng)絡(luò)特有的雙向推理技術(shù)，并綜合考慮條件概率、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和歷史信息進行因果推理，從而確定輸電線路的狀態(tài)。根據(jù)條件概率表和相鄰節(jié)點傳遞的信息進行診斷推理，可查找和確定架空輸電線路的運行隱患和薄弱點。由此可見，因果推理是從原因推出結(jié)果，對具體節(jié)點指標的狀態(tài)概率進行推導，并依次遞推，從而得出輸電線路整體的運行狀態(tài)概率。比如，某部件中各部件單

元Ci的運行狀態(tài)為ti時，部件Bj運行的4種概率為：

（2）

通過以上數(shù)據(jù)分析，可確定基本部件單元的狀態(tài)，并查閱分析先驗概率表可獲得先驗概率值。可利用公式計算部件Bj運行的四種狀態(tài)概率值，并依據(jù)計算結(jié)果對基本部件的相應(yīng)狀態(tài)進行判斷。比如，線路A的某部件Bj的運行狀態(tài)為tj，從而可對線路A的四種運行概率進行確定：

（3）

通過以上的推理公式結(jié)果得出，全部部件Bj?運行的狀態(tài)概率由各個基本部件單元當前的運行狀態(tài)概率P（Ci=ti）推導而出，而線路A的運行狀態(tài)概率由電路中所有部件當前的運行狀態(tài)概率P（Bj=tj）推導而出。由此可見，上述相關(guān)推理結(jié)果中，評估結(jié)果為概率最大的一項。

對于評估結(jié)果反饋，因架空輸電線路運行具有較大的不確定性，會產(chǎn)生實際狀況與評估結(jié)果不同的情況。如果評估結(jié)果與實際情況相差較大，則應(yīng)及時反饋，并根據(jù)有關(guān)條件概率進行修改。當評估結(jié)果存在問題時，節(jié)點條件概率的修正系數(shù)為：

（4）

式（4）中：α為風壓不均勻系數(shù);β為導線及地線風荷載系數(shù)。

實際情況中存在問題時，節(jié)點條件概率的修正系統(tǒng)為：

（5）

將相應(yīng)的條件概率與修正系數(shù)相乘，可重新計算狀態(tài)概率，并將修改后的數(shù)據(jù)計入歷史評估數(shù)據(jù)庫。

3??結(jié)束語

架空輸電線路評估是保障架空輸電線路安全運行的重要環(huán)節(jié)。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)突破其他傳統(tǒng)的評估方法，在評估的可靠性上大幅提升，是今后架空輸電線路運行狀態(tài)評估的發(fā)展方向。本文對貝葉斯網(wǎng)絡(luò)進行了分析，但還具有一定的局限性，希望相關(guān)技術(shù)人員能加強對架空輸電線路運行狀態(tài)評估的重視，不斷完善、創(chuàng)新相應(yīng)的評估方法。

參考文獻

[1]李紅艷.輸電線路狀態(tài)評估研究現(xiàn)狀分析及建議[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2012，（05）：45-48.

〔編輯：張思楠〕

Overhead?Transmission?Lines?Running?Assessment?Study

Wu?Fei

Abstract：?With?the?development?of?the?power?industry，?power?system?to?run?overhead?transmission?lines?put?forward?higher?requirements.?The?Evaluation?of?overhead?transmission?lines?is?an?important?part?guarantee?the?stable?operation?of?the?circuit.?Therefore，?improving?the?lines?running?state?assessment?level?is?very?important.?Assessment?of?overhead?transmission?lines?based?on?Bayesian?networks?are?introduced?and?analyzed?to?study?the?assessment?of?the?achievement?of?the?way.