本發明屬于樹木火災評估，特別涉及一種配電架空線路走廊周邊樹木火災風險評估方法及系統。

背景技術：

1、隨著現代電力系統的快速發展，配電架空線路成為電力輸送的重要方式，其周邊環境的安全性直接關系到電網的穩定運行和供電的可靠性。配電架空線路的走廊通常穿越林地、居民區或農田，其周邊樹木在美化環境和保護生態方面具有重要作用，但同時也帶來了觸電火災的潛在風險。一旦線路故障或其他因素導致電力傳輸至附近的樹木，可能引發溫升并導致火災，進而對電網及周邊環境造成嚴重威脅。

2、傳統的配電線路火災風險評估方法通常依賴于經驗和統計分析。這些方法通過總結歷史數據和專家經驗來預測火災風險，但缺乏對物理過程的定量分析，難以針對不同的電壓等級、樹木種類、尺寸和周邊環境條件進行精確評估。此外，隨著電網復雜性的增加，經驗方法在處理多樣化的場景和突發狀況時表現出局限性，亟需一種科學、系統的評估方法來彌補不足。

3、公開號為cn106886841a的中國發明專利申請公開了一種無需實時采集現場信息的線路山火災害評估方法及系統，所述方法包括以下步驟：確定植被類型及植被高度；判斷火場火行為類型；獲取告警輸電線路信息；獲取山火發生位置處氣象數據；計算山火火焰區、離子區和煙霧區高度；計算火焰區擊穿電壓；計算離子區擊穿電壓；計算煙霧區擊穿電壓；計算輸電線路跳閘概率；評估山火等級。本發明還提供一種無需實時采集現場信息的線路山火災害評估系統。

4、上述方案中火焰區、離子區和煙霧區的擊穿電壓計算依賴于靜態物理模型，而這些區域的實際形態和參數(如非均勻火焰、復雜氣流等)可能遠超模型的假設范圍；因此過于簡化的模型可能無法準確反映復雜的火災行為，導致山火等級評估結果的精度下降；且高度依賴輸入數據(如植被類型、高度、氣象數據等)的準確性和全面性，若數據不準確或缺失，評估結果的可靠性將顯著降低。

5、近年來，基于物理過程的建模方法逐漸成為研究火災風險的新方向。這些方法能夠通過仿真分析外部環境和系統參數與火災發生條件之間的關系，為風險預測提供更加可靠的數據支持。例如，通過分析樹木的幾何特性(高度、半徑等)、導電性、熱物性參數及其與線路電壓之間的相互作用，可以更加精確地量化觸電導致的溫升過程及其對火災的貢獻。然而，目前針對配電架空線路周邊樹木火災風險的研究仍處于初級階段，現有的分析多集中于理論探討，尚未形成一套具有實際操作價值的評估方法。

6、因此，開發一種基于仿真分析的配電架空線路走廊周邊樹木火災風險評估方法，能夠結合不同電壓等級、樹木尺寸與溫升的關系，為樹木觸電火災風險提供科學、定量化的評估依據，這對于電網的安全運行和生態環境保護具有重要意義。

技術實現思路

1、本發明提供一種配電架空線路走廊周邊樹木火災風險評估方法及系統，旨在解決現有技術中山火等級評估結果的精度不足，以及對環境數據高度依賴等問題。

2、為解決上述技術問題，本發明提出的火災風險評估方法，包括以下步驟：

3、利用分形樹狀網絡模型簡化模擬樹木的真實形態，構建樹木模型；

4、獲取所述樹木模型的初始含水率，持續監測樹木模型的溫度及過渡電阻；

5、構建單相觸樹故障模型，在所述單相觸樹故障模型的模擬過程中，獲取導線相電壓，持續計算樹木的電流產熱量、散熱量及吸熱量，進一步計算獲得水分蒸發質量，使用所述水分蒸發質量更新樹木含水率；

6、將更新的樹木含水率、監測的樹木模型溫度及過渡電阻按時間對齊后，使用最小二乘法進行擬合，獲取樹木模型電導率與含水率及溫度的二元關系；

7、將所述二元關系應用于單相觸樹故障模型中，進行迭代計算，獲取樹木溫升，根據樹木溫升記錄全過程中樹木的溫度；

8、以設定的溫度閾值，根據全過程中樹木的溫度評估樹木的風險等級。

9、優選的，所述樹木模型的構建方法為：

10、利用分形樹狀網絡模型簡化模擬樹木的真實形態，設定相鄰兩級之間的結構尺寸遞減且比例相同；

11、在樹木模型中，定義α、β分別為第k+1層網絡樹枝和第k層網絡的樹枝長度比和半徑比，表示如下：

12、

13、式中，lk、lk+1分別是第k層網絡的樹枝長度及第k+1層網絡的樹枝長度，rk、rk+1分別是第k層網絡的樹枝半徑及第k+1層網絡的樹枝半徑。

14、優選的，所述樹木含水率為絕對含水率，通過實驗稱重獲取，計算公式為：

15、

16、式中，ms為實驗采樣獲取的木塊鮮重，m0為木塊絕干質量。

17、優選的，所述散熱量包括對流散熱量及輻射散熱量，所述吸熱量包括水分蒸發吸熱量及樹木溫升吸熱量，散熱量、吸熱量及電流產熱量之間的關系為：

18、電流產熱量＝對流散熱量+輻射散熱量+水分蒸發吸熱量+樹木溫升吸熱量。優選的，所述水分蒸發吸熱量的計算方法為：

19、qw＝(qs-qc-qr)·kf

20、kf＝(1+e98-t)-1

21、式中，qw為水分蒸發吸熱量，qs為電流產熱量，qc為對流散熱量，qr為輻射散熱量，kf為蒸發吸收比例系數，t為樹木溫度；

22、電流產熱量qs、對流散熱量qc、輻射散熱量qr的計算方法分別為：

23、

24、qc＝∫kcsc(t-te)dt

25、

26、式中，u為配電架空導線的相電壓，rt為t時刻樹木過渡電阻，kc為樹枝對流散熱系數，sc為樹枝側面積，t為樹木溫度，te為環境溫度，kr為樹枝輻射傳熱系數，δ0為斯特藩-玻爾茲曼常數。

27、優選的，所述單相觸樹故障模型中，樹木通路電阻rt計算方法為：

28、

29、式中，α、β分別為第k+1層網絡樹枝和第k層網絡的樹枝長度比和半徑比，n為樹木模型的總級數，l0為樹木模型中基礎樹枝長度，即樹干高度，r0為基礎樹枝半徑，即樹干半徑，σt(w,t)為樹木模型電導率與含水率及溫度的二元關系。

30、優選的，所述水分蒸發質量的計算方法為：

31、

32、式中，δm為水分蒸發質量，qw為水分蒸發吸熱量，tw為水的溫度；

33、更新的含水率數據為w-δw，其中：

34、

35、m0為木塊絕干質量。

36、優選的，所述樹木溫升的計算方法為：

37、

38、qt＝qs-qc-qr-qw

39、式中，δt為樹木溫升，ct為木材比熱容，cw為水的比熱容，ms為實驗采樣獲取的木塊鮮重，m0為木塊絕干質量，qt為樹木溫升吸熱量，qs為電流產熱量，qc為對流散熱量，qr為輻射散熱量，qw為水分蒸發吸熱量；

40、當前樹木溫度為前次迭代的樹木溫度與本次迭代的樹木溫升之和。

41、優選的，所述溫度閾值設置為100℃。

42、本發明的另一方面，還提出一種配電架空線路走廊周邊樹木火災風險評估系統，所述系統用于實施上述的風險評估方法，包括：

43、樹木建模模塊，用于基于分形樹狀網絡模型簡化模擬樹木的真實形態，構建樹木模型，其中相鄰兩級網絡的結構尺寸遞減且比例相同；

44、參數采集模塊，包括：含水率采集單元，用于獲取樹木模型的初始絕對含水率；溫度采集單元，用于持續監測樹木模型的溫度；電阻采集單元，用于監測樹木模型的過渡電阻；

45、單相觸樹故障模擬模塊，包括：電壓采集單元，用于獲取單相觸樹故障模型中的導線相電壓；熱量計算單元，用于基于樹木電流產熱量、對流散熱量、輻射散熱量、水分蒸發吸熱量及樹木溫升吸熱量之間的關系計算水分蒸發質量，并更新樹木模型的實時含水率；

46、數據處理模塊，包括：電導率擬合單元，用于將更新的樹木含水率、監測的樹木模型溫度及過渡電阻按時間對齊，并使用最小二乘法擬合獲得樹木模型的電導率與含水率及溫度之間的二元關系；溫升計算單元，用于基于擬合的二元關系在單相觸樹故障模型中進行迭代計算，獲取樹木模型的溫升過程并記錄全過程溫度變化；

47、風險評估模塊，用于基于設定的溫度閾值對全過程記錄的樹木溫度進行分析，評估樹木的火災風險等級。

48、與現有技術相比，本發明具有以下技術效果：

49、1.本發明提出的風險評估方法通過仿真分析不同電壓等級(10kv、35kv)下樹木的高度和半徑與溫升的關系，為風險評估提供了科學且定量的方法。這種基于物理過程的建模分析，可快速準確地對配電架空線路走廊周邊樹木火災風險進行評估，填補了傳統以經驗和統計為主的風險評估方法的不足。

50、2.本發明提出的風險評估方法通過迭代計算電導率、電阻、溫度等變量，獲取發生單相觸樹故障時樹木的溫度曲線，通過模型的閉環計算，可以實時跟蹤各項參數隨時間的動態變化，擺脫了現有技術對外部環境數據的高度依賴，使得評估結論更為合理。

51、3.本發明提出的風險評估方法模型不僅適用于特定靜態條件，還能夠動態模擬不同外部環境(如不同濕度、溫度、散熱條件)下的樹木電熱特性。相比靜態物理模型，本發明適應性更強，能夠覆蓋更廣泛的實際場景。

52、4.本發明提出的風險評估方法針對配電架空線路的單相觸樹故障建模，獲取導線相電壓數據，細化故障環境的電氣特性分析。有效降低復雜計算的難度，保留關鍵結構特征，提高評估模型的適用性和模擬樹木形態的精度。并且針對性強，能夠更加準確地模擬配電線路走廊周邊樹木的火災風險，為電力系統的防護和故障處理提供精準支持。