CN105117538A - 一种输电通道舞动预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种输电通道舞动预警方法，包括：收集并整理包括重要输电通道相关信息以及输电线路覆冰舞动相关数据；根据所述信息和数据模拟高分辨率气象要素；根据所述气象要素的预测，预测舞动严重趋势；根据所述信息建立重要输电通道内线路的有限元模型，根据所述气象要素的预测模拟重要输电通道的运行状态，通过所述有限元模型和所述运行状态预测舞动破坏趋势；根据所述预测舞动严重趋势和预测舞动破坏趋势判断舞动预警。本发明技术方案为重要输电通道的安全稳定运行提供技术支撑。

Description

一种输电通道舞动预警方法

技术领域：

本发明涉及电网防灾减灾，更具体涉及一种输电通道舞动预警方法。

背景技术：

架空输电线路覆冰舞动可导致导线断股、金具损坏，严重时可造成断线甚至倒塔，给电网的安全稳定运行带来了巨大威胁。因此，有必要开展架空输电线路尤其是重要输电通道舞动预警，便于提前应对舞动事件的发生，及时有力的做好调度、运维等工作。

目前架空输电线路舞动预警方法主要有两种，分别是气象阈值法、舞动振幅法。气象阈值法是指根据专业气象台站发布的天气要素数据，判断未来的天气要素是否满足舞动发生时的气象要素阈值区间。若满足，则发出舞动预警。专利申请CN201410448630.5和专利申请CN201310534421.8属于气象阈值法。舞动振幅法是指通过图像、影像资料分析结果或者拉力传感器数值的变化情况判断舞动振幅对输电线路安全稳定运行的影响。若舞动振幅超过设定值，则发出舞动预警。专利CN201010527167.5属于舞动振幅法。目前，专业气象台站提供的气象预报还无法精确到重要输电通道走廊附近，且气象阈值法未考虑舞动天过程持续时间的长短和舞动振幅大小的影响，导致舞动预警的客观性有所降低；舞动振幅法虽然可以估算舞动振幅的大小，基于动载荷与设计载荷、最小电气间隙与设计电气间隙数值间的比较结果做出预警。但是由于监测数据的实时性，导致舞动预警发出的时间非常有限，大大降低了调度和运维工作的准备时间，导致预警效果并不理想。因此，亟需针对重要输电通道构建一种既考虑舞动天气过程持续时间、又考虑舞动振幅大小的舞动预警方法，提高重要输电通道应对舞动灾害的能力，提高重要输电通道的安全稳定运行水平。

发明内容：

本发明的目的是提供一种输电通道舞动预警方法，为重要输电通道的安全稳定运行提供技术支撑。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种输电通道舞动预警方法，包括：

收集并整理包括重要输电通道相关信息以及输电线路覆冰舞动相关数据；

根据所述信息和数据模拟高分辨率气象要素；

根据所述气象要素的预测，预测舞动严重趋势；

根据所述信息建立重要输电通道内线路的有限元模型，根据所述气象要素的预测模拟重要输电通道的运行状态，通过所述有限元模型和所述运行状态预测舞动破坏趋势；

根据所述预测舞动严重趋势和预测舞动破坏趋势判断舞动预警。

所述相关信息包括通道内线路的具体结构参数、动载荷设计参数、电气间隙设计参数、走廊地形地貌和防舞措施安装情况；所述相关数据为重要输电通道的架空输电线路发生舞动时或者与重要输电通道所处地形和气候相同的架空输电线路发生舞动时的气象参量数值，包括温度、风速、主导风向、风向与线路走向夹角、湿度和覆冰厚度。

分析所述气象参量的数值，明确舞动发生时气象参量阈值区间；具有实测覆冰舞动所述气象参量的地区应依据实测数据确定导线舞动的所述气象参量阈值区间。

利用数值天气模式以及气象资料同化方式，开展细网格上与导线覆冰舞动的所述气象要素物理变量的模拟；在模拟过程中，综合考虑高分辨率的地形资料，并按照气象行业规范输出所述气象参量。

将重要输电通道走廊区域区分为若干个0.2km*0.2km的细网格，每个所述细网格由W_(i,j)代表，其中东西向分为i个，南北向分为j个；通过高分辨率气象要素模拟，每个细网格W_(i,j)均有温度、湿度、风速、风向、降水量和覆冰厚度的逐15分钟数据；

每日预报四次气象要素，起报时间为02点，08点，14点和20点；每次预报未来72小时，输出时间分辨率为逐15分钟。

当温度低于0℃时，导线覆冰厚度通过下式确定：

$R=K\[\frac{N}{\mathrm{\ρ}\mathrm{\π}}\sqrt{{\left({\mathrm{P\ρ}}_0\right)}^2+{\left(3.6VW\right)}^2}\]$

其中，K为覆冰厚度修正系数，R为覆冰厚度，N为冻雨过程的时间，P为过程降水率，ρ₀为水的密度，ρ为雨凇的密度，V为风速，W为液态水含量。

某年某月某日所述细网格W_(i,j)某时间的温度、湿度、风速和覆冰厚度预测数据分别为：T_{(i,j)(yyyy,mm,dd,h,k)}、H_{(i,j)(yyyy,mm,dd,h,k)}、W_{(i,j)(yyyy,mm,dd,h,k)}、R_{(i,j)(yyyy,mm,dd,h,k)}，其中yyyy、mm、dd、h和k分别代表年、月、日、小时和分钟的数值；其中小时h取02点，08点，14点和20点，分钟k取1-288；

当主导风向为北风，且温度、湿度、风速和覆冰厚度的值满足下式时，表示所述细网格W_(i,j)在第k个15分钟时满足舞动激发条件：

针对所述h时未来72小时的天气预报数据，整理筛选网格W_(i,j)的逐15分钟数据，判断出气象要素数值满足舞动激发条件的持续15分钟的最大数量N_{(i,j)(yyyy,mm,dd,h)}；所述舞动严重趋势预测通过下式判断：

所述重要输电通道的运行状态包括导地线动荷载、导地线振动幅值和电气间隙；所述舞动破坏趋势等级通过式下式判定：

发布重要输电通道所述舞动预警的Ⅰ级预警满足的下式条件所示：

同时满足F_Ⅲ级预警与W_Ⅲ级预警

所述重要输电通道所述舞动预警的Ⅱ级预警满足的下式条件所示：

所述重要输电通道所述舞动预警的Ⅲ级预警满足的下式条件所示：

和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果

1、本发明技术方案通过高分辨率天气模式模拟得到了重要输电通道走廊的天气要素数值，提高了舞动预警的准确性和针对性；

2、本发明技术方案考虑了舞动天气过程持续时间长短的影响，充分体现了舞动事件对电网影响的强弱程度；

3、本发明技术方案根据天气要素预报结果，并结合重要输电通道的地形地貌、线路结构参数和防舞动措施等计算舞动幅值，既可以提高舞动预警的时效性，又可以避免安装力传感器等在线监测装置对重要输电通道的影响；

4、本发明技术方案舞动预警同时考虑了舞动天气过程持续时间长短和舞动振动幅值大小，使得舞动预警结果更加可信，提高了舞动预警的实用性；

5、本发明技术方案高分辨率的舞动预警结果，可以针对重要输电通道的杆塔开展舞动预警，实用性强。

附图说明

图1为本发明实施例的方法流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。

实施例1：

本例的发明的目的在于克服现有重要输电通道舞动预警方法存在的缺点和不足，提供一种既考虑舞动天气过程持续时间、又考虑舞动振幅大小的重要输电通道舞动预警方法，为重要输电通道的安全稳定运行提供技术支撑。所述方法包括，如图1所示：

收集并整理包括重要输电通道相关信息以及输电线路覆冰舞动相关数据；

根据所述信息和数据模拟高分辨率气象要素；

根据所述气象要素的预测，预测舞动严重趋势；

根据所述信息建立重要输电通道内线路的有限元模型，根据所述气象要素的预测模拟重要输电通道的运行状态，通过所述有限元模型和所述运行状态预测舞动破坏趋势；

根据所述预测舞动严重趋势和预测舞动破坏趋势判断舞动预警。

具体方法为：

1、数据收集与整理

数据收集与整理包括重要输电通道相关信息以及输电线路覆冰舞动相关数据。

重要输电通道相关信息包括通道内线路的具体结构参数、动载荷设计参数、电气间隙设计参数、走廊地形地貌、防舞措施安装情况等。相关信息将作为有限元模拟计算的初始输入数据。

输电线路覆冰舞动相关数据包括重要输电通道或者与重要输电通道所处地形、气候等类似的架空输电线路发生舞动时的气象参量数值，包括温度、风速、主导风向、风向与线路走向夹角、湿度、覆冰厚度等。分析上述气象参量的数值，明确舞动发生时气象参量阈值区间。具有实测覆冰舞动相关气象参量的地区应依据实测数据确定导线舞动的气象参量阈值区间。其他地区可参考表1确定输电线路导线舞动阈值区间。

表1输电线路导线舞动的气象参量阈值区间

气象参量	阈值区间
		温度	-5-3℃
湿度	>80％
		风速	4-15m/s
主导风向	北风
		覆冰厚度	0-15mm

2、高分辨率气象要素模拟

利用最新的数值天气模式以及气象资料同化手段，如综合运用实时四维资料同化技术(RTFDDA)与天气研究预报模式WRF等，开展细网格上与导线覆冰舞动相关的气象要素如风速、风向、温度、湿度、降水量、覆冰厚度等物理变量的模拟。模拟过程中，综合考虑高分辨率的地形资料，并按照气象行业规范输出相关气象参量。每日预报四次气象要素，起报时间为02点，08点，14点，20点，每次预报未来72小时，输出时间分辨率为逐15分钟。

导线覆冰形状和覆冰量对覆冰舞动有着重要影响，因此将覆冰厚度作为考虑的气象参量之一。当温度低于0℃时，导线覆冰厚度由式(1)计算，其中K为覆冰厚度修正系数，R为覆冰厚度(mm)，N为冻雨过程的时间(h)，P为过程降水率(mm/h)，ρ₀为水的密度(1g/cm³)，ρ为雨凇的密度(0.9g/cm³)，V为风速(m/s)，

W为液态水含量(g/m³)，根据经验公式得到，W＝0.067P⁰ _. ⁸⁴⁶。

$R=K\[\frac{N}{\mathrm{\ρ}\mathrm{\π}}\sqrt{{\left({\mathrm{P\ρ}}_0\right)}^2+{\left(3.6VW\right)}^2}\]---\left(1\right)$

计算的是导线标准冰厚，所需参数数值均可在气象要素预报场中得到。覆冰厚度修正系数K通过分析实测导线覆冰长径和根据覆冰重量计算出的标准冰厚间的比例关系确定，一般取2～4。

将重要输电通道走廊区域区分为若干个0.2km*0.2km的细网格，每个细网格由W_(i,j)代表，其中东西向分为i个，南北向分为j个。可见，通过高分辨率气象要素模拟，每个细网格W_(i,j)均有温度、湿度、风速、风向、降水量、覆冰厚度的逐15分钟数据。

3、基于气象要素预测的舞动严重趋势预测

某年某月某日细网格W_(i,j)某时间的温度、湿度、风速和覆冰厚度预测数据分别为：T_{(i,j)(yyyy,mm,dd,h,k)}、H_{(i,j)(yyyy,mm,dd,h,k)}、W_{(i,j)(yyyy,mm,dd,h,k)}、R_{(i,j)(yyyy,mm,dd,h,k)}，其中yyyy、mm、dd、h和k分别代表年、月、日、小时和分钟的数值。其中小时h取02点，08点，14点，20点，分钟k取1-288。

当主导风向为北风，且温度、湿度、风速和覆冰厚度的值满足式(2)时，表示细网格W_(i,j)在第k个15分钟时满足舞动激发条件。

针对h时未来72小时的天气预报数据，整理筛选网格W_(i,j)的逐15分钟数据，判断出气象要素数值满足舞动激发条件的持续15分钟的最大数量N_{(i,j)(yyyy,mm,dd,h)}。基于气象要素的舞动严重趋势通过式(3)判断：

4、基于有限元模拟的舞动破坏趋势预测

根据步骤1获取的重要输电通道资料，包括线路结构参数、设计参数、防舞装置加装情况等，构建重要输电通道内线路的有限元模型。

将步骤3获取的h时的气象预报数据，包括风速、风向、降水、覆冰厚度等作为输入条件，模拟计算重要输电通道的运行状态，如导地线动荷载、导地线振动幅值等。基于有限元模拟的舞动破坏趋势等级通过式(4)、(5)、(6)和(7)判定：

5、舞动预警判断

发布重要输电通道舞动预警需要综合考虑气象要素预测的舞动预警等级和基于有限元计算的舞动预警等级，做出重要输电通道舞动预警。Ⅰ级预警、Ⅱ级预警和Ⅲ级预警分别满足的条件如式(8)、(9)、(10)所示：

同时满足F_Ⅲ级预警与W_Ⅲ级预警(8)

重要输电通道的舞动预警结果应该由预报员和生产运维人员根据经验会商决定。

根据上述步骤，可以提供每天02点，08点，14点，20点未来6小时、12小时、24小时、36小时、48小时、72小时的舞动预警。其他等级的输电线路也可以参照本方法开展舞动预警。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员尽管参照上述实施例应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种输电通道舞动预警方法，其特征在于：包括：

收集并整理包括重要输电通道相关信息以及输电线路覆冰舞动相关数据；

根据所述信息和数据模拟高分辨率气象要素；

根据所述气象要素的预测，预测舞动严重趋势；

根据所述信息建立重要输电通道内线路的有限元模型，根据所述气象要素的预测模拟重要输电通道的运行状态，通过所述有限元模型和所述运行状态预测舞动破坏趋势；

根据所述预测舞动严重趋势和预测舞动破坏趋势判断舞动预警。

2.如权利要求1所述的一种输电通道舞动预警方法，其特征在于：所述重要输电通道相关信息包括通道内线路的具体结构参数、动载荷设计参数、电气间隙设计参数、走廊地形地貌和防舞措施安装情况；所述输电线路覆冰舞动相关数据为重要输电通道的架空输电线路发生舞动时或者与重要输电通道所处地形和气候相同的架空输电线路发生舞动时的气象参量数值，包括温度、风速、主导风向、风向与线路走向夹角、湿度和覆冰厚度。

3.如权利要求2所述的一种输电通道舞动预警方法，其特征在于：分析所述气象参量的数值，明确舞动发生时气象参量阈值区间；具有实测覆冰舞动所述气象参量的地区应依据实测数据确定导线舞动的所述气象参量阈值区间。

4.如权利要求1所述的一种输电通道舞动预警方法，其特征在于：利用数值天气模式以及气象资料同化方式，开展细网格上与导线覆冰舞动的所述气象要素物理变量的模拟；在模拟过程中，综合考虑高分辨率的地形资料，并按照气象行业规范输出所述气象参量。

5.如权利要求4所述的一种输电通道舞动预警方法，其特征在于：将重要输电通道走廊区域区分为若干个0.2km*0.2km的细网格，每个所述细网格由W_(i,j)代表，其中东西向分为i个，南北向分为j个；通过高分辨率气象要素模拟，每个细网格W_(i,j)均有温度、湿度、风速、风向、降水量和覆冰厚度的每15分钟数据；

每日预报四次气象要素，起报时间为02点，08点，14点和20点；每次预报未来72小时，输出时间分辨率为逐15分钟。

6.如权利要求5所述的一种输电通道舞动预警方法，其特征在于：当温度低于0℃时，导线覆冰厚度通过下式确定：

其中，K为覆冰厚度修正系数，R为覆冰厚度，N为冻雨过程的时间，P为过程降水率，ρ₀为水的密度，ρ为雨凇的密度，V为风速，W为液态水含量。

7.如权利要求4所述的一种输电通道舞动预警方法，其特征在于：某年某月某日所述细网格W_(i,j)某时间的温度、湿度、风速和覆冰厚度预测数据分别为：T_{(i,j)(yyyy,mm,dd,h,k)}、H_{(i,j)(yyyy,mm,dd,h,k)}、W_{(i,j)(yyyy,mm,dd,h,k)}、R_{(i,j)(yyyy,mm,dd,h,k)}，其中yyyy、mm、dd、h和k分别代表年、月、日、小时和分钟的数值；其中小时h取02点，08点，14点和20点，分钟k取1-288；

当主导风向为北风，且温度、湿度、风速和覆冰厚度的值满足下式时，表示所述细网格W_(i,j)在第k个15分钟时满足舞动激发条件：

8.如权利要求7所述的一种输电通道舞动预警方法，其特征在于：针对所述h时未来72小时的天气预报数据，整理筛选网格W_(i,j)的逐15分钟数据，判断出气象要素数值满足舞动激发条件的持续15分钟的最大数量N_{(i,j)(yyyy,mm,dd,h)}；所述舞动严重趋势预测通过下式判断：

。

9.如权利要求8所述的一种输电通道舞动预警方法，其特征在于：所述重要输电通道的运行状态包括导地线动荷载、导地线振动幅值和电气间隙；所述舞动破坏趋势等级通过式下式判定：

10.如权利要求9所述的一种输电通道舞动预警方法，其特征在于：发布重要输电通道所述舞动预警的Ⅰ级预警满足的下式条件所示：

同时满足F_Ⅲ级预警与W_Ⅲ级预警

所述重要输电通道所述舞动预警的Ⅱ级预警满足的下式条件所示：

所述重要输电通道所述舞动预警的Ⅲ级预警满足的下式条件所示：