CN103093044B - 输电线路覆冰舞动分布图测绘方法 - Google Patents
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Abstract
一种输电线路覆冰舞动分布图测绘方法，涉及输电线路特殊区域分布图绘制。本发明的主要内容是在收集当地输电线路历年来发生导线覆冰舞动资料的基础上，总结气象、地形特征规律，应用覆冰舞动的气象模型并结合地形地貌，建立舞动区域的分区、分级标准和舞动分布图绘制方法标准技术体系。采用本方法绘制的舞动分布图，能准确地反映输电线路覆冰舞动发生的时空规律，覆盖所有区域，为线路设计和运行维护以及技术改造提供依据。同时对尚无线路地区的新建输电工程，具有指导作用。
Description
技术领域
本发明涉及电网输变线路技术领域，具体说是一种考虑了气象地理要素的输电线路覆冰舞动分布图测绘方法。
背景技术
近年来，输电线路发生导线覆冰舞动的情况明显增多，一旦因大面积舞动导致线路频繁跳闸甚至断线倒塔事故，会造成大面积的停电，影响电网安全稳定运行。因此，防止导线覆冰舞动已成为目前输电线路急需解决的关键性问题，而如何确定覆冰舞动易发区域和易发的程度，成为解决问题首要考虑的因素。
舞动分布图的绘制工作是提高电网抵御覆冰舞动事故能力的重要组成部分，可以为相关线路设计提供参考，为运行和管理部门提供有效依据。目前绘制舞动分布图的“频率法”，是基于对某地区实际线路历史上曾发生的舞动情况统计分析的基础上，按舞动发生频率划分舞动区域。由于舞动发生时空的随机性，恶劣气候下人员无法到达现场；线路虽发生舞动但未跳闸；在线监测技术的应用刚起步，数据极少；特别对于没有线路的区域，更无舞动经验。因此，利用现有舞动观测记录划分舞动区域，不能真实反映现场实际情况，而且还存在盲区。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有绘制覆冰舞动分布图的“频率法”存在的缺点和不足，提供一种高效的输电线路覆冰舞动分布图测绘方法，即结合气象地理要素绘制覆冰舞动分布图，为已建线路的舞动治理和未建线路的规划提供参考依据。
所述输电线路覆冰舞动分布图测绘方法，其特征在于：测绘步骤包括：
（1）收集一个区域输电线路历年来发生导线覆冰舞动的气象、地理资料；
（2）通过对气象资料的统计分析，得出与覆冰舞动关系密切的下列气象要素的天气系统的类型及其特征阈值范围：日最低气温、气压、日平均相对湿度、日最大风速及其对应的风向；
（3）利用气象观测台站历史时间序列的温、压、湿、风类的常规日值观测资料，根据覆冰舞动发生时的气象要素阈值范围，判断历史上每一天覆冰舞动发生有无，得到全区域覆冰舞动频次分布；
（4）将历史覆冰舞动频次与其地形起伏度建立数学函数关系，用该函数修正全区域覆冰舞动频次分布；
（5）按百分位法将舞动频次分布分为4级，分别对应非覆冰舞动区、轻度覆冰舞动区、中度覆冰舞动区和重度覆冰舞动区，采用ARCGIS软件完成区域覆冰舞动分布图。
造成覆冰舞动的所述天气系统的类型及其特征主要为：以日最低气温、气压、日平均相对湿度、日最大风速及其对应的风向作为主要资料；用后向轨迹分析模式HYSPLIT系统对区域气流轨迹计算并完成聚类分析。
所述覆冰舞动频次分布以地形起伏度对其修正，地形起伏度数据，利用所述历史覆冰舞动频次与其地形起伏度建立的数学函数关系，在ARCGIS系统的支持下，运用函数关系计算每一个区域地形起伏度所对应的覆冰舞动频次，得到所需区域内的覆冰舞动频次分布图。
历史覆冰舞动频次与其地形起伏度所建立的所述数学函数关系，选用相关性较高的拟合公式，湖北地区拟合选用对数函数：y=-2.022*ln(x)+14.58；式中x代表某一点的地形起伏度，y代表某一点的覆冰舞动频次拟合值。
本发明具有下列优点和积极效果：
1、基于气象地理模型绘制舞动分布图，能准确地反映输电线路覆冰舞动发生的时空规律，覆盖所有区域；
2、具有标准化绘制流程，便于推广应用；
3、采用矢量电子地图，准确度高、使用方便；
4、适用于各电压等级输电线路已建线路的舞动治理和未建线路的规划。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明：本发明提供一种高效的输电线路覆冰舞动分布图测绘方法，即结合气象地理要素绘制覆冰舞动分布图，按照下述步骤实现：
（1）区域覆冰输电线路舞动气象、地理特征的规律总结归纳，对覆冰舞动进行时空分析，找出其空间的分布规律和时间上的易发时段。
（2）对覆冰舞动的天气系统进行归类整理，分析影响覆冰舞动的主导天气系统和其规律。
（3）依托影响覆冰舞动的主要气象因素的分析结果，给出具有物理意义的组合气象要素建模模型。
（4）根据气象因子建模结果，利用气象观测台站长时间序列的观测资料，完成气象模型下覆冰舞动的历史序列反演。
（5）建立覆冰舞动总次数与地形起伏度之间的定量关系模型，修正全区域覆冰舞动频次分布。
（6）按百分位法对覆冰舞动分布进行分区分级。
（7）绘制完成区域覆冰舞动分布图。
输电线路覆冰舞动分布图绘制分为数据收集和作图两部分，作图软件以ARCGIS为例。
1、数据收集
所需数据分为三大类，分别是本区域覆冰舞动灾情资料、本区域每年冬季逐日气象资料、本区域数字高程模型资料（DEM）和本区域边界图层文件。
1.1本区域覆冰舞动灾情资料
需收集详细的发生时间和地点，用来进行气象要素分析建模和验证，灾情资料样本数量的大小直接决定数据建模的准确程度，建议至少收集10年以上的覆冰舞动灾情样本。
1.2本区域每年冬季逐日气象资料
从气象部门收集本区域每年冬季（11月1日至次年3月31日）逐日气象资料，包括日最低温度、日平均相对湿度、日最大风速及其对应的风向。
用后向轨迹分析模式系统对区域气流轨迹计算并完成聚类分析，确定舞动主导风向，统计本区域所有舞动日所对应的日最低温度、日平均相对湿度和日最大风速，并记录其最大小值，确定覆冰舞动可能发生的阈值统计区间。当某天的气象要素满足这4者的关系时，即记为该日可能发生覆冰舞动。
1.3本区域数字高程模型
从测绘部门收集本省数字高程模型资料（DEM），格点精度至少达到1000米。
1.4本区域边界图层文件
从测绘、气象部门收集本区域边界图层文件，需与DEM匹配，作为舞动分布图的底图。
2、作图
2.1基于气象数据的舞动分布图
对历史序列逐日资料进行统计，当某日观测资料同时满足四个要素（日最低温度、日平均相对湿度、日最大风速及其对应的风向）的取值范围时，该日记为可发生覆冰舞动，统计历史上逐台站可发生覆冰舞动日数的总和，并将其换算为10年内的覆冰舞动总次数（总次数/资料总年数*10），然后在ArcMap中绘出基于气象数据的覆冰舞动频次图。
2.2地形起伏度计算
地形起伏度指一定范围内最大相对高程差。某点地形起伏度大小为以该点为圆心，2000米为半径的圆内海拔高度的最大值和最小值之差，需通过本省区数字高程模型（DEM）计算得到。
2.3地形起伏度建模
读取所选气象台站点的地形起伏度和该气象台站的历史覆冰舞动总次数，通过拟合得到二者的指数关系函数。历史覆冰舞动次数与其地形起伏度建立的数学函数关系拟合时可灵活选用相关性较高的拟合公式，湖北地区拟合是用的对数函数，y=-2.022*ln(x)+14.58，用该函数修正全区域覆冰舞动频次分布，方程中x代表某一点的地形起伏度，y代表某一点的覆冰舞动频次拟合值。作为便利的拟合方法可以利用Excel来完成。将地形起伏度数据和覆冰舞动数据导入Excel中（以Excel2010为例），选中两个数据列，插入菜单中选择绘制散点图，在图中数据列上鼠标右键单击，可见“添加趋势线”选项，选中“显示公式”和“显示R平方值”，可对趋势预测/回归分析类型进行试验，在指数、线性、对数、多项式和幂指数几类之间选取，选取标准可参考“R平方值”较大的建模方程。
2.4地形订正计算
在ArcMap中用地形起伏度数据和覆冰舞动关系模型对覆冰舞动频次图订正。
2.5分区分级
分区分级标准的确定，采用百分位法。按不足30％发生概率的地区为非覆冰舞动区，30～60％发生概率的为轻度覆冰舞动区，60～90％发生概率的为中度覆冰舞动区，90％以上概率的为重度覆冰舞动区确定数据断点。
2.6配色
按数据断点对2.4中的舞动频次图分区、配色即完成输电线路覆冰舞动分布图绘制。
Claims (3)
1.一种输电线路覆冰舞动分布图测绘方法，其特征在于：测绘步骤包括：
(1)收集一个区域输电线路历年来发生导线覆冰舞动的气象、地理资料；
(2)通过对气象资料的统计分析，得出与覆冰舞动关系密切的下列气象要素的天气系统的类型及其特征阈值范围：日最低气温、气压、日平均相对湿度、日最大风速及其对应的风向；
(3)利用气象观测台站历史时间序列的温、压、湿、风类的常规日值观测资料，根据覆冰舞动发生时的气象要素阈值范围，判断历史上每一天覆冰舞动发生有无，得到全区域覆冰舞动频次分布；
(4)将历史覆冰舞动频次与其地形起伏度建立数学函数关系，用该函数修正全区域覆冰舞动频次分布；
选用相关性较高的拟合公式，湖北地区拟合选用对数函数：
y＝-2.022*ln(x)+14.58；式中x代表某一点的地形起伏度，y代表某一点的覆冰舞动频次拟合值；
(5)按百分位法将舞动频次分布分为4级，分别对应非覆冰舞动区、轻度覆冰舞动区、中度覆冰舞动区和重度覆冰舞动区，采用ARCGIS系统完成区域覆冰舞动分布图。
2.按权利要求1所述的输电线路覆冰舞动分布图测绘方法，其特征在于：造成覆冰舞动的所述天气系统的类型及其特征主要为：以日最低气温、气压、日平均相对湿度、日最大风速及其对应的风向作为主要资料；用后向轨迹分析模式HYSPLIT系统对区域气流轨迹计算并完成聚类分析。
3.按权利要求1所述的输电线路覆冰舞动分布图测绘方法，其特征在于：所述覆冰舞动频次分布以地形起伏度对其修正，地形起伏度数据，利用所述历史覆冰舞动频次与其地形起伏度建立的数学函数关系，在ARCGIS系统的支持下，运用函数关系计算每一个区域地形起伏度所对应的覆冰舞动频次，得到所需区域内的覆冰舞动频次分布图。
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