CN106845698A - 一种台风影响电网断线率的预测方法 - Google Patents

一种台风影响电网断线率的预测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及气象预警领域，具体是一种台风影响电网断线率的预测方法，包括以下步骤：（1）基础信息收集；（2）计算导线上的台风风速；（3）计算台风导致的导线断线故障率。本发明提供的台风影响电网断线率的预测方法，改变了传统的在线安全分析功能采用不变的预想故障表，通过计算得到台风影响电网断线率，实现在线预警，对强台风带来的灾害进行预警，可以按各潜在的故障关注度的大小排序，便于人们及时采取营救措施。

Description

一种台风影响电网断线率的预测方法
技术领域
本发明涉及气象预警领域，具体是一种台风影响电网断线率的预测方法。
背景技术
中国是台风危害最严重的国家之一，强台风灾害的概率虽然不大，但是发生后却会造成群发性的电网断线，甚至在其他阻塞的推波助澜下演化成电力灾难，其风险不容忽视，为了计算台风及其发生灾害对线路故障率的影响，目前通常采用统计数据，但是难以实现在线预警，无法及时准确的对强台风带来的灾害进行预警。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种台风影响电网断线率的预测方法，具体技术方案如下：
一种台风影响电网断线率的预测方法包括以下步骤：
(1)基础信息收集：收集基础信息，包括气象信息、地形地质信息及电网设备信息；
(2)计算导线上的台风风速：根据步骤(1)中收集到的基础信息对导线上的台风风速进行计算：
①台风路径预测：根据实时数据及气象预报信息，预警台风走向、速率和最大风险的变化率以及下一时刻台风中心位置及最大风速；
②台风风场计算：台风风场某点的背景风速V等于移动风速分量Vd和环流风速分量Vt的向量和：V＝Vd+Vt，其中：
移动风速Vd计算：式中：V0为台风中心移动风速，Rmax为最大风速半径，r为台风风场中某点到台风中心的距离；
环流风速Vr计算：
当r小于Rmax时，
当r大于Rmax时，式中：Vmax为最大风速值；
(3)计算台风导致的导线断线故障率：将导线视为铰链，并假设导线的荷载沿长度均匀分布，故采用斜抛物线计算相关参数；
①在水平风V作用下，忽略顺线路方向的风荷载，每档导线上垂直于导线方向的水平风荷载W1为：
W1＝0.625a1μ1N’LDV2sin2θ*10-3，式中：a1为导线风压不均匀系数；μ1为导线体型系数；N’为相导线分裂数；L为导线在风荷载下的长度；D为导线外径；θ为风向与导向方向的夹角；
②在风作用下该档导线的总荷载Q及总比载γ分别为：
其中G为导线自重；
③由斜抛物线公式计算导线在风荷载下的长度L为：
式中：l为该档线路挡距；β为悬点间高差角；δ0为风荷载下导线的水平应力；
④该档导线最大应力
式中：lm为导线最低点到较高杆塔的水平距离；
⑤采用指数函数拟合导线路风荷载过载断线故障P1与导线最大应力δm间的关系：
当δm＜μ1δ1时，
当δm≥μ1δ1时，P1＝0.01；
其中μ1δ1为导线所能承受的极限应力，δ1为导线的设计应力，μ1为导线的安全系数，K1和T1为与线路参数相关的常数。
进一步，所述步骤(1)中所述气象信息包括历史信息、实时检测和预报信息。
进一步，所述步骤(1)中所述电网设备信息包括导线的风压不均匀系数a1、导线的安全系数μ1、导线分裂数N’、导线外径D。
进一步，所述步骤(2)采用GIS模拟台风走向、速率和最大风险的变化率以及下一时刻台风中心位置及最大风速。
进一步，所述步骤(2)中所述实时数据包括台风中心移动风速V0、最大风速半径Rmax台风风场中某点到台风中心的距离r、最大风速值Vmax、该档线路挡距l、悬点间高差角β、风荷载下导线的水平应力δ0、导线外径D、风向与导向方向的夹角θ、导线自重G以及导线最低点到较高杆塔的水平距离lm。
进一步，步骤(2)中通过线性插值法计算台风走向、速率和最大风险的变化率以及下一时刻台风中心位置及最大风速。
进一步，步骤(3)的①和②之间还包括：在山坡处则应考虑导线上的垂直风荷载FV：
FV＝0.625a1μ1N’LDVV 2*10-3，式中：VV为垂直线路向上的风速。
本发明的有益效果为：本发明提供的一种台风影响电网断线率的预测方法，改变了传统的在线安全分析功能采用不变的预想故障表，通过计算得到台风影响电网断线率，实现在线预警，对强台风带来的灾害进行预警，可以按各潜在的故障关注度的大小排序，便于人们及时采取营救措施。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的技术方案，下面结合优选实施例对本发明作进一步的详细说明：
一种台风影响电网断线率的预测方法，包括以下步骤：
(1)基础信息收集：收集与台风有关的基础信息，包括气象信息、地形地质信息及电网设备信息等，其中所述气象信息包括历史信息、实时检测和预报信息；所述电网设备信息包括导线的风压不均匀系数a1、导线体型系数μ1、导线分裂数N’、导线外径D等。
(2)计算导线上的台风风速：根据步骤(1)中收集到的基础信息，对导线上的台风风速进行计算：
①台风路径预测，根据实时数据及气象预报等信息，采用GIS(地理信息系统Geographic Information System)模拟台风走向、速率和最大风险的变化率以及下一时刻台风中心位置及最大风速，通过线性插值法计算台风走向、速率和最大风险的变化率以及下一时刻台风中心位置及最大风速。
②台风风场计算，台风风场某点的背景风速，即离地10m高的风速V等于移动风速分量Vd和环流风速分量Vt的向量和：
V＝Vd+Vt，其中：
移动风速Vd计算：
式中：V0为台风中心移动风速，Rmax为最大风速半径，r为台风风场中某点到台风中心的距离；
环流风速Vr计算：
当r小于Rmax时，
当r大于Rmax时，
式中：Vmax为最大风速值；
3)计算台风导致的导线断线故障率：
将导线视为铰链，并假设导线的荷载沿长度均匀分布，故采用斜抛物线计算相关参数；
①在水平风V作用下，忽略顺线路方向的风荷载，每档导线上垂直于导线方向的水平风荷载W1为：
W1＝0.625a1μ1N’LDV2sin2θ*10-3；
式中：a1为导线风压不均匀系数，中国标准取值为0.61；μ1为导线体型系数，通常取值1.2；N’为相导线分裂数，其取值一般不超过4；L为导线在风荷载下的长度；D为导线外径；θ为风向与导向方向的夹角；
在平原地区或大尺度地形环境的研究中，一般只考虑W1；
②但是在山坡处则应考虑导线上的垂直风荷载FV：
FV＝0.625a1μ1N’LDVV 2*10-3
式中：VV为垂直线路向上的风速；
③在风作用下该档导线的总荷载Q及总比载γ分别为：
其中G为导线自重；
④由斜抛物线公式计算导线在风荷载下的长度L为：
式中：l为该档线路挡距；β为悬点间高差角；δ0为风荷载下导线的水平应力；
⑤该档导线最大应力
式中：lm为导线最低点到较高杆塔的水平距离；
⑥采用指数函数拟合导线路风荷载过载断线故障P1与导线最大应力δm间的关系：
当δm＜μ1δ1时，
当δm≥μ1δ1时，P1＝0.01；
其中μ1δ1为导线所能承受的极限应力，δ1为导线的设计应力，μ1为导线的安全系数，规程规定导线的设计安全系数不应小于2.5；在采取防振措施的情况下，安全系数不应小于4.0，K1和T1为与线路参数相关的常数，通常K1取值0.85，T1取值3.06。
实施例一
(1)基础信息收集：收集与台风有关的基础信息，包括气象信息、地形地质信息及电网设备信息等，其中所述气象信息包括历史信息、实时检测和预报信息；所述电网设备信息包括导线的风压不均匀系数a1、导线体型系数μ1、导线分裂数N’、导线外径D等。
(2)计算导线上的台风风速：根据步骤(1)中收集到的基础信息，对导线上的台风风速进行计算：
①台风路径预测，根据历史数据、实时数据及气象预报等信息，采用GIS(地理信息系统Geographic Information System)模拟台风走向、速率和最大风险的变化率以及下一时刻台风中心位置及最大风速，或者通过线性插值法计算台风走向、速率和最大风险的变化率以及下一时刻台风中心位置及最大风速。
②台风风场计算，台风风场某点的背景风速，即离地10m高的风速V等于移动风速分量Vd和环流风速分量Vt的向量和：
V＝Vd+Vr，其中：
移动风速Vd计算：
其中，假定台风中心移动风速V0为10m/s，最大风速半径Rmax为10m，台风风场中某点到台风中心的距离r为100m；
环流风速Vr计算：
当r大于Rmax时，
其中，假定最大风速值Vmax为20m/s。
3)计算台风导致的导线断线故障率：
将导线视为铰链，并假设导线的荷载沿长度均匀分布，故采用斜抛物线计算相关参数；
①在水平风V作用下，忽略顺线路方向的风荷载，每档导线上垂直于导线方向的水平风荷载W1为：
W1＝0.625a1μ1N’LDV2sin2θ*10-3＝0.625*.061*1.2*4*L*(2+10e-π)2*0.25*10-3＝0.0108L；
其中：a1为导线风压不均匀系数，中国标准取值为0.61；μ1为导线体型系数，通常取值1.2；N’为相导线分裂数，其取值一般不超过4；L为导线在风荷载下的长度；假定导线外径D为0.05m；风向与导向方向的夹角θ为30°；
在平原地区或大尺度地形环境的研究中，一般只考虑W1；
②但是在山坡处则应考虑导线上的垂直风荷载FV：
FV＝0.625a1μ1N’LDVV 2*10-3＝0.625*.061*1.2*4*L*25*10-3＝0.04575L
其中：假定垂直线路向上的风速VV为5m/s。
③在风作用下该档导线的总荷载Q及总比载γ分别为：
其中G为导线自重；
④由斜抛物线公式计算导线在风荷载下的长度L为：
其中：假定该档线路挡距l为5m；悬点间高差角β为60°；风荷载下导线的水平应力δ0,只要测定δ0的数值，以上关系式均只有一个未知数L，通过上述方程即可求得L的具体数值，为常规技术特征，此处不再详细求出L的具体值。
⑤该档导线最大应力
其中：假定导线最低点到较高杆塔的水平距离lm为5m，上述关系式为关于L的关系式，得到L的数值，即可得到δm,此处不再详细求出δm的具体数值。
⑥采用指数函数拟合导线路风荷载过载断线故障P1与导线最大应力δm间的关系：
当δm＜μ1δ1时，
当δm≥μ1δ1时，P1＝0.01；
其中μ1δ1为导线所能承受的极限应力，δ1为导线的设计应力，μ1为导线的安全系数，规程规定导线的设计安全系数不应小于2.5；在采取防振措施的情况下，安全系数不应小于4.0，K1和T1为与线路参数相关的常数，通常K1取值0.85，T1取值3.06。
本发明不局限于以上所述的具体实施方式，以上所述仅为本发明的较佳实施案例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种台风影响电网断线率的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）基础信息收集：收集基础信息，包括气象信息、地形地质信息及电网设备信息；
（2）计算导线上的台风风速：根据步骤（1）中收集到的基础信息对导线上的台风风速进行计算：
台风路径预测：根据实时数据及气象预报信息，预警台风走向、速率和最大风险的变化率以及下一时刻台风中心位置及最大风速；
台风风场计算：台风风场某点的背景风速V等于移动风速分量Vd和环流风速分量Vt的向量和：V=Vd+Vt，其中：
移动风速Vd计算：，式中：V0为台风中心移动风速，Rmax为最大风速半径，r为台风风场中某点到台风中心的距离；
环流风速Vr计算：
当r小于Rmax时，Vr=；
当r大于Rmax时，Vr=；式中：Vmax为最大风速值；
（3）计算台风导致的导线断线故障率：将导线视为铰链，并假设导线的荷载沿长度均匀分布，故采用斜抛物线计算相关参数；
在水平风V作用下，忽略顺线路方向的风荷载，每档导线上垂直于导线方向的水平风荷载W1为：
W1=0.625a1μ1N’LDV2sin2θ*10-3，式中：a1为导线风压不均匀系数；μ1为导线体型系数；N’为相导线分裂数；L为导线在风荷载下的长度；D为导线外径；θ为风向与导向方向的夹角；
在风作用下该档导线的总荷载Q及总比载γ分别为：
，
，其中G为导线自重；
由斜抛物线公式计算导线在风荷载下的长度L为：
，
式中：l为该档线路挡距；β为悬点间高差角；δ0为风荷载下导线的水平应力；
该档导线最大应力，式中：lm为导线最低点到较高杆塔的水平距离；
采用指数函数拟合导线路风荷载过载断线故障P1与导线最大应力δm间的关系：
当δm＜μ1δ1时，；
当δm≥μ1δ1时，P1=0.01；
其中μ1δ1为导线所能承受的极限应力，δ1为导线的设计应力，μ1为导线的安全系数，K1和T1为与线路参数相关的常数。
2.根据权利要求1所述的一种台风影响电网断线率的预测方法，其特征在于：所述步骤（1）中所述气象信息包括历史信息、实时检测和预报信息。
3.根据权利要求1所述的一种台风影响电网断线率的预测方法，其特征在于：所述步骤（1）中所述电网设备信息包括导线的风压不均匀系数a1、导线的安全系数μ1、导线分裂数N’、导线外径D。
4.根据权利要求1所述的一种台风影响电网断线率的预测方法，其特征在于：所述步骤（2）采用GIS模拟台风走向、速率和最大风险的变化率以及下一时刻台风中心位置及最大风速。
5.根据权利要求1所述的一种台风影响电网断线率的预测方法，其特征在于：所述步骤（2）中所述实时数据包括台风中心移动风速V0、最大风速半径Rmax台风风场中某点到台风中心的距离r、最大风速值Vmax、该档线路挡距l、悬点间高差角β、风荷载下导线的水平应力δ0、导线外径D、风向与导向方向的夹角θ、导线自重G以及导线最低点到较高杆塔的水平距离lm。
6.根据权利要求1所述的一种台风影响电网断线率的预测方法，其特征在于：步骤（2）中通过线性插值法计算台风走向、速率和最大风险的变化率以及下一时刻台风中心位置及最大风速。
7.根据权利要求1所述的一种台风影响电网断线率的预测方法，其特征在于：步骤（3）的和之间还包括：在山坡处则应考虑导线上的垂直风荷载FV：
FV=0.625a1μ1N’LDVV 2 *10-3，式中：VV为垂直线路向上的风速。
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