CN108197395A - 一种输电线路总荷载模型的构建方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种输电线路总荷载模型的构建方法和应用。本发明是基于结构可靠性相关理论及风、雨荷载的随机特性特点，创新性地提出了铁塔风荷载反作用影响因子、雨荷载反作用影响因子、铁塔风雨荷载反作用影响因子等3中反作用影响因子，用以对输电线路在风荷载单独作用下的断线概率模型、雨荷载单独作用下的断线概率模型、风雨荷载共同作用下输电线路断线概率模型进行修正、优化，使模型更加完善，计算更加精准。
Description
技术领域
本发明属于电力系统可靠性、气象信息技术领域，特别涉及一种输电线路总荷载模型的构建方法和应用。
背景技术
暴露在大气环境中的输电线路极易受到强风、暴雨、山火等自然灾害的影响；例如，强台风登陆经常对沿海地区的电力设备造成巨大危害；此外，强风雨荷载的共同作用更会导致输电线路断线、铁塔倒塔事故的发生。而强风、暴雨又具有随机性、不确定、季节性等特点，增加了对其进行防御的难度。
目前，有关风、雨荷载对输电线路影响的研究较多，但有关风雨荷载共同作用对输电线路影响的研究相对较少。有些学者提出了基于极端学习机和广义极值分布的风暴灾害下输电线路断线概率预测模型，可实现风暴灾害下输电线路的实时断线概率预测，但其准确性不高。还有学者建立了“三塔两跨”有限元分析模型，提出了雨荷载的计算方法以及与风湍流共同作用于架空输电线路的荷载组合原则，分析了输电铁塔、导(地)线和结构体系的结构动力特性及其相互关系，采用数值模拟方法，建立了设计与灾害荷载的不同工况组合，在时域对输电杆塔的动力响应规律进行了分析。但并没有建立风雨共同作用下输电线路断线概率模型。还有学者建立了输电塔的精细化有限元分析模型，研究了在风单独作用与风雨共同作用下的输电塔体系的动力响应，探讨了雨荷载对输电塔体系动力响应的影响，且雨荷载激励对输电塔的影响不能忽略，但没有考虑风雨荷载共同作用下输电线路可靠性问题。还有学者提出一套完整有效的分析杆塔结构在环境荷载作用下发生疲劳损伤、疲劳破坏的可靠度分析方法，但没有给出输电线路断线求解模型。
综上所述，有必要对风雨荷载共同作用下的输电线路可靠性-输电线路断线概率进行模型构建方面的研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种输电线路总荷载模型的构建方法和应用。本发明是基于结构可靠性相关理论及风、雨荷载的随机特性特点，创新性地提出了铁塔风荷载反作用影响因子、雨荷载反作用影响因子、铁塔风雨荷载反作用影响因子等3种反作用影响因子，用以对输电线路在风荷载单独作用下的断线概率模型、雨荷载单独作用下的断线概率模型、风雨荷载共同作用下输电线路断线概率模型进行修正、优化，使模型更加完善，计算更加精准。
为此，本发明技术方案如下：
第一方面，本发明提供一种输电线路总荷载模型的构建方法，包括以下步骤：
1)构建铁塔构件承受风压的有效面积As：
其中，h为构建段高度；D1,D2分别为杆身构建风压段的顶径及根径；b1,b2分别为铁塔塔身构建段的上宽和下宽；为铁塔构架的填充系数；
2)构建铁塔风荷载反作用影响因子λTW：
其中，V0＝30m/s；μz为风压高度变化系数，其与地面粗糙程度有关，一般取值为0.6～3.1；μs为铁塔构件的体型系数，一般取值为0.8-1.0；βz为铁塔风荷载调整系数,一般取值为1.6～1.8；B为覆冰时风荷载增大系数，一般取值为1.1～1.2。可以看出，铁塔风荷载反作用影响因子与铁塔当前所受风荷载的大小、铁塔风荷载设计值(最大承受风压)有关。
3)构建t时刻输电线路风荷载FLWM(t)：
其中，α为风压不均匀系数，一般取值为0.7～1.0；μsc为导线或地线的体型系数，当线径小于17mm或覆冰时(不论线径大小)取值1.2，线径大于或等于17mm时，取值1.1；βc为导线及地线风荷载调整系数，一般取值为1.0；lh为铁塔的水平档距；d为导线或地线的外径(分裂导线取所有子导线外径的总和)或覆冰时的计算外径；θ为风向与导线或地线方向之间的夹角。
由于风是空气相对于地面的运动，风速越大，对结构产生的荷载越大，从而使结构形成较大的振动、变形、断裂。因此，风荷载是各种工程结构的重要设计荷载。根据GB50545-2010《110kV～750kV架空输电线的设计标准》，t时刻输电线路的风荷载值FLW(t)的表达式为：
由式(5-1)可知，风速越大，输电线路风荷载值越大；当其值大于输电线路最大承受力时，就可能发生断线事故。在实际工作中，即使当其值没有超过输电线路最大承受力时，也经常会发生断线事故。这是由于输电线路与铁塔是紧密耦合的，当风对输电线路作用的同时，势必对与此输电线路相连的铁塔产生影响(摇晃、倾斜等)，而铁塔又反作用于输电线路，进而增加了输电线路的承受荷载。
鉴于以上原因，在计算输电线路的风荷载时必须考虑风荷载作用于铁塔时，铁塔反作用于输电线路造成的影响，因此得出公式(5)；
由式(5)及结构可靠性相关理论可知，当t时刻输电线路风荷载值FLWM(t)与输电线路自重LG之矢量和大于(等于)输电线路的最大承受力LDesMax时，则可能发生断线事故，即风荷载下输电线路断线概率为：当t时刻输电线路风荷载值FLWM(t)与输电线路自重LG之矢量和小于输电线路的最大承受力LDesMax时，则风荷载下输电线路的断线概率为：PLWind＝0；
4)构建风荷载单独作用下输电线路的断线概率模型PLWord：
其中，为t时刻输电线路风荷载FLWM(t)和输电线路自重LG的矢量和；
fLDesMax(r)为输电线路强度(最大承受力)概率密度函数且服从正态分布。
5)构建铁塔雨荷载反作用影响因子λTR：
λTR＝γTR×λTer＝γTRγTerCtercoef×Cwatcoef (7)
其中，γTer为地形、水系影响因子的权重；γTR为地理地貌因子权重；Ctercoef为地形影响因子，Cwatcoef水系影响因子；
铁塔雨荷载会对输电线路产生影响，主要是因为降雨有可能导致铁塔所在位置或其附近区域发生洪水、泥石流、山体滑坡等地质灾害，导致铁塔基础受损，甚至造成铁塔倾斜或倒塌，致使输电线路断线；而海拔高度、地形起伏情况、江河水网密度及地质条件等都与暴雨成灾相关较密切的地理地貌因子。一般而言，海拔越高的地区相对不易出现大范围积水，而海拔较低的地区发生渍涝的概率较大。如果地形起伏较大，说明局地地势有高有低，不容易形成大面积水淹现象；反之，则容易发生积水和洪涝。江河、水网密度越大，则发生涝灾的概率越大。暴雨是否引发泥石流、滑坡等地质灾害与地质条件息息相关。
地形影响因子Ctercoef反映了地形起伏变化，求解方法为：从某省GIS数据中提取高程数据，对100m×100m的栅格网进行领域8个网格计算标准差得到。高程越低，标准差越小，则表示地形越趋于平坦，越易成灾，地形影响因子Ctercoef值越大，如表所示。
表1地形影响因子取值组合
水系影响因子Cwatcoef主要与河网密度和距离水体的远近有关。河网密度采用100m×100m的网格进行计算。距离水体远近的影响则用GIS中的计算缓冲区功能实现，其中河流按照一级河流和二级河流进行缓冲区划分，湖泊水库按照水域面积划分缓冲区，且分别分为一级缓冲区和二级缓冲区，并给予0～1之间适当的影响因子值(例如可以是0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1)。影响因子值按照一级河流和大型水体的一级缓冲区内赋值最大，二级河流和小型水体的二级缓冲区赋值最小的原则给定，如表和表所示。计算河网密度和距离水体远近的影响并消除量纲后，采用加权综合评价法求水系影响因子Cwatcoef，且权值各取0.5。
表2河流缓冲区等级和宽度划分标准
综上可知，地理地貌因子λTer的计算表达式为：
λTer＝γTerCtercoef×Cwatcoef (7-1)
从而进一步得出式(7)；
6)构建t时刻输电线路雨荷载FLRM(t)：
其中，ρ为雨滴的密度；d为雨滴直径；b为元件迎雨面的面积；n为单位体积内直径为d的雨滴个数；Vs(t)为雨滴的末速度；降雨一般对输电线路的影响较小，而暴雨、大暴雨对输电线路的影响不容小觑。由于降雨强度的不同对输电线路的影响不同，且本文分析的是短时间内风雨的共同作用对输电线路的影响，因此采用每小时的降雨量作为标准对降雨进行分类，如表所示。
表4降雨的分类
由于小雨、中雨等对输电线路的影响较小(可忽略)，因而本发明以暴雨为基准计算雨荷载对输电线路的影响。利用文献给出的模型计算t时刻输电线路雨荷载值FLR(t)，其表达式为：
然而，式(8-1)仍没有考虑雨荷载在影响铁塔的同时，铁塔反作用于与其相连的输电线路，从而对输电线路造成的影响。鉴于此，计算铁塔雨荷载反作用影响因子λTR的t时刻输电线路雨荷载的计算模型如式(8)所示；
7)当t时刻输电线路雨荷载值FLRM(t)与输电线路自重LG之矢量和大于(等于)输电线路的最大承受力LDesMax时，则可能会发生断线事故，即断线概率
当t时刻输电线路雨荷载值FLRM(t)与输电线路自重LG之矢量和小于输电线路的最大承受力LDesMax时，则输电线路的断线概率PLRain＝0。
因此，构建雨荷载单独作用下断线概率模型PLRain：
其中，为t时刻输电线路雨荷载值FLRM(t)与输电线路自重LG的矢量和(不考虑风偏)，其计算表达式为：如图1所示，其中X轴为输电线路方向(走向)，Y轴为风速方向；Z轴为雨滴下落的反方向。LDesMax为输电线路的最大承受力。
8)一般来说，降雨往往与风结伴而来；上文所述的铁塔风荷载反作用影响因子λTW及铁塔雨荷载反作用影响因子λTR，只是考虑了风荷载或雨荷载单独作用下的情形，而未考虑风雨荷载共同作用下铁塔对输电线路的反作用影响，是不完善的。因而，构建风雨荷载共同作用下铁塔风雨荷载反作用影响因子λTWR：
λTWR＝γTWR exp(λTW·λTR) (10)
其中，γTWR为风雨荷载共同作用下铁塔对输电线路反作用影响修正系数；
9)风雨共同作用下输电线路所受荷载包括风荷载FLWM(t)、雨荷载FLRM(t)和输电线路自重LG三部分组成。风荷载和雨荷载是随着时间变化的，但当时间确定时，风雨荷载则为固定值(常数)。输电线路自重为(永久荷载)固定荷载，呈正态分布。由概率分布函数的特征可知，若随机变量x服从正态分布f(x)，其均值和均方差分别为μ和δ，则变量x+a也同样服从正态分布，且均值和方差分别为μ+a和δ，其中a为常数。
风雨荷载对输电线路共同作用既有水平方向的作用力，也有竖直方向的作用力。为较准确的计算风雨荷载共同作用对输电线路的影响，需要进行矢量合成，则t时刻输电线路在风雨荷载共同作用下的总荷载LTotalLoad(t)，其表达式为：
其中，LG为输电线路自重；式(11-2)的具体求解过程如图2所示，其中X轴为输电线路方向(走向)，Y轴为风速方向；Z轴为雨滴下落的反方向。其中Vrain为雨速，Vwind为风速，为雨速、风速的矢量和，表达式为：t时刻输电线路在风雨荷载共同作用下的总荷载LTotalLoad(t)为t时刻输电线路风荷载FLWM(t)、输电线路雨荷载FLRM(t)以及输电线路自重LG的矢量和，具体表达式为：
然而，式(11-1)并未考虑风雨荷载共同作用下，铁塔对对输电线路的反作用影响。因此，构建t时刻输电线路在风雨荷载共同作用下的总荷载LTotalLoadM(t)：
其中，LG为输电线路自重。同时由IEC60826标准可知，输电线路自重(固定荷载)服从正态分布，其均值和标准差分别为：μG和δG，由正态分布函数的特征可知，总荷载在t时刻也服从正态分布，其均值和方差分别为：λTWR×(μG+FLWM(t)+FLRM(t))和λTWR 2×δG；
10)根据结构可靠性的相关理论可知，当t时刻输电线路所承受的总荷载LTotalLoadM(t)小于输电线路的最大承受力LDesMax，则不会发生断线事故，即风雨共同作用下断线概率PLWiRa(t)＝0；当t时刻输电线路所承受的总荷载LTotalLoadM(t)大于等于输电线路的最大承受力LDesMax，则有可能发生故障，即风雨共同作用下断线概率：
PLWiRa(t)＝P(LDesMax-LTotalLoadM(t)＜0) (12-1)
由IEC标准可知，输电线路最大承受力LDesMax是服从正态分布的随机变量，而输电线路的总荷载LTotalLoadM(t)在t时刻也服从正态分布，且两者是相互独立的。因而两者的联合概率密度函数fLWiRai可表示为：
fLWiRai＝fLDesMax(m)·fLTotalLoadM(t) (12-2)
那么式(12-1)可进一步表示为：
FLTotalLoadM(s)为fLTotalLoadM(s)的累积分布函数。又由于输电线路最大承受力服从正态分布，因而式(12-2)可进一步表示为：
μLWiRai，σLWiRai分别为联合概率密度函数的均值和标准差，且μLWiRai＝μLDesMax-μLTotalLoadM
，μLDesMax，μLTotalLoadM分别为输电线路最大承受力和总荷载概率密度函数的均值， 分别为输电线路最大承受力和总荷载概率密度函数的方差。基于此，式(12-3)可进一步表示为：
令则将式(12-5)化为标准正态分布：
即输电线路的断线概率：
因此，构建风雨荷载共同作用下断线概率模型：
其中，t时刻输电线路所承受的总荷载LTotalLoadM(t)；输电线路的最大承受力LDesMax；μLWiRai，σLWiRai分别为联合概率密度函数的均值和标准差；
11)步骤10)所述计算过程求解的是一段线路断线概率，对于具有n个档距的一整条输电线的断线概率而言，相当于n段线路的串联，如图所示。
因此，构建一整条输电线的断线概率模型：
其中，为整条输电线的串联等效断线概率，为前n-1段线路的串联等效断线概率，pLWiRa(n)(t)为第n段线路的断线概率。
优选地，步骤1)中为0.1-1.2，例如可以是0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1或1.2，一般窄基塔身和塔头取0.2～0.3，宽基塔身取0.15～1.2。
优选地，步骤2)中βz(铁塔风荷载调整系数)≥1.8，如表5所示，当铁塔全高超过60m时，铁塔风荷载调整系数应按照《建筑结构荷载规范》GB 50009采用自下到上逐段增大的数值，但其加权平均值对自立式铁塔不应小于1.6，对单柱拉线铁塔不应小于1.8，例如可以是1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9或3.0。
表5铁塔风荷载调整系数βz
(《建筑结构荷载规范》GB 50009)
优选地，μz的取值为0.6～3.1，例如可以是0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0或3.1；
优选地，μs的取值为0.8-1.0，例如可以是0.80、0.82、0.84、0.86、0.88、0.90、0.92、0.94、0.96、0.98或1.0；
优选地，B的取值为1.1-1.2，例如可以是1.11、1.12、1.13、1.14、1.15、1.16、1.17、1.18、1.19或1.20；
优选地，在步骤3)中，α的取值为0.7-1.0，例如可以是0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95或1.0；
优选地，μsc为导线或地线的体型系数，当线径小于17mm或覆冰时取值1.2，线径大于或等于17mm时，取值1.1。
优选地，步骤4)中，
优选地，为FLWM(t)和LG之间的夹角，如图所示，其中X轴为输电线路方向(走向)，Y轴为风速方向；Z轴为雨滴下落的反方向。fLDesMax(r)为输电线路强度(最大承受力)概率密度函数且服从正态分布。
优选地，输电线路自重：LG＝LvG0g，G0为输电线路单位长度质量；
优选地，g＝10m/s2；
优选地，LV为输电线路垂直档距；
优选地，步骤5)中，γTR和γTer采用层次分析法进行确定；
优选地，确定γTR和γTer的具体方法为：
a)建立递接层次结构，b)构造判断矩阵，层次结构反映了因子之间的关系，可对因子进行两两比较建立成对比较矩阵；c)进行层次单排序和一致性检验；d)进行层次总排序和一致性检验；e)当一致性检验指标CR＜0.10时，认为结果满意，接受该结果；当一致性检验指标CR≥0.10时，对判断矩阵进行修正，然后重复步骤c)-e)。
优选地，步骤6)中，n的表达式为：
n＝n0exp(-Λd)(14)；
优选地，n0＝8000个/(m3·mm)；
优选地，Λ＝4.1I-0.21；
优选地，I为降雨量；
优选地，
优选地，步骤8)中，γTWR为0-1，例如可以是0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1。
优选地，步骤10)中，μLWiRai＝μLDesMax-μLTotalLoadM；
优选地，
优选地，μLDesMax，μLTotalLoadM分别为输电线路最大承受力和总荷载概率密度函数的均值；
优选地，分别为输电线路最大承受力和总荷载概率密度函数的方差。
优选地，所述构建方法还包括验证模型的步骤；例如：利用某网省公司实际数据，分别对未考虑和考虑3种反作用影响因子的风荷载、雨荷载单独作用以及风雨荷载共同作用下的的断线概率模型进行验证。
第二方面，本发明提供如第一方面所述的构建方法在风和/或雨荷载作用下在判定断线概率方面的应用。
与现有技术相比，本发明提供的输电线路总荷载模型的构建方法和应用利用风(雨)荷载单独作用及风雨荷载共同作用下断线概率模型对电力系统进行短期可靠性评估，可提前做好风险防控措施，提高电力系统抵御自然灾害的能力。本发明是基于结构可靠性相关理论及风、雨荷载的随机特性特点，创新性地提出了铁塔风荷载反作用影响因子、雨荷载反作用影响因子、铁塔风雨荷载反作用影响因子等3中反作用影响因子，用以对输电线路在风荷载单独作用下的断线概率模型、雨荷载单独作用下的断线概率模型、风雨荷载共同作用下输电线路断线概率模型进行修正、优化，使模型更加完善，计算更加精准。
附图说明
图1为雨荷载单独作用矢量求和示意图；
图2为风雨荷载共同作用总荷载矢量求解示意图；
图3为输电线路串联等效断线概率；
图4为风荷载单独作用矢量求和示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
实施例1试验对象的选择
输电线路的型号采用LGJ-300/40(外径D＝23.94mm，计算拉断力为Tm＝92.22kN，安全系数K＝2.5，单位长度质量G0＝1133kg/km)，设计风速为vdes＝27m/s，水平档距lh＝350～820m，垂直档距lv＝450～1200m，垂直档距按经验可取为水平档距的1.25～1.7倍(本实施例取1.5倍)。输电线路的永久荷载(固定荷载)均值系数为μGcoef＝1.06，变异系数为VarGcoef＝0.07，输电线路的最大承受力均值系数为μDMcoef＝1.0917，变异系数为VarDMcoef＝0.0915。
本实施例假定50km线路的平均档距为500m，则输电线路的水平档距和垂直档距分别为：
lh＝500m,lv＝1.5lh＝750m (15)
输电线路的自重LG为：
LG＝LvG0g＝0.75×1133×10＝8.5kN (16)
此外，由输电线路的永久荷载、最大承受力的均值系数和变异系数可以分别求得各自的均值和方差，其中均值为均值系数与自重(最大承受力)的乘积，方差为均值与变异系数乘积的平方，因此输电线永久荷载的均值和方差的表达式分别为：
输电线路最大承受力的均值和方差的表达式分别为：
输电线路的最大承受力LDesMax为计算拉断力Tm的百分数，本实施例取值0.6，并考虑安全系数K＝2.5，则最大承受力LDesMax为：
实施例2风雨荷载共同作用下断线概率
由式(17)可求得输电线路自重的均值和方差分别为：
未考虑λTWR的输电线路总荷载的均值和方差分别为：
考虑λTWR的输电线路总荷载的均值和方差分别为：
输电线路最大承受力的均值和方差分别为：
可分别计算出在该档距内输电线路在风雨荷载共同作用下未考虑λTWR和考虑λTWR的断线概率PLWiRa(t)，分别如表6和表7所示。
表6未考虑λTWR的输电线路断线概率
表7考虑λTWR的输电线路断线概率
由表6和表可知：
1)风速一定时，输电线路的断线概率会随着降雨量的增加而增大，但其变化幅度较小。如表6中，风速为25m/s时，随着降雨量的增加，断线概率的增幅为0.004～0.02；
2)降雨量一定时，输电线路的断线概率随着风速的增加而增大，但其变化幅度较大。如表7中，大雨时，随着风速的增大，断线概率的增幅为0.05～0.2；
3)当风速增加，降雨量增大，输电线路的断线概率随之增大。如表6中，风速25m/s，大雨时，断线概率为0.3095，而风速为35m/s，暴雨时，断线概率为0.6496，概率差为0.34；
4)同一情形下，考虑λTWR的断线概率明显高于比未考虑λTWR时断线概率，且两者之间的概率差较大，计算结果更为精确。如风速27m/s，大雨时，未考虑λTWR时断线概率为0.762，而考虑λTWR时断线概率为0.4515，概率差约为0.08；风速33m/s，暴雨时，未考虑λTWR时断线概率为0.6414，而考虑λTWR时断线概率为0.8980，概率差为0.26。
对比例1风荷载单独作用下断线概率
根据公式：
首先分别求解风速为：V(t)＝25m/s,27m/s,29m/s,31m/s,33m/s,35m/s下的风荷载值FLW(t)、FLWM(t)，然后求解风荷载FLW(t)、FLWM(t)分别与输电线路自重LG的矢量和并将其与输电线路最大承受力LDesMax＝22.13(kN)进行比较，最后根据公式：求得不同风速下，风荷载单独作用下输电线路断线概率PLWind，如表所示。
表8风荷载单独作用下输电线路断线概率
由表可知，1)输电线路断线概率随着风速的增加而增大，且增大的幅度较大，增幅为0.01～0.3；2)同一情形下，考虑λTW的断线概率明显大于未考虑λTW的断线概率，且对应的概率差为0.01～0.2，且考虑λTW的计算结果更为精确。如表8中，风速31m/s时，考虑λTW的断线概率为0.3245，未考虑λTW的断线概率为0.3897，概率差约为0.06。
对比例2雨荷载单独作用下断线概率
根据公式：首先分别求解不同降雨等级：大雨、暴雨、大暴雨(弱)、大暴雨(中)、大暴雨(强)下的输电线路雨荷载值FLR(t)、FLRM(t)，然后求解雨荷载FLR(t)、FLRM(t)分别与输电线路自重LG的矢量和并将其与输电线路最大承受力LDesMax＝22.13(kN)进行比较，最后根据公式：求得不同降雨等级下，雨荷载单独作用下输电线路断线概率PLRain，如表所示。
表9雨荷载单独作用下输电线路断线概率
由表可知，1)输电线路断线概率随着降雨量的增加而变大，且变化幅度较小，变化幅度为0.001～0.003；2)同一情形下，考虑λTR的断线概率略大于未考虑λTR的断线概率，且对应的概率差约为0.002。如表9中，暴雨时，考虑λTR的断线概率为0.0789，未考虑λTW的断线概率为0.076，概率差约为0.003。
从以上结果可以看出，风荷载、雨荷载对输电线路的断线概率都有影响。但风荷载对输电线路断线概率的影响比雨荷载的影响较大。铁塔风(雨)荷载反作用影响因子对输电线路的断线概率起到增强的效果。铁塔风荷载反作用影响因子对输电线路的断线概率的影响强于铁塔雨荷载反作用影响因子。风雨荷载共同作用下的铁塔风雨荷载反作用影响因子对输电线路断线概率的影响明显强于风(雨)单独作用下的影响。并出现概率>1.0情形。同一情形下，考虑风荷载、雨荷载、风雨荷载反作用影响因子的断线概率模型比未考虑3种反作用影响因子的断线概率模型更加精确、优化。利用风(雨)荷载单独作用及风雨荷载共同作用下断线概率模型对电力系统进行短期可靠性评估，可提前做好风险防控措施，提高电力系统抵御自然灾害的能力。
因此，本发明提供的输电线路总荷载模型的构建方法和应用利用风(雨)荷载单独作用及风雨荷载共同作用下断线概率模型对电力系统进行短期可靠性评估，可提前做好风险防控措施，提高电力系统抵御自然灾害的能力。本发明是基于结构可靠性相关理论及风、雨荷载的随机特性特点，创新性地提出了铁塔风荷载反作用影响因子、雨荷载反作用影响因子、铁塔风雨荷载反作用影响因子等3中反作用影响因子，用以对输电线路在风荷载单独作用下的断线概率模型、雨荷载单独作用下的断线概率模型、风雨荷载共同作用下输电线路断线概率模型进行修正、优化，使模型更加完善，计算更加精准。
应该注意到并理解，在不脱离后附的权利要求所要求的本发明的精神和范围的情况下，能够对上述详细描述的本发明做出各种修改和改进。因此，要求保护的技术方案的范围不受所给出的任何特定示范教导的限制。
申请人声明，以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种输电线路总荷载模型的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)构建铁塔构件承受风压的有效面积As：
其中，As为铁塔塔构件承受风压的有效面积；h为构建段高度；D1,D2分别为杆身构建风压段的顶径及根径；b1,b2分别为铁塔塔身构建段的上宽和下宽；为铁塔构架的填充系数；
2)构建铁塔风荷载反作用影响因子λTW：
其中，V0＝30m/s；μz为风压高度变化系数；μs为铁塔构件的体型系数；βz为铁塔风荷载调整系数；B为覆冰时风荷载增大系数。
3)构建t时刻输电线路风荷载FLWM(t)：
其中，α为风压不均匀系数；μsc为导线或地线的体型系数；βc为导线及地线风荷载调整系数；lh为铁塔的水平档距；d为导线/地线的外径或覆冰时的计算外径；θ为风向与导线或地线方向之间的夹角。
4)构建风荷载单独作用下断线概率模型PLWord：
其中，为t时刻输电线路风荷载FLWM(t)和输电线路自重LG的矢量和；fLDesMax(r)为输电线路强度概率密度函数；
5)构建铁塔雨荷载反作用影响因子λTR：
λTR＝γTR×λTer＝γTRγTerCtercoef×Cwatcoef (7)
其中，γTer为地形、水系影响因子的权重；γTR为地理地貌因子权重；Ctercoef为地形影响因子，Cwatcoef水系影响因子；
6)构建t时刻输电线路雨荷载FLRM(t)：
其中，ρ为雨滴的密度；d为雨滴直径；b为元件迎雨面的面积；n为单位体积内直径为d的雨滴个数；Vs(t)为雨滴的末速度；
7)构建雨荷载单独作用下断线概率模型PLRain：
其中，为t时刻输电线路雨荷载值FLRM(t)与输电线路自重LG的矢量和；LDesMax为输电线路的最大承受力；
8)构建风雨荷载共同作用下铁塔风雨荷载反作用影响因子λTWR：
λTWR＝γTWRexp(λTW·λTR) (10)
γTWR为风雨荷载共同作用下铁塔对输电线路反作用影响修正系数；
9)构建t时刻输电线路在风雨荷载共同作用下的总荷载LTotalLoadM(t)：
其中，LG为输电线路自重；
10)构建风雨荷载共同作用下断线概率模型：
其中，t时刻输电线路所承受的总荷载LTotalLoadM(t)；输电线路的最大承受力LDesMax；μLWiRai，σLWiRai分别为联合概率密度函数的均值和标准差；
11)构建一整条输电线的断线概率模型：
其中，为整条输电线的串联等效断线概率，为前n-1段线路的串联等效断线概率，pLWiRa(n)(t)为第n段线路的断线概率。
2.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，步骤1)中为0.1-1.2。
3.根据权利要求1或2所述的构建方法，其特征在于，步骤2)中βz≥1.8；
优选地，μz的取值为0.6～3.1；
优选地，μs的取值为0.8-1.0；
优选地，B的取值为1.1-1.2；
优选地，在步骤3)中，α的取值为0.7-1.0；
优选地，μsc为导线或地线的体型系数，当线径小于17mm或覆冰时取值1.2，线径大于或等于17mm时，取值1.1。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的构建方法，其特征在于，步骤4)中，
优选地，为FLWM(t)和LG之间的夹角，
优选地，LG输电线路自重：LG＝LvG0g；
优选地，G0为输电线路单位长度质量；
优选地，g＝10m/s2；
优选地，Lv为输电线路垂直档距。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的构建方法，其特征在于，步骤5)中，γTR和γTer采用层次分析法进行确定；
优选地，确定γTR和γTer的具体方法为：
a)建立递接层次结构，b)构造判断矩阵，c)进行层次单排序和一致性检验；d)进行层次总排序和一致性检验；e)当一致性检验指标CR＜0.10时，认为结果满意，接受该结果；当一致性检验指标CR≥0.10时，对判断矩阵进行修正，然后重复步骤c)-e)。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的构建方法，其特征在于，步骤6)中，n的表达式为：
n＝n0 exp(-Λd) (14)；
优选地，n0＝8000个/(m3·mm)；
优选地，Λ＝4.1I-0.21；
优选地，I为降雨量；
优选地，
7.根据权利要求1-6中任一项所述的构建方法，其特征在于，步骤7)中，
优选地，步骤8)中，γTWR为0-1。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的构建方法，其特征在于，步骤10)中，μLWiRai＝μLDesMax-μLTotalLoadM；
优选地，
优选地，μLDesMax，μLTotalLoadM分别为输电线路最大承受力和总荷载概率密度函数的均值；
优选地，分别为输电线路最大承受力和总荷载概率密度函数的方差。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的构建方法，其特征在于，所述构建方法还包括验证模型的步骤。
10.根据权利要求1-8中任一项所述的构建方法在风和/或雨荷载作用下在判定断线概率方面的应用。
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