CN103115598A - 电网覆冰区域分布的测绘方法 - Google Patents

Abstract

一种电网覆冰区域分布的测绘方法，在收集气象台站多年的历史气象数据基础上，总结气象、地形特征规律，构建表征导线覆冰厚度与气象要素关系的气象模型，结合地理要素和地形特征要素对模型进行订正，计算出30年、50年和100年重现期的区域内各处覆冰厚度，并按运维经验对各处覆冰厚度校验修订，完成电网冰区分布图的测绘。采用本方法测绘的冰区分布图，能准确地反映电网覆冰厚度的分布规律，覆盖所有区域，为电网设计和运行维护以及技术改造提供依据。同时对尚无电力设施地区的新建工程，具有指导作用。

Description

电网覆冰区域分布的测绘方法

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参数和地理要素、地形要素的线路覆冰分布的测绘方法。

背景技术

电力设施覆冰，一直都是威胁电网安全稳定运行的重要自然因素。随着全球气候的演化，厄尔尼诺现象、拉尼娜现象等异常现象不断出现，我国境内以覆冰为代表的各类极端恶劣天气的发生范围、频率和强度都呈显著增加趋势，给电网运行造成的危害也呈快速上升趋势，其后果和影响也更加严重。

对电网冰区的分布作出准确的描述和划分，绘制电网冰区分布图，可以直接应用于电网设计、建设、运行和维护，增强电网抵御自然灾害的能力，具有巨大的经济和社会价值。现有绘图方法使用的覆冰观测资料来源少、积累时间短；对海拔高程及大气环流、“微地形、微气象”考虑不充分；电网覆冰在线监测技术的应用刚起步，数据极少；没有考虑不同重现期，不同电压等级电力设备使用一张图。因此，现有冰区分布图并不能完全反映现场实际情况，使用不方便。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有测绘冰区分布图方法存在的缺点和不足，提供一种高效的电网冰区分布图测绘方法，即结合气象参数回归建模和地理要素订正绘制电网冰区分布图，为电网规划设计、运行维护提供参考依据。

所述电网覆冰区域分布的测绘方法，其特征在于：其测绘方法包括：收集区域气象台站冬季气象数据及该区域地理资料，包括：当天风速、当天相对湿度、前1天最高气温、前1天相对湿度和前2天风速5个气象要素、海拔高度要素和坡向、起伏度和坡度变率3个地形要素，线路覆冰厚度按照下述情况计算：

（1）、海拔200m以下以及2000m以上，以气象要素拟合函数计算覆冰厚度，并以地形要素拟合函数进行修正；

（2）、海拔200m到2000m之间，包括200m和2000m时，以海拔高度拟合函数计算覆冰厚度，并以地形要素拟合函数进行修正；

采用GIS软件按计算重现期标准冰厚的极值I型概率分布模型计算导线覆冰厚度，绘制电网覆冰区域输电线路覆冰厚度分布图。

所述电网覆冰区域的判断是，区域出现气温低于摄氏零度，湿度高于80%，且在近地面层存在逆温层。

所述气象要素拟合函数为：

$Y=-1.6-0.008x_1+0.03x_2-0.08x_3+0.0009x_3^2+0.05x_4-0.001x_4^2+0.0003x_5^2,$

其中：Y为覆冰厚度，单位mm，x₁为前1天最高气温，单位0.1℃，x₂为当天相对湿度，单位为100倍相对湿度，x₃为前1天相对湿度，单位为100倍相对湿度，x₄为当天风速，单位0.1m/s，x₅为前2天风速，单位0.1m/s。

所述地形要素拟合函数为：

ΔY=1.41-0.0018d₁-0.0007d₂+0.0137d₃，

其中ΔY为覆冰厚度修订值，单位mm，d₁为坡向，单位°，d₂为起伏度，单位m，d₃为坡度变率。

所述海拔高度拟合函数为：

Y=0.0082×DEM+6.5851，

其中：Y为覆冰厚度，单位mm，DEM为海拔高度，单位m。

所述计算重现期标准冰厚的极值I型概率分布模型为：

$Y_T=\stackrel{\‾}{Y}-\frac{\sqrt{6}}{\mathrm{\π}}\{0.57722+\ln [-\ln (1-\frac{1}{T})\left]\right\}{\mathrm{\σ}}_{n-1},$

式中Y_T—重现期标准冰厚，单位mm；

—冰厚平均值，单位mm，

式中N为所收集的样本总数；

σ_n-1—标准方差，单位mm，

式中N为所收集的样本总数；

T—规定的重现期，取30、50、100年。

作为优化方案，所述线路覆冰厚度冰区分布图绘制，在GIS系统的支持下，以不小于1000m的精度格点分区域分析计算，得到所需区域的覆冰厚度分布。

本发明具有下列优点和积极效果：

1、结合气象参数回归建模和地理要素订正绘制冰区分布图，能准确地反映电网冰区分布的时空规律，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、适用于电网各电压等级设备的防冰灾治理和新建电力设施防冰规划设计。

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电网覆冰区域分布的测绘方法，即结合气象地理要素绘制线路覆冰分布图，是按照下述步骤分析实现的：

（1）区域电网覆冰气象、地理特征的规律总结归纳，对覆冰进行时空分析，找出其空间的分布规律和时间上的易发时段。

（2）对覆冰的天气系统进行归类整理，分析影响覆冰的主导天气系统和其规律。

（3）依托影响覆冰厚度的主要气象因素的分析结果，给出具有物理意义的气象要素模型。

（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厚度的历史序列反演。

（5）根据高海拔地区覆冰厚度与海拔高度关系，建立高海拔地区覆冰厚度模型，完成高海拔区域覆冰厚度的历史序列反演。

（6）建立覆冰厚度与地理要素之间的定量关系模型，修正全区域覆冰覆冰厚度。

（7）按极值I型概率分布模型计算30年、50年和100年重现期导线覆冰厚度，绘制完成区域冰区分布图。

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，分别是本区域电网覆冰灾情资料、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）、坡向、起伏度和坡度变率资料和本区域边界图层文件。

1.1本区域冰灾资料

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年以上的冰灾样本。

1.2本区域每年冬季逐日气象资料

覆冰样本收集，从当地气象部门获取所有台站的覆冰观测资料，选取具有长短径或冰重观测记录的有效观冰资料作为今后分析的样本。

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，包括日最高温度、日相对湿度、日最大风速。

1.3本区域数字高程模型

从测绘部门收集本省数字高程、坡向、起伏度和坡度变率资料，格点精度至少达到100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等地理图层匹配，作为冰区分布图的底图。

2、作图

2.1标准冰厚的换算

按电力行业标准《电力工程气象勘测技术规程》提供的换算公式，将覆冰样本换算为标准冰厚，方便统一比较。

2.2气象模型的建模

分析冰厚与气象要素之间的相关关系，根据散点图的分布状况用合适的公式进行拟合，得到可通过信度检验的气象模型。

2.3重建气象台站历史覆冰序列

利用气象建模所得的方程，计算气象台站历史覆冰序列。

2.4格点覆冰资料的获取

将各台站不同时段重现期的覆冰厚度资料插值至全省范围内，获取在气象模型反演下的覆冰厚度全省分布图。

2.5海拔高度订正

对200m～2000m范围海拔高度的格点覆冰进行订正计算，并将计算的覆冰值代替上一步中站点插值的覆冰值，对2000m以上的格点按2000m进行订正。

2.6地形订正

针对上一步骤所获取的区域格点覆冰厚度数据，利用地形参数订正模型进行订正，以获取最终的覆冰厚度模拟结果。

2.7不同重现期覆冰厚度计算

按极值I型概率分布模型计算30年、50年和100年重现期导线覆冰厚度。

2.8冰区分布图的绘制

根据国家电网公司标准文件中对分级及颜色的要求，绘制30、50、100年一遇的标准冰厚分布图。

Claims (7)

1.一种电网覆冰区域分布的测绘方法，其特征在于：其测绘方法包括：收集区域气象台站冬季气象数据及该区域地理资料，包括：当天风速、当天相对湿度、前1天最高气温、前1天相对湿度和前2天风速5个气象要素、海拔高度要素和坡向、起伏度和坡度变率3个地形要素，线路覆冰厚度按照下述情况计算：

（1）、海拔200m以下以及2000m以上，以气象要素拟合函数计算覆冰厚度，并以地形要素拟合函数进行修正；

（2）、海拔200m到2000m之间，包括200m和2000m时，以海拔高度拟合函数计算覆冰厚度，并以地形要素拟合函数进行修正；

采用GIS软件按计算重现期标准冰厚的极值I型概率分布模型计算导线覆冰厚度，绘制电网覆冰区域输电线路覆冰厚度分布图。

2.按权利要求1所述的电网覆冰区域分布的测绘方法，其特征在于：所述电网覆冰区域的判断是，区域出现气温低于摄氏零度，湿度高于80%，且在近地面层存在逆温层。

3.按权利要求1所述的电网覆冰区域分布的测绘方法，其特征在于：所述气象要素拟合函数为：

$Y=-1.6-0.008x_1+0.03x_2-0.08x_3+0.0009x_3^2+0.05x_4-0.001x_4^2+0.0003x_5^2,$

其中：Y为覆冰厚度，单位mm，x₁为前1天最高气温，单位0.1℃，x₂为当天相对湿度，单位为100倍相对湿度，x₃为前1天相对湿度，单位为100倍相对湿度，x₄为当天风速，单位0.1m/s，x₅为前2天风速，单位0.1m/s。

4.按权利要求1所述的电网覆冰区域分布的测绘方法，其特征在于：所述地形要素拟合函数为：

ΔY=1.41-0.0018d₁-0.0007d₂+0.0137d₃，

其中ΔY为覆冰厚度修订值，单位mm，d₁为坡向，单位°，d₂为起伏度，单位m，d₃为坡度变率。

5.按权利要求1所述的电网覆冰区域分布的测绘方法，其特征在于：所述海拔高度拟合函数为：

Y=0.0082×DEM+6.5851，

其中：Y为覆冰厚度，单位mm，DEM为海拔高度，单位m。

6.按权利要求1所述的电网覆冰区域分布的测绘方法，其特征在于：所述计算重现期标准冰厚的极值I型概率分布模型为：

$Y_T=\stackrel{\‾}{Y}-\frac{\sqrt{6}}{\mathrm{\π}}\{0.57722+\ln [-\ln (1-\frac{1}{T})\left]\right\}{\mathrm{\σ}}_{n-1},$

式中Y_T—重现期标准冰厚，单位mm；

—冰厚平均值，单位mm，

式中N为所收集的样本总数；

σ_n-1—标准方差，单位mm，

式中N为所收集的样本总数；

T—规定的重现期，取30、50、100年。

7.按权利要求1所述的电网覆冰区域分布的测绘方法，其特征在于：所述线路覆冰厚度冰区分布图绘制，在GIS系统的支持下，以不小于1000m的精度格点分区域分析计算，得到所需区域的覆冰厚度分布。