CN110210742A - 一种台风天气下输电杆塔预警方法 - Google Patents

一种台风天气下输电杆塔预警方法 Download PDF

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CN110210742A CN201910434798.3A CN201910434798A CN110210742A CN 110210742 A CN110210742 A CN 110210742A CN 201910434798 A CN201910434798 A CN 201910434798A CN 110210742 A CN110210742 A CN 110210742A
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Abstract

本发明涉及一种台风天气下输电杆塔预警方法，所述方法步骤如下：步骤一：确定预警启动点；步骤二：根据预警启动点短时预报信息发布初始预警结果；步骤三：根据台风行径过程中气象台逐时发布的临近预报信息不断更新实时预警结果。该方法充分结合气象部门台风预报的短临信息为电网公司提供杆塔故障的初始预警和实时预警结果，为确保预警结果的准确性并提高预警结果计算效率，在整个预警过程中，本发明综合考虑了微地形、杆塔材料、台风累积作用时间和风速等致灾因子，确保预警结果的合理性和有效性。

Description

一种台风天气下输电杆塔预警方法
技术领域
本发明涉及电网安全风险评估领域，特别是一种台风天气下输电杆塔预警方法。
背景技术
在全国变暖的气候变化背景下，台风灾害发生的频率和强度明显上升，其巨大的破坏力给沿海地区电网造成极大的威胁。与常规电网事故相比，台风灾害的广域性和高强度，使得电网灾后抢修复电过程时间较长，加上电力中断引发的其他城市生命线系统(交通、能源、通信、给排水等)故障，对社会生产生活带来难以预料的损失。因此，为尽量避免电网公司灾后抢修这种被动的“事后”抗台工作，制定一个合理有效的台风灾前预警防御方法就显得尤为必要。
目前，国内外学者在台风天气下电网的运行可靠性方面做了诸多研究，主要包括电网元件故障概率的预测和预警方法的提出。元件故障概率预测多利用统计学方法建立预测模型，其预测结果的可靠性主要依赖于历史数据的准确度，缺乏台风影响元件故障的方式和机理的研究；而预警方法的预警对象多为输电线，没有考虑到输电线和输电塔故障对电网灾中和灾后抢修的影响会截然不同，忽视了输电杆塔故障将会给电网带来的损失。一个合理有效的输电杆塔预警方法应紧密跟踪台风的变化情况，此外微地形、杆塔材料、台风累积作用时间和风速等致灾因子在杆塔故障预警中也不可忽视。
发明内容
本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种台风天气下输电杆塔预警方法，该技术方案充分结合气象部门台风预报的短临信息为电网公司提供杆塔故障的初始预警和实时预警结果，在整个预警过程中，综合考虑了微地形、杆塔材料、台风累积作用时间和风速等致灾因子，确保预警结果的合理性和有效性。
本发明采用以下方案实现：一种台风天气下输电杆塔预警方法：所述方法步骤如下：
步骤一：确定预警启动点；
步骤二：根据预警启动点短时预报信息发布初始预警结果；
步骤三：根据台风行径过程中气象台逐时发布的临近预报信息不断更新实时预警结果。该方法首先根据台风风险风圈未来一小时是否影响陆地确定预警启动点，然后利用预警启动点的短时预报信息确定陆地上将受台风影响的风险区域和风险杆塔，获取不同地理位置杆塔的台风作用时间和风速，并基于杆塔低周疲劳损伤模型和改进泊松公式预测杆塔故障概率从而发布初始预警结果；此外实时跟踪台风行径信息，不断修正更新台风对杆塔造成的低周疲劳损伤值并发布实时预警结果，直至台风离开风险区域。
进一步地，台风进入24小时警戒线后，密切关注气象部门不断更新的台风实况信息，当台风移动到近海区域且未来1小时内其风险风圈即将影响陆地时，认为该台风中心位置为预警启动点，即：
式中，Vdi为台风当前位置i的移动速度；h为气象台的台风定位时间间隔，一般24小时警戒线内为1小时；Ri为风险风圈半径；Si为台风当前位置离海岸线的最短距离。
其中，风险风圈指该风圈内的杆塔均可能受到台风的影响发生倒塔破坏，风圈大小与使杆塔产生塑性疲劳损伤的临界风速相对应。
进一步地，短时预报一般指未来0至12小时天气参量的描述，预报的时间分辨率小于或等于6小时，台风路径表现为逐点外推形成的折线型路径，短时预报初始预警结果的发布具体包括以下步骤：
步骤S11：以预警启动点处的风险风圈为界限，确定陆地上将受台风影响的风险区域，并利用GIS技术将风险区域划分成若干网格，获取风险杆塔的经纬度。
步骤S12：确定台风预测路径每一折线段内台风对杆塔的影响状态。当相临台风中心预测点同时处于风圈内或风圈外，则认为在此相临台风中心行进过程中，台风中心将保持前路径段对杆塔的影响状态；若两相临台风中心预测点与风圈的相对位置不同，则在这一段路径内台风将会开始或结束对杆塔的影响，即：
式中，di'为杆塔到预测台风中心点的距离；
步骤S13：对开始影响杆塔和结束影响杆塔的折线路径段，分别获取开始和结束影响杆塔的具体台风中心位置O'、O"，此处以开始影响杆塔的折线段求取O'为例列式求解，即：
式中，(xg,yg)为风险杆塔经纬度坐标；R为地球平均半径；(xe,ye)和(xf,yf)分别为开始影响杆塔路径段台风中心起末位置e、f的经纬度坐标；其中O'的位置坐标为开始影响杆塔折线段内满足上式要求的解；
步骤S14：采用下式确定台风对输电塔的累积作用时间；
式中：|O'f|和|gO"|分别为开始影响杆塔和结束影响杆塔所在路径段的有效距离；|ef|和|gh|则分别为开始影响杆塔和结束影响杆塔所在路径段的总距离；m为短时预报时间内台风完整作用杆塔的路径段数；ΔT为短时预报时间分辨率长度；
步骤S15：将杆塔的累积承受时间以十分钟为跨度划分n个时间间隔，即
步骤S16：确定每一时间间隔内杆塔到台风中心的近似距离ri；
步骤S17：利用Rankine模型求出不同时间间隔内经微地形修正的风险杆塔所受台风风速；
步骤S18：获取单位时间内台风对杆塔的低周疲劳损伤：
式中：a和b为模型系数，与杆塔的材料有关。Vi为第i个时间间隔杆塔受到的台风风速，V0为台风开始对杆塔产生塑性疲劳损伤的临界风速，Vm为台风对杆塔达到一次加载破坏的极限风速；Di表示单位分钟内杆塔的低周疲劳损伤；
步骤S19：获取短时预测下杆塔故障的初始预警结果:
Ptowerlossi＝1-Ptoi
式中：Δt为每段时间间隔长度，为前j-1个时间间隔杆塔已受到的累积损伤。当且Dj＝0时，即前j-1个时间间隔内杆塔没有发生损坏，同时第j个时间间隔杆不产生新的疲劳损伤，则不论作用多长时间，杆塔倒塔为不可能事件；当时，则当前时间间隔内不需要考虑时间累积效应，杆塔倒塔为必然事件；
进一步地，步骤S16包括以下步骤为：
步骤S161：以开始影响杆塔的折线段为例求每一时间间隔内杆塔到台风中心的近似距离。记(x0,y0)为开始作用杆塔的台风中心O'经纬度坐标，假设台风在预报时间分辨率长度ΔT内做匀速运动，则经过第i个时间间隔后台风中心的经纬度(xi,yi)采用下式求解：
步骤S162：杆塔受到的风速与杆塔到台风眼的距离有关，则不同的时间间隔内的距离可近似表示为：
式中，di为第i个时间间隔刚开始的台风中心到风险杆塔距离表达式，di+1为第i个时间间隔刚结束的台风中心到风险杆塔距离表达式，ri为第i个时间间隔内杆塔到台风中心的近似距离。
进一步地，步骤S17包括以下步骤为：
步骤S171：根据Rankine台风风场模型计算不同时间间隔杆塔所受台风风速：
式中，Vi表示杆塔在第i个时间间隔内风险杆塔受到的台风风速；Vmax为台风水平结构内部最大风速；Rmax表示台风最大风速半径。
步骤S172：根据杆塔所处地形条件对修正杆塔所受风速，山顶的风速修正系数如下：
式中：tanα为山峰或山坡在迎风面一侧的坡度，tanα大于0.3时取0.3；k为系数，山峰取2.2，山坡取1.4；H为山顶或山坡全高，单位m；z为杆塔离地面呼称高，单位m，当z＞2.5H时，取z＝2.5H。山峰或山坡的山脚处的风速修正系数为1.0，其余部分的修正系数按线性插值确定。山间盆地谷地等闭塞地形的修正系数则可在0.87～0.92间选取。
进一步地，所述临近预报时效为0至2小时，从预警启动点开始，气象部门实时监测数据，并根据台风的最新位置修正更新预测结果，具体包括以下步骤：
步骤S21：在台风最新位置确定下一临近预报时间内台风对杆塔的影响状态；
步骤S22：对于预测台风将对杆塔产生影响的临近预报时间，采用下式实时更新台风对输电塔的作用时间：
式中：thi为台风的移动而不断更新的杆塔承受总时间；Ti为下一临近预测时间台风将影响杆塔的时间；ti为该临近预测时间内台风实际影响杆塔的作用时间。
步骤S23：对实时更新的临近预报时间按短时预测方法划分时间间隔并获取每一时间间隔内风险杆塔受到的风速，同时根据杆塔所处地形对杆塔所受风速进行修正；
步骤S24：根据单位时间内台风对杆塔的低周疲劳损伤获取临近预测下杆塔故障的实时预警结果。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：本发明从台风影响杆塔的方式和机理出发，充分结合气象部门台风预报的短临信息为电网公司提供杆塔故障的初始预警和实时预警结果，综合考虑了微地形、杆塔材料、台风累积作用时间和风速等致灾因子，预测结果与实际情况相符，具有一定的有效性和合理性。本发明所提出的台风天气下输电杆塔故障预警方法，短时初始预警结果可以为电力公司物资调配争取足够的时间，临近预报则实时跟踪台风路径不断更新预警结果，有利于电网公司掌握台风对杆塔的动态影响并提前制定有效的应急措施，对于避免灾后抢修的被动“事后”抗台工作具有一定的指导意义。
附图说明
图1为本发明实施例的方法流程示意图。
图2为本发明实施例的台风路径和IEEE30节点拓扑图。
图3为本发明实施例的输电塔所处微地形和等高线示意图。
图4为本发明实施例的15-23线路等效杆塔故障概率情况示意图。
图5为本发明实施例的15-23线路5#杆塔微地形修正前累积塑性损伤变化示意图。
图6为本发明实施例的15-23线路5#杆塔微地形修正后累积塑性损伤变化示意图。
具体实施方式
为了加深对本发明的认识和理解，下面结合附图和具体实施方式进一步介绍该技术方案。
实施例1：一种台风天气下输电杆塔预警方法，所述方法步骤如下：
步骤一：确定预警启动点；
步骤二：根据预警启动点短时预报信息发布初始预警结果；
步骤三：根据台风行径过程中气象台逐时发布的临近预报信息不断更新实时预警结果。
所述步骤一：确定预警启动点，具体为：台风进入24小时警戒线后，密切关注气象部门不断更新的台风实况信息，当台风移动到近海区域且未来1小时内其风险风圈即将影响陆地时，认为该台风中心位置为预警启动点，即：
式中，Vdi为台风当前位置i的移动速度；h为气象台的台风定位时间间隔，一般24小时警戒线内为1小时；Ri为风险风圈半径；Si为台风当前位置离海岸线的最短距离。
所述风险风圈指该风圈内的杆塔均可能受到台风的影响发生倒塔破坏，风圈大小与使杆塔产生塑性疲劳损伤的临界风速相对应。
短时预报一般指未来0至12小时天气参量的描述，预报的时间分辨率小于或等于6小时，台风路径表现为逐点外推形成的折线型路径，短时预报初始预警结果的发布具体包括以下步骤：
所述步骤二：根据预警启动点短时预报信息发布初始预警结果，具体实现过程如下：
步骤S11：以预警启动点处的风险风圈为界限，确定陆地上将受台风影响的风险区域，并利用GIS技术将风险区域划分成若干网格，获取风险杆塔的经纬度，
步骤S12：确定台风预测路径每一折线段内台风对杆塔的影响状态。当相临台风中心预测点同时处于风圈内或风圈外，则认为在此相临台风中心行进过程中，台风中心将保持前路径段对杆塔的影响状态；若两相临台风中心预测点与风圈的相对位置不同，则在这一段路径内台风将会开始或结束对杆塔的影响，即：
式中，di'为杆塔到预测台风中心点的距离，
步骤S13：对开始影响杆塔和结束影响杆塔的折线路径段，分别获取开始和结束影响杆塔的具体台风中心位置O'、O"，此处以开始影响杆塔的折线段求取O'为例列式求解，即：
式中，(xg,yg)为风险杆塔经纬度坐标；R为地球平均半径；(xe,ye)和(xf,yf)分别为开始影响杆塔路径段台风中心起末位置e、f的经纬度坐标；其中O'的位置坐标为开始影响杆塔折线段内满足上式要求的解，
步骤S14：采用下式确定台风对输电塔的累积作用时间；
式中：|O'f|和|gO"|分别为开始影响杆塔和结束影响杆塔所在路径段的有效距离；|ef|和|gh|则分别为开始影响杆塔和结束影响杆塔所在路径段的总距离；m为短时预报时间内台风完整作用杆塔的路径段数；ΔT为短时预报时间分辨率长度，
步骤S15：将杆塔的累积承受时间以十分钟为跨度划分n个时间间隔，即
步骤S16：确定每一时间间隔内杆塔到台风中心的近似距离ri，
步骤S17：利用Rankine模型求出不同时间间隔内经微地形修正的风险杆塔所受台风风速，
步骤S18：获取单位时间内台风对杆塔的低周疲劳损伤：
式中：a和b为模型系数，与杆塔的材料有关。Vi为第i个时间间隔杆塔受到的台风风速，V0为台风开始对杆塔产生塑性疲劳损伤的临界风速，Vm为台风对杆塔达到一次加载破坏的极限风速；Di表示单位分钟内杆塔的低周疲劳损伤，
步骤S19：获取短时预测下杆塔故障的初始预警结果:
Ptowerlossi＝1-Ptoi
式中：Δt为每段时间间隔长度，为前j-1个时间间隔杆塔已受到的累积损伤。当且Dj＝0时，即前j-1个时间间隔内杆塔没有发生损坏，同时第j个时间间隔杆不产生新的疲劳损伤，则不论作用多长时间，杆塔倒塔为不可能事件；当时，则当前时间间隔内不需要考虑时间累积效应，杆塔倒塔为必然事件。
其中，所述步骤S16包括以下步骤为：
步骤S161：以开始影响杆塔的折线段为例求每一时间间隔内杆塔到台风中心的近似距离。记(x0,y0)为开始作用杆塔的台风中心O'经纬度坐标，假设台风在预报时间分辨率长度ΔT内做匀速运动，则经过第i个时间间隔后台风中心的经纬度(xi,yi)采用下式求解：
步骤S162：杆塔受到的风速与杆塔到台风眼的距离有关，则不同的时间间隔内的距离可近似表示为：
式中，di为第i个时间间隔刚开始的台风中心到风险杆塔距离表达式，di+1为第i个时间间隔刚结束的台风中心到风险杆塔距离表达式，ri为第i个时间间隔内杆塔到台风中心的近似距离。
其中，步骤S17包括以下步骤为：
步骤S171：根据Rankine台风风场模型计算不同时间间隔杆塔所受台风风速：
式中，Vi表示杆塔在第i个时间间隔内风险杆塔受到的台风风速；Vmax为台风水平结构内部最大风速；Rmax表示台风最大风速半径。
步骤S172：根据杆塔所处地形条件对修正杆塔所受风速，山顶的风速修正系数如下：
式中：tanα为山峰或山坡在迎风面一侧的坡度，tanα大于0.3时取0.3；k为系数，山峰取2.2，山坡取1.4；H为山顶或山坡全高，单位m；z为杆塔离地面呼称高，单位m，当z＞2.5H时，取z＝2.5H。山峰或山坡的山脚处的风速修正系数为1.0，其余部分的修正系数按线性插值确定。山间盆地谷地等闭塞地形的修正系数则可在0.87～0.92间选取。
所述步骤三：根据台风行径过程中气象台逐时发布的临近预报信息不断更新实时
预警结果，具体如下，临近预报时效为0至2小时，从预警启动点开始，气象部
门实时监测数据，并根据台风的最新位置修正更新预测结果，
步骤S21：在台风最新位置确定下一临近预报时间内台风对杆塔的影响状态；
步骤S22：对于预测台风将对杆塔产生影响的临近预报时间，采用下式实时更新台风对输电塔的作用时间：
式中：thi为台风的移动而不断更新的杆塔承受总时间；Ti为下一临近预测时间台风将影响杆塔的时间；ti为该临近预测时间内台风实际影响杆塔的作用时间。
步骤S23：对实时更新的临近预报时间按短时预测方法划分时间间隔并获取每一时间间隔内风险杆塔受到的风速，同时根据杆塔所处地形对杆塔所受风速进行修正；
步骤S24：根据单位时间内台风对杆塔的低周疲劳损伤获取临近预测下杆塔故障的实时预警结果
具体应用实施例：参见图1-图6，本实施例以2018年第8号超强台风玛莉亚的气象信息条件为基础，并结合实际拓扑结构修正的IEEE30节点系统，对所提预警方法进行分析，根据前述预警启动点判断方法，选择台风中心点(121E，26.3N)为预警启动点，其中短时预报时间分辨率为6小时，每实时定位预报的未来1小时信息为临近信息，台风路径示意图如图2所示，杆塔所处微地形信息如图3所示。假设所有输电塔均为Q345材质，且没有明显缺陷，档距为1000米，杆塔呼称高为20m，根据低周疲劳损伤临界风速，设定9级风圈为风险风圈，由于档距1000米相对于台风风险风圈半径可以忽略，所以假设5km以内的5根杆塔倒塔概率一样，并将其等效看成一根。
图1给出了台风天气下输电杆塔预警方法示意图，参照图1，输电杆塔预警方法包括以下步骤：确定预警启动点；根据预警启动点短时预报信息发布初始预警结果；根据台风行径过程中气象台逐时发布的临近预报信息不断更新实时预警结果。
在本实施例中，台风进入24小时警戒线后，密切关注气象部门不断更新的台风实况信息，当台风移动到近海区域且未来1小时内其风险风圈即将影响陆地时，认为该台风中心位置为预警启动点，即：
式中，Vdi为台风当前位置i的移动速度；h为气象台的台风定位时间间隔，一般24小时警戒线内为1小时；Ri为风险风圈半径；Si为台风当前位置离海岸线的最短距离。
其中，风险风圈指该风圈内的杆塔均可能受到台风的影响发生倒塔破坏，风圈大小与使杆塔产生塑性疲劳损伤的临界风速相对应。
在本实施例中，短时预报一般指未来0至12小时天气参量的描述，预报的时间分辨率小于或等于6小时，台风路径表现为逐点外推形成的折线型路径，短时预报初始预警结果的发布具体包括以下步骤：
步骤S11：以预警启动点处的风险风圈为界限，确定陆地上将受台风影响的风险区域，并利用GIS技术将风险区域划分成若干网格，获取风险杆塔的经纬度。
步骤S12：确定台风预测路径每一折线段内台风对杆塔的影响状态。当相临台风中心预测点同时处于风圈内或风圈外，则认为在此相临台风中心行进过程中，台风中心将保持前路径段对杆塔的影响状态；若两相临台风中心预测点与风圈的相对位置不同，则在这一段路径内台风将会开始或结束对杆塔的影响，即：
式中，di'为杆塔到预测台风中心点的距离。
步骤S13：对开始影响杆塔和结束影响杆塔的折线路径段，分别获取开始和结束影响杆塔的具体台风中心位置O'、O"，此处以开始影响杆塔的折线段求取O'为例列式求解，即：
式中，(xg,yg)为风险杆塔经纬度坐标；R为地球平均半径；(xe,ye)和(xf,yf)分别为开始影响杆塔路径段台风中心起末位置e、f的经纬度坐标；其中O'的位置坐标为开始影响杆塔折线段内满足上式要求的解。
步骤S14：采用下式确定台风对输电塔的累积作用时间；
式中：|O'f|和|gO"|分别为开始影响杆塔和结束影响杆塔所在路径段的有效距离；|ef|和|gh|则分别为开始影响杆塔和结束影响杆塔所在路径段的总距离；m为短时预报时间内台风完整作用杆塔的路径段数；ΔT为短时预报时间分辨率长度。
步骤S15：将杆塔的累积承受时间以十分钟为跨度划分n个时间间隔，即
步骤S16：确定每一时间间隔内杆塔到台风中心的近似距离ri。
步骤S17：利用Rankine模型求出不同时间间隔内经微地形修正的风险杆塔所受台风风速。
步骤S18：获取单位时间内台风对杆塔的低周疲劳损伤：
式中：a和b为模型系数，与杆塔的材料有关。Vi为第i个时间间隔杆塔受到的台风风速，V0为台风开始对杆塔产生塑性疲劳损伤的临界风速，Vm为台风对杆塔达到一次加载破坏的极限风速；Di表示单位分钟内杆塔的低周疲劳损伤。
步骤S19：获取短时预测下杆塔故障的初始预警结果:
Ptowerlossi＝1-Ptoi
式中：Δt为每段时间间隔长度，为前j-1个时间间隔杆塔已受到的累积损伤。当且Dj＝0时，即前j-1个时间间隔内杆塔没有发生损坏，同时第j个时间间隔杆不产生新的疲劳损伤，则不论作用多长时间，杆塔倒塔为不可能事件；当时，则当前时间间隔内不需要考虑时间累积效应，杆塔倒塔为必然事件。
在本实施例中，步骤S16包括以下步骤为：
步骤S161：以开始影响杆塔的折线段为例求每一时间间隔内杆塔到台风中心的近似距离，记(x0,y0)为开始作用杆塔的台风中心O'经纬度坐标，假设台风在预报时间分辨率长度ΔT内做匀速运动，则经过第i个时间间隔后台风中心的经纬度(xi,yi)采用下式求解：
步骤S162：杆塔受到的风速与杆塔到台风眼的距离有关，则不同的时间间隔内的距离可近似表示为：
式中，di为第i个时间间隔刚开始的台风中心到风险杆塔距离表达式，di+1为第i个时间间隔刚结束的台风中心到风险杆塔距离表达式，ri为第i个时间间隔内杆塔到台风中心的近似距离。
在本实施例中，步骤S17包括以下步骤为：
步骤S171：根据Rankine台风风场模型计算不同时间间隔杆塔所受台风风速：
式中，Vi表示杆塔在第i个时间间隔内风险杆塔受到的台风风速；Vmax为台风水平结构内部最大风速；Rmax表示台风最大风速半径。
步骤S172：根据杆塔所处地形条件对修正杆塔所受风速，山顶的风速修正系数如下：
式中：tanα为山峰或山坡在迎风面一侧的坡度，tanα大于0.3时取0.3；k为系数，山峰取2.2，山坡取1.4；H为山顶或山坡全高，单位m；z为杆塔离地面呼称高，单位m，当z＞2.5H时，取z＝2.5H。山峰或山坡的山脚处的风速修正系数为1.0，其余部分的修正系数按线性插值确定。山间盆地谷地等闭塞地形的修正系数则可在0.87～0.92间选取。
在本实施例中，所述临近预报时效为0至2小时，从预警启动点开始，气象部门实时监测数据，并根据台风最新位置修正更新预测结果，具体包括以下步骤：
步骤S21：在台风最新位置确定下一临近预报时间内台风对杆塔的影响状态；
步骤S22：对于预测台风将对杆塔产生影响的临近预报时间，采用下式实时更新台风对输电塔的作用时间：
式中：thi为台风的移动而不断更新的杆塔承受总时间；Ti为下一临近预测时间台风将影响杆塔的时间；ti为该临近预测时间内台风实际影响杆塔的作用时间。
步骤S23：对实时更新的临近预报时间按短时预测方法划分时间间隔并获取每一时间间隔内风险杆塔受到的风速，同时根据杆塔所处地形对杆塔所受风速进行修正；
步骤S24：根据单位时间内台风对杆塔的低周疲劳损伤获取临近预测下杆塔故障的实时预警结果。
特别的，图4为本发明实施例的15-23线路等效杆塔故障概率情况示意图，可以看出，短时预测路径偏离15-23线路相对临近预测路径较远，微地形条件相同的情况下，15-23线路杆塔的短时预测故障概率普遍低于临近预测；此外，同一预测时间尺度下，微地形修正前后杆塔倒塔概率差别较大，3#、4#和5#杆塔均处于较高地势，微地形修正后倒塔概率较高。图5和图6分别为15-23线路微地形修正前后累积塑性损伤变化示意图，具体的，是基于临近分析的5#杆塔的累积塑性损伤变化示意图，可以看出，在台风预警启动点后的5～6小时内，杆塔受到较大的风荷载作用，杆塔累积损伤和倒塔概率急剧增加，此阶段杆塔发生故障的可能性最大。

Claims (7)

1.一种台风天气下输电杆塔预警方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
步骤一：确定预警启动点；
步骤二：根据预警启动点短时预报信息发布初始预警结果；
步骤三：根据台风行径过程中气象台逐时发布的临近预报信息不断更新实时预警结果。
2.根据权利要求1所述的一种台风天气下输电杆塔预警方法，其特征在于：所述步骤一：确定预警启动点，具体为：台风进入24小时警戒线后，密切关注气象部门不断更新的台风实况信息，当台风移动到近海区域且未来1小时内其风险风圈即将影响陆地时，认为该台风中心位置为预警启动点，即：
式中，Vdi为台风当前位置i的移动速度；h为气象台的台风定位时间间隔，一般24小时警戒线内为1小时；Ri为风险风圈半径；Si为台风当前位置离海岸线的最短距离。
3.根据权利要求2所述的一种台风天气下输电杆塔预警方法，其特征在于：所述风险风圈指该风圈内的杆塔均可能受到台风的影响发生倒塔破坏，风圈大小与使杆塔产生塑性疲劳损伤的临界风速相对应。
4.根据权利要求1所述的一种台风天气下输电杆塔预警方法，其特征在于，所述步骤二：根据预警启动点短时预报信息发布初始预警结果，具体实现过程如下：
步骤S11：以预警启动点处的风险风圈为界限，确定陆地上将受台风影响的风险区域，并利用GIS技术将风险区域划分成若干网格，获取风险杆塔的经纬度，
步骤S12：确定台风预测路径每一折线段内台风对杆塔的影响状态。当相临台风中心预测点同时处于风圈内或风圈外，则认为在此相临台风中心行进过程中，台风中心将保持前路径段对杆塔的影响状态；若两相临台风中心预测点与风圈的相对位置不同，则在这一段路径内台风将会开始或结束对杆塔的影响，即：
式中，d’i为杆塔到预测台风中心点的距离，
步骤S13：对开始影响杆塔和结束影响杆塔的折线路径段，分别获取开始和结束影响杆塔的具体台风中心位置O'、O"，此处以开始影响杆塔的折线段求取O'为例列式求解，即：
式中，(xg,yg)为风险杆塔经纬度坐标；R为地球平均半径；(xe,ye)和(xf,yf)分别为开始影响杆塔路径段台风中心起末位置e、f的经纬度坐标；其中O'的位置坐标为开始影响杆塔折线段内满足上式要求的解，
步骤S14：采用下式确定台风对输电塔的累积作用时间；
式中：|O'f|和|gO"|分别为开始影响杆塔和结束影响杆塔所在路径段的有效距离；|ef|和|gh|则分别为开始影响杆塔和结束影响杆塔所在路径段的总距离；m为短时预报时间内台风完整作用杆塔的路径段数；ΔT为短时预报时间分辨率长度，
步骤S15：将杆塔的累积承受时间以十分钟为跨度划分n个时间间隔，即
步骤S16：确定每一时间间隔内杆塔到台风中心的近似距离ri，
步骤S17：利用Rankine模型求出不同时间间隔内经微地形修正的风险杆塔所受台风风速，
步骤S18：获取单位时间内台风对杆塔的低周疲劳损伤：
式中：a和b为模型系数，与杆塔的材料有关。Vi为第i个时间间隔杆塔受到的台风风速，V0为台风开始对杆塔产生塑性疲劳损伤的临界风速，Vm为台风对杆塔达到一次加载破坏的极限风速；Di表示单位分钟内杆塔的低周疲劳损伤，
步骤S19：获取短时预测下杆塔故障的初始预警结果:
Ptowerlossi＝1-Ptoi
式中：Δt为每段时间间隔长度，为前j-1个时间间隔杆塔已受到的累积损伤。当且Dj＝0时，即前j-1个时间间隔内杆塔没有发生损坏，同时第j个时间间隔杆不产生新的疲劳损伤，则不论作用多长时间，杆塔倒塔为不可能事件；当时，则当前时间间隔内不需要考虑时间累积效应，杆塔倒塔为必然事件。
5.根据权利要求4所述的一种台风路径预测信息下的输电杆塔累积损伤故障概率计算方法，其特征在于：所述步骤S16包括以下步骤为：
步骤S161：以开始影响杆塔的折线段为例求每一时间间隔内杆塔到台风中心的近似距离。记(x0,y0)为开始作用杆塔的台风中心O'经纬度坐标，假设台风在预报时间分辨率长度ΔT内做匀速运动，则经过第i个时间间隔后台风中心的经纬度(xi,yi)采用下式求解：
步骤S162：杆塔受到的风速与杆塔到台风眼的距离有关，则不同的时间间隔内的距离可近似表示为：
式中，di为第i个时间间隔刚开始的台风中心到风险杆塔距离表达式，di+1为第i个时间间隔刚结束的台风中心到风险杆塔距离表达式，ri为第i个时间间隔内杆塔到台风中心的近似距离。
6.根据权利要求4所述的一种台风路径预测信息下的输电杆塔累积损伤故障概率计算方法，其特征在于：步骤S17包括以下步骤为：
步骤S171：根据Rankine台风风场模型计算不同时间间隔杆塔所受台风风速：
式中，Vi表示杆塔在第i个时间间隔内风险杆塔受到的台风风速；Vmax为台风水平结构内部最大风速；Rmax表示台风最大风速半径。
步骤S172：根据杆塔所处地形条件对修正杆塔所受风速，山顶的风速修正系数如下：
式中：tanα为山峰或山坡在迎风面一侧的坡度，tanα大于0.3时取0.3；k为系数，山峰取2.2，山坡取1.4；H为山顶或山坡全高，单位m；z为杆塔离地面呼称高，单位m，当z＞2.5H时，取z＝2.5H。山峰或山坡的山脚处的风速修正系数为1.0，其余部分的修正系数按线性插值确定。山间盆地谷地等闭塞地形的修正系数则可在0.87～0.92间选取。
7.根据权利要求1所述的一种台风天气下输电杆塔预警方法，其特征在于：所述步骤三：根据台风行径过程中气象台逐时发布的临近预报信息不断更新实时预警结果，具体如下，步骤S21：在台风最新位置确定下一临近预报时间内台风对杆塔的影响状态；
步骤S22：对于预测台风将对杆塔产生影响的临近预报时间，采用下式实时更新台风对输电塔的作用时间：
式中：thi为台风的移动而不断更新的杆塔承受总时间；Ti为下一临近预测时间台风将影响杆塔的时间；ti为该临近预测时间内台风实际影响杆塔的作用时间。
步骤S23：对实时更新的临近预报时间按短时预测方法划分时间间隔并获取每一时间间隔内风险杆塔受到的风速，同时根据杆塔所处地形对杆塔所受风速进行修正；
步骤S24：根据单位时间内台风对杆塔的低周疲劳损伤获取临近预测下杆塔故障的实时预警结果。
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