摘要：架空输电线路是电力系统中的重要部分，由于自然环境、外力破坏、生产质量以及人为因素等造成了架空输电线路等的大量故障情况，给电网的安全稳定运行带来了巨大隐患。由于输电走廊经常经过山区、农区等山火易发地带，山火已对输电线路可靠性产生重要影响。
关键词：架空输电线路；山火预警；
架空输电线路走廊大多穿越人类活动频繁的山区田地，受人民烧荒、上坟等生产生活用火习俗的影响，这些地区的架空输电线路极易发生大范围山火，从而造成多条线路同时跳闸停电，严重时还会引发电网崩溃。架空输电线路因山火引起的跳闸在跳闸停电事故中占了相当重的比例。
一、山火灾害影响因素分析
山火发生必须具备几个条件，即:森林可燃物、火险天气和火源，其影响山火灾害的主要因素可归纳为以下几类:
1.森林可燃物，森林可燃物是山火灾害发生的物资基础。森林植物体内的含水量是影响火灾能否发生和燃烧后的蔓延速度的重要因素，另外，森林区域内植被的结构和群落特点也影响火灾发生和发展，如对单纯林或者同龄林区，其发生火灾的可能就较大。
2.火险天气。火险天气是山火灾害发生的重要条件，有利于山火灾害发生的天气因素是:长期干旱、气温高、相对湿度小以及风大等。长期干旱气候下，地面植被等可燃物很少吸收到水分，气温高、相对湿度小的天气将加速可燃物中水分的进一步蒸发，从而使可燃物变得异常干燥，可燃物一旦遇到火源就能轻易燃
烧起来，据相关统计资料，相对湿度对山火灾害的影响;风速的大小一方面是影响植被的水分蒸发。各气象要素之间是相互联系和影响的，它对火灾的影响也是综合性的，因此科研工作人员在制定防山火措施中也需要综合考虑。
3.火源。火源是发生山火灾害的主导因素，主要分为人为火源和自然火源。自然火源主要是火山爆发，陨石降落、泥炭自燃、雷击火等;人为火源主要包括烧荒、烧灰积肥等生产性火源和野外吸烟、上坟烧纸等非生产性火源。深入了解山火灾害的影响因素，加强对火灾的形成原因和以系统的眼光看待这些因素，对从根本上提出针对性措施预防输电线路山火跳闸事故具有重要意义。
二、系统设计
1．体系结构。目前应用较成熟的软件应用体系结构有c／s(Cfient／Server)网络模式与B／S(Browser／Server)网络模式，在网络应用中各有所长。c／s(Cfient／Server)结构，一般运行于局域网，面向相对固定的用户群，对信息安全的控制能力很强。B／S(Browser／Server)结构，数据层的数据服务器专门存放数据，应用服务器提供各类服务部件来访问数据服务器和响应客户端的请求，界面表现层即浏览器端只显示结果和发出请求。输电线路山火预警监测系统建设采用c／s和B／S结构相结合的模式。数据管理维护子模块采用c／s模式构建，面向特定的数据库管理用户，完成数据入库、维护等功能，该模块的用户必须具备一定的数据库管理技能和基础的地理信息知识；山火监测预警子模块采用B／S模式构建，完成地图浏览、发布、查询、分析等功能，该子模块面向更多的使用者。
2.数据库设计。输电线路山火预警监测系统数据库包括基础地理信息数据库、专题数据库、系统数据库。系统涉及的数据类型、专题较多，数据更新速度快。要满足系统平台应用的需求，空间数据库的建立采用SQL Server2008+ArcSDE的方式进行管理，存储和管理平台发布的数据。
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三、架空输电线路山火预测预警
1.架空输电线路山火时空预警根据第1.1—1.2节的分析，几个气象因子中，只有降水因子与热点数呈明显的负相关关系，故选择降水因子作为山火预警的气象要素，与卫星监测热点要素、工农业用火要素、线路山火隐患点要素一起，作为架空输电线路山火时空预警“4要素”。（1）卫星监测热点要素。根据卫星监测热点数，按时间区段(如按月、按节气)计算目标区域的热点数目，并由目标区域面积、时间段天数计算出各时间段目标区域日均热点密度ρ(单位为10−4•km−2)。计算方法如下：设目标区域面积为S(10 4•km 2)，预警时段为D天，热点计算年数为Y年，热点总数为N个，则日均热点密度ρ=N/(SDY)。根据国家电网公司技术标准的规定，日均热点密度为5时，为中等热点密度[，因此，取ρ≥5代表热点多，否则代表热点少。（2）降水要素。根据历史降水日值数据，求取各气象站点降水量平均值P av，作为目标区域降水量日值。再将目标区域预警时间段内降水量日值求平均，得目标区域预警时间段内的日均降水量P′av。根据P′av的大小，将目标区域预警时间段分为有降水与无降水两个级别，并将降水量级别作为山火预警降水因子p re。降水与山火的关系可以简单描述为：“有雨则无火，无雨则无我”，即有雨的时候肯定不会发生山火，而无雨的时候山火发生与降水无关（只需考虑其他因素）。因此在定义降水要素对山火的影响时，可以“一刀切”，有雨时赋值0，无雨时赋值1。根据运行经验，当预测时间段日均降水量>0.1 mm时，几乎不会发生山火，可以认为有雨；当日均降水量<0.1 mm时，降水对山火的发生几乎无影响，则可以认为无雨。（3）工农业用火要素。根据预警区域各自的工农业用火习惯，如清明节、春耕、秋收、春节等，确定野外用火高峰期，作为山火预警的用火因子f ire。其中，野外用火少指的是非高发期；用火较多指的是春耕、秋收等农业用火高峰期；用火多指的是春节及其他庆祝用火较多的节日；用火极多指的是清明节、冬至等祭祀用火多的节日。（4）线路山火隐患点要素。为了将预警做到更精细，在发布预警时，还应结合线路山火隐患点因素，指出预警区内存在山火隐患的杆塔或区段，针对隐患类型提出具体防范措施。例如，针对同时存在坟地及易燃植被的隐患点，提醒某杆塔注意防范上坟祭祖引发的山火；针对烧荒高发区，同时又存在易燃植被的隐患点，提醒在春耕秋收时段注重防范烧荒引发山火等等。
2.山火发生密度时间序列预测模型。山火时空预警反应的是一种趋势，预警范围广而不精。为了对相目标区域各地的山火发生情况做精细化预测，应计算各地山火发生的多少，从而确定各自的预警级别。气象部门或林业部门对森林火灾的预测主要从天气因素出发，判断未来某大范围区域火灾发生的可能性。而架空输电线路山火由于以下两个原因不能仅从天气角度进行大范围预测：其一，山火发生点多面广，线路分布错综复杂，对大片区域进行笼统预测，无法切实指导具体山火防治工作；其二，山火发生受人为火源因素影响极大，相对天气条件这个众所周知的因素而言，人们更关注的是人为火源因素。因此，为了实现架空线路山火的精细化预测，需要将预测区域网格细化，提高预测空间分辨率。同时，将山火发生“可能性”量化为山火发生“次数”，预测的实用性进一步增加。设将预测区域划分为γ×γ经纬度的网格，预测每个网格内未来火点数，即可得未来火发生密度。卫星监测热点数主要受天气、时间段、下垫面特征影响，因此在相似的天气、下垫面特征条件下，可以根据历史卫星监测热点密度来预测未来同期热点密度。时间序列分析法是一种基于随机过程理论的动态数据处理方法，根据随机数据序列的统计规律分析得出预测目标值，对火点密度的预测可采取此方法。
大范围架空输电线路山火灾害易引起多条架空线路同时跳闸，严重威胁大电网安全稳定运行和用户正常用电。提出了基于气象要素、卫星监测热点要素、工农业用火要素和线路山火隐患点的架空输电线路山火时空预警方法，可同时对多个地区、多个时间段的架空输电线路山火发生趋势进行预警。
参考文献：
[1]吴春花.输电线路山火卫星监测与告警算法研究[J].中国电机工程学报，2013，35(21).
[2]钱毅.线路山火跳闸情况分析[J].广东电力，2013，24(3)：95-97.
论文作者:刘金鑫
论文发表刊物:《电力设备》2018年第32期
论文发表时间:2019/5/17
标签：山火论文; 线路论文; 热点论文; 火源论文; 发生论文; 要素论文; 用火论文; 《电力设备》2018年第32期论文;