基于Visual Basic的输电线路雷击风险评估系统开发

张晓飞彭友仙史兆元王 岩

（1.国网河南省电力公司三门峡供电公司，河南 三门峡 210098；2.三峡大学电气与新能源学院，湖北 宜昌 443002；3.郑州大学，郑州 450000）

基于Visual Basic的输电线路雷击风险评估系统开发

张晓飞1彭友仙2史兆元3王 岩1

（1.国网河南省电力公司三门峡供电公司，河南 三门峡 210098；2.三峡大学电气与新能源学院，湖北 宜昌 443002；3.郑州大学，郑州 450000）

目前雷击仍然是危及电网安全可靠运行的主要因素。本文基于差异化防雷思想，以Visual Basic 6.0程序设计语言为开发平台，结合MS Excel 12.0组件和ACCESS 2003数据库平台，设计可视化界面，开发出一套程序化、智能化的输电线路雷击风险评估系统，实现了输电线路从沿线杆塔雷击跳闸率批量计算到全线雷击闪络风险批量评估，乃至查找沿线雷击薄弱点的全过程，具有数据输入、增加、删除、修改、输出、保存等功能，能够快速获取输电线路沿线雷击薄弱点，预估输电线路的防雷设计效果，为防雷工作的开展提供指导。

输电线路；差异化防雷；雷击跳闸率；雷击薄弱点；雷击风险评估

长期以来，电网公司十分重视输电线路的安全运行，但因雷击发生跳闸的情况仍然频繁发生。2011年，国家电网公司印发了《架空输电线路差异化防雷工作指导意见》以及《110（66）kV及以上输电线路差异化防雷改造指导原则》，期望加强对电网差异化的雷电防护，而对线路进行全线雷击风险评估并确定其薄弱点杆塔是保证差异化防雷改造工作实施有效的重要前提。

针对雷击风险评估及薄弱点查找问题，国内研究学者已经进行了一些研究，例如实现了耐雷水平计算及其影响因素分析的软件系统[1]、能够对雷电灾害进行评估和预测的风险评估管理系统[2]、能够对建筑物及其服务设施的风险参数进行估计的雷电风险评估系统[3-5]、雷击风险层进式评估体系[6]等，但上述系统或体系中，均未直接反映工程中某条线路的雷击薄弱杆塔，还需工程人员进行人工评估和筛选，工作量仍然较大。因此，开发一套能够实现从耐雷水平批量计算到雷击风险批量评估，乃至全线薄弱点查找的程序化、智能化软件系统是非常必要的。

本系统采用传统电气几何模型计算线路绕击跳闸率，采用规程法计算线路反击跳闸率，根据国网公司发布的《110（66）kV～500kV架空输电线路管理规范》划分雷击闪络风险评估标准，通过程序语言编程实现数据的批量调用、调用、计算以及保存，实现了输电线路从参数统计到雷击薄弱点输出的全过程，对输变电工程防雷检修工作具有重要的指导意义和应用价值。

1 差异化防雷思想

长期以来，由于雷电、线路等参数提取技术的限制，同一条输电线路在研究中的各类参数往往相对固定，而超高压输电线路由于长度较长，同一线路不同线路段所经地区的雷电情况、地形地貌特征、杆塔结构等均存在显著差异，而这些差异化参数是线路雷击跳闸率的重要影响因素，如果在防雷工作中考虑这些因素，将能有效地反映差异化参数下的线路耐雷水平，从而减少线路雷击跳闸事故的发生。这种防雷策略便称为“差异化防雷”[7-8]。

差异化防雷的一个重要思想是将传统以较长线路为检修改造单位的防雷策略进一步精细化，以较短距离的线路、甚至单一杆塔作为防雷改造实施的基本单位，体现同一线路中各个线路段耐雷性能评估和防雷改造措施的差异化。此类防雷方法能较为准确地反映线路防雷的薄弱环节，进而针对性地对该薄弱环节采取相应的防雷改造措施，保障电网的安全、稳定、可靠运行。

2 系统开发方案

2.1 系统设计思路

本系统主要针对输电线路中的雷电灾害引起的跳闸率进行单基、批量计算，实现输电线路全线绕击、反击、总雷击跳闸率的计算，实现沿线雷击薄弱点的查找，旨在快速获取输电线路沿线雷击薄弱点，为运检单位实施差异化防雷改造提供指导。

系统的基本结构如图1所示，包括参数统计、雷击跳闸率计算、雷击风险评估三大模块。

图1 系统结构示意图

对于参数统计，由于本系统为工程计算使用，数据量庞大，故数据统计和保存均以MS Excel 2003格式进行参数的输入、调用以及保存；对于雷击跳闸率计算，绕击计算采用电气几何模型法（EGM），反击计算采用规程法；对于雷击风险评估，由于输电线路架设的地形和塔形不同，其发生绕击或反击的可能性不同，故分别设计绕击、反击、总雷击的单基、批量风险评估模块；最后将线路沿线雷击薄弱点以 EXCEL文件格式保存，并以可编辑表格形式调用于可视化界面中。

2.2 开发环境选型

面向对象的程序设计是目前最成功的高级语言程序设计方法，面向对象程序设计是通过把属性和方法封装进“对象”中。本系统基于Visual Basic 6.0开发环境设计开发。

VB 6.0的工作环境是集成开发环境，它集程序的编写、修改、调试和生成于一体，设计开发可视化的界面，用户使用非常方便。VB 6.0可实现对EXCEL表格文件的调用、输出、保存等功能，也可结合ACCESS数据库，实现数据的增、删、改、等功能，适合于本软件系统的设计开发和应用。采用Visual Basic 6.0开发环境设计开发的程序可在Win XP、Win7等环境下使用[9]。

3 系统的开发

3.1 参数统计模块

用于读取统计的参数，主要包括单基或多基杆塔参数统计、地形参数统计、雷电流参数模型、地闪数据统计等。参数均以 Excel文件格式保存，以便于调用。

该模块涉及数据处理的计算主要通过后台编码实现，在可视化界面中以计算结果显示与 Textbox控件或Label控件中。应用于不同计算模块的参数，均采用XPFrame30控件归类分隔，以便于用户直观地查阅。

3.2 雷击跳闸率计算模块

用于计算线路雷击跳闸率，该模块设计有绕击参数模型选择、杆塔冲击阻抗模型选择、单基塔跳闸率计算、计算并准备下一基、单基计算结果保存、多基导入及计算、多基计算结果保存等子功能项。

采用XPButton30控件制作各子功能项，通过编程实现 EXCEL表格数据的调用，计算结果显示于Textbox控件或Label控件中。

用户根据需要，可单次逐基进行计算并保存计算结果于 TXT文件中，也可一次性导入多基杆塔（最多不超过1000基）并计算跳闸率，将结果保存于Excel文件中。

需要注意的是，保存的文件均需重命名，用户自主输入容易辨别的文件名，以便在下一模块的风险评估计算中进行调用。

3.3 雷击风险评估模块

该模块用于对线路进行雷击闪络风险评估，可以调用上一模块的全线跳闸率计算结果，也可直接导入某条线路的已有跳闸率数据进行评估。

该模块主要包括计算风险控制指标、跳闸率数据导入、单击风险评估、评估并准备下一基、单基评估结果保存、多基风险评估、多基结果输出并保存等子功能项。

采用 XPButton30控件制作各子功能项，结合ACCESS 2003和EXCEL 2003，采用ADODC控件连接，通过编程实现数据库的创建和数据调用，实现计算结果数据的保存、数据库数据集录入、结果展示、增删改等功能。

本模块风险等级评估计算的算法，其风险等级依据国网公司发布的《110（66）kV～500kV架空输电线路管理规范》划分，以其计算跳闸率为衡量标准，分为A、B、C、D共4级，工程上通常认为C、D级为雷击薄弱杆塔。

薄弱点的结果展示于可视化界面，通过MSHFlexGrid控件以可编辑表格形式展示于可视化界面，并通过XPButton30控件设计实现添加、修改、删除、刷新等子功能项。

4 系统运行示例

双击“输电线路雷击风险评估系统.exe”图标，进入系统初始界面，单击“进入系统”命令按钮，“输电线路雷击风险评估系统”界面消失，出现“雷击跳闸率计算”主程序界面。

以批量计算为例，在“请选择计算用模型”栏目框中选择“雷电参数模型”、“绕击参数模型”、“杆塔冲击阻抗模型”，出现相应选择界面，选择完成后，单击“确定”，回到“雷击跳闸率计算”界面。

单击“多基导入及计算”按钮，弹出“打开文件”窗口，选择“多基跳闸率计算.xls”，程序即运行并完成批量计算，如图2所示。

图2 跳闸率批量计算示意图

单击“多基计算结果保存”按钮，结果及计算参数以Excel文件格式保存并输出。

单击右下角“生成跳闸率统计表”按钮，将计算结果生成只含有线路名称、杆塔号、绕击、反击、总雷击跳闸率数据的统计表，便于下一步风险评估使用。

单击“下一步”按钮，进入“雷击风险评估”主界面，在左侧“地闪密度”和“其他参数”栏输入或导入计算参数，单击“计算风险控制指标”按钮，计算风险指标。

以批量评估线路雷击风险等级为例，单击“多基风险评估”按钮，调用前文生成的跳闸率统计表，程序即运行并完成批量评估，如图3所示。

单击“输出并保存评估结果”按钮将结果保存并录入数据库数据表中，单击“显示沿线薄弱点”按钮，则弹出绕击、反击、总雷击薄弱点结果界面，如图4所示。

图3 雷击风险评估运行示意图

图4 沿线薄弱点输出界面

由输出结果可看出，该线路这7基杆塔中，3#、7#杆塔为反击薄弱杆塔，需要采取防反击措施。

5 结论

本文基于Visual Basic 6.0开发环境，设计可视化界面，开发了一套适合于输变电工程用的输电线路雷击风险评估系统。系统包括参数统计、雷击跳闸率计算、雷击风险评估三大模块，响应国网提出的差异化防雷思想，实现了输电线路全线从批量跳闸率计算到雷击风险评估，再到沿线薄弱点的查找与输出的全过程。该系统适用于 Windows XP/7系统，单机运行，稳定性强。

该系统于河南省三门峡市供电公司试运行，以朱明线为例，其雷击风险评估结果与实际运行经验基本相符，表明该系统具有良好的工程应用推广价值。

[1]韩芳, 曾晓毅, 鲁铁成.输电线路综合防雷及雷击跳闸风险评估系统研究[J].电瓷避雷器, 2012, 3(3): 96-100.

[2]樊荣, 肖稳安, 李霞, 等.基于GB/T 21714.2的雷击风险评估软件设计及参数探讨[J].南京信息工程大学学报, 2009, 1(4): 343-349.

[3]苏伟, 罗佳俊.雷击风险评估程序的开发与应用[J].电气技术, 2010, 4(4): 32-36.

[4]卢辉麟, 林溪猛.雷电风险评估软件的设计与实现[J].中国科技信息, 2009, 1(1): 72-73.

[5]邓宁文, 卢崴, 吴浙.雷击风险评估管理系统设计与实现[J].科技传播, 2011(8): 53, 40.

[6]麦嘉裕.如何构建输电线路雷击灾害风险层进式评估体系[J].科技风, 2014(21): 122-122.

[7]国家电网公司.关于印发《架空输电线路差异化防雷工作指导意见》的通知[R].国家电网生[2011]500号, 2011.

[8]陈家宏，吕军，钱之银，等.输电线路差异化防雷技术与策略［J］.高电压技术，2009，35（12）：2891-2902.

[9]新智工作室.VB6.0中文版教程[M].北京: 电子工业出版社, 2000.

[10]Whitehead J T, Chisholm W A.IEEE working group report.estimating lightning performance of transmission linesⅡ-Updates to analytical models[J].IEEE Trans.on Power Delivery, 1993, 8(3): 1254-1267.

[11]丁旻, 吴安坤, 张淑霞, 等.雷电灾害风险评估软件技术设计[J].现代建筑电气, 2014, 06(6): 35-37.

[12]朱传林, 张谦, 杨仲江, 等.基于 Eclipse RCP的雷电灾害评估系统设计及实现[J].计算机与现代化, 2012, 9(9): 16-19, 26.

张晓飞（19-），男，高级工程师，主要从事电力生产方面的工作。

Development of Lightning Strike Risk Assessment System for Power Lines based on Visual Basic

Zhang Xiaofei1Peng Youxian2Shi Zhaoyuan3Wang Yan1
(1.Sanmenxia Power Supply Company of Henan Electric Power, Sanmenxia, He’nan 210098; 2.College of Electronic Engineering & New Energy, China Three Gorges University, Yichang, Hubei 443002; 3.Zhengzhou University, Zhengzhou 450000)

Lightning is still a major factor jeopardizing the security and reliability of power grid operation.Based on the thought of differentiated lightning protection, designed visual interfaces in Visual Basic 6.0 programming language and combined with MS Excel 12.0 components and Access 2003 database platform, a set of procedural and intelligent lightning strike risk assessment system for power lines is designed and implemented.It realizes the full procedure from computing the lightning trip-out rate to assessing the levels of lightning flashover risk of batch towers along a power line, as well as finding out the weak spots.It has functions of inputting, adding, deleting, revising, outputting and saving data.It is convenient for users to access the lightning weak spots quickly.Thus, the system can forecast the effect of lightning protection design for power lines and be guidance for lightning protection work.

power lines; differentiated lightning protection; lightning trip-out rate; lightning weak point; lightning strike risk assessment

国网河南省电力公司科技项目（SGTYHT/13-JS-175）