專利名稱：基于安全裕度的桿塔覆冰災(zāi)害風(fēng)險預(yù)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于輸電塔線系統(tǒng)安全評估領(lǐng)域，尤其涉及基于安全裕度的桿塔覆冰災(zāi)害風(fēng)險預(yù)測方法。
背景技術(shù)：
覆冰是自然界常見的現(xiàn)象之一，而架空輸電線路的導(dǎo)、地線和絕緣子覆冰都將對其安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成威脅，特別是覆冰所引起的倒塔事故，一旦發(fā)生會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失及社會影響。隨著我國的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，伴隨著電力超高壓、特高壓線路的大規(guī)模建設(shè)對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性的要求越來越高，防止由覆冰所引起的一系列災(zāi)害事故的發(fā)生是電力行業(yè)急需解決的主要問題之一。 我國的覆冰災(zāi)害是比較嚴(yán)重的，大面積的冰災(zāi)曾在我國多次發(fā)生，華中、西南、華北、西北和東北等地都發(fā)生過架空輸電線路覆冰倒塔事故。2008年，一場特大的雨雪冰凍天氣襲擊我國許多地區(qū)，導(dǎo)致我國長江以南等地區(qū)大面積斷電，對電網(wǎng)造成極其嚴(yán)重的破壞，是50年來最嚴(yán)重的一次覆冰危害事故。雨雪冰凍天氣造成架空輸電線路大部分覆冰，覆冰厚度從30毫米到80毫米不等。此次嚴(yán)重的覆冰事故共造成500kV交直流線路倒塔678基、停運(yùn)119條，220kV線路倒塔桿1432基、停運(yùn)343條，500kV變電站停運(yùn)15座，220kV變電站停運(yùn)86座。在冰凍期間，造成了大面積停電事故，使我國電網(wǎng)遭受了有史以來最嚴(yán)峻的威脅，造成多人死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失數(shù)十億元，給國民經(jīng)濟(jì)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，給人民生活帶來了巨大的不便。從20世紀(jì)50年代以來，架空輸電線路覆冰嚴(yán)重的俄羅斯、加拿大、美國、日本、英國、芬蘭、冰島等國家相繼投入技術(shù)力量對架空輸電線路覆冰進(jìn)行觀測和研究，探索架空輸電線路覆冰機(jī)理、覆冰的形成條件、導(dǎo)線覆冰后冰風(fēng)荷載的計算方法等等，并對導(dǎo)線覆冰進(jìn)行長期觀測和實(shí)驗(yàn)研究。但大多研究是基于覆冰形成機(jī)理以及相對應(yīng)的危害；或?qū)?zāi)害時的氣候進(jìn)行統(tǒng)計分析，缺乏有效的計算數(shù)據(jù)驗(yàn)證。目前針對輸電線路覆冰災(zāi)害事故預(yù)測方法的不足，無法全面反映各種運(yùn)行條件下架空輸電線路中桿塔結(jié)構(gòu)安全狀況。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種基于安全裕度的桿塔覆冰災(zāi)害風(fēng)險預(yù)測方法，該方法能實(shí)時評估覆冰災(zāi)害風(fēng)險，還可以對桿塔的覆冰災(zāi)害事故進(jìn)行預(yù)測。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案—種基于安全裕度的桿塔覆冰災(zāi)害風(fēng)險預(yù)測方法，包括步驟步驟一，構(gòu)建桿塔耦合模型；步驟二，獲取桿塔耦合模型中桿塔在臨界工況下的風(fēng)速和覆冰厚度；步驟三，對桿塔在臨界工況下的風(fēng)速和覆冰厚度進(jìn)行回歸分析、數(shù)據(jù)擬合和優(yōu)化得到和桿塔安全裕度相關(guān)的回歸預(yù)測模型y = f (X)，其中，X為桿塔上的覆冰厚度，y為風(fēng)速；
步驟四，根據(jù)桿塔回歸預(yù)測模型和實(shí)時工況獲取桿塔的實(shí)時安全裕度值
權(quán)利要求
1.一種基于安全裕度的覆冰塔線系統(tǒng)運(yùn)行安全性評估方法，其特征在于，包括步驟 步驟一，構(gòu)建桿塔耦合模型； 步驟二，獲取桿塔耦合模型中桿塔在臨界工況下的風(fēng)速和覆冰厚度；步驟三，對桿塔在臨界工況下的風(fēng)速和覆冰厚度進(jìn)行回歸分析、數(shù)據(jù)擬合和優(yōu)化得到和桿塔安全裕度相關(guān)的回歸預(yù)測模型y = f (X)，其中，X為桿塔上的覆冰厚度，y為風(fēng)速； 步驟四，根據(jù)桿塔回歸預(yù)測模型和實(shí)時工況獲取桿塔的實(shí)時安全裕度值
2.如權(quán)利要求I所述的基于安全裕度的覆冰塔線系統(tǒng)運(yùn)行安全性評估方法，其特征在于 所述的桿塔耦合模型是按照I :1的尺寸比例構(gòu)建。
3.如權(quán)利要求I或2所述的基于安全裕度的覆冰塔線系統(tǒng)運(yùn)行安全性評估方法，其特征在于 所述的桿塔耦合模型是采用有限元方法構(gòu)建。
4.如權(quán)利要求3所述的基于安全裕度的覆冰塔線系統(tǒng)運(yùn)行安全性評估方法，其特征在于 所述的采用有限元方法構(gòu)建桿塔耦合模型的步驟具體為 根據(jù)桿塔的電子結(jié)構(gòu)圖建立桿塔的三維有限元模型，并根據(jù)桿塔的實(shí)際線路和地理環(huán)境建立導(dǎo)線、地線及絕緣子的三維有限元模型，通過導(dǎo)線、地線及絕緣子模型將各桿塔連接起來得到桿塔耦合模型。
5.如權(quán)利要求I或2所述的基于安全裕度的覆冰塔線系統(tǒng)運(yùn)行安全性評估方法，其特征在于 所述的獲取桿塔耦合模型中桿塔在臨界工況下的風(fēng)速和覆冰厚度的步驟具體為 根據(jù)預(yù)設(shè)的一系列工況，采用有限元法分別對桿塔耦合模型中各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行風(fēng)和覆冰循環(huán)加載，經(jīng)分析得到不同工況下桿塔的受力情況，并根據(jù)桿塔的受力情況獲得桿塔在臨界工況下的風(fēng)速和覆冰厚度。
6.如權(quán)利要求I或2所述的基于安全裕度的覆冰塔線系統(tǒng)運(yùn)行安全性評估方法，其特征在于 步驟三進(jìn)一步包括以下子步驟 1)通過對臨界點(diǎn)進(jìn)行回歸分析和數(shù)據(jù)擬合建立桿塔回歸預(yù)測模型，所述的臨界點(diǎn)為桿塔臨界工況下的風(fēng)速和覆冰厚度； 2)采用全局優(yōu)化法優(yōu)化對所建立的桿塔回歸預(yù)測模型進(jìn)行迭代優(yōu)化，判斷臨界點(diǎn)的擬合相關(guān)系數(shù)R是否滿足預(yù)設(shè)的收斂條件，當(dāng)R滿足預(yù)設(shè)的收斂條件時停止迭代，即得到優(yōu)化后的桿塔回歸預(yù)測模型I = f (X)，其中，X為覆冰厚度，y為風(fēng)速；若在是設(shè)定的迭代次數(shù)內(nèi)擬合相關(guān)系數(shù)R無法收斂，則執(zhí)行步驟3)； 3)取在設(shè)定迭代次數(shù)內(nèi)擬合相關(guān)系數(shù)R最大的桿塔回歸預(yù)測模型作為優(yōu)化后的桿塔回歸預(yù)測模型。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種基于安全裕度的桿塔覆冰災(zāi)害風(fēng)險預(yù)測方法，該方法通過有限元數(shù)值仿真與數(shù)據(jù)回歸分析相結(jié)合的方法，采用有限元法建立1:1架空輸電線路桿塔耦合模型，全面的考慮各種靜態(tài)條件下線路的主要受力因素，對覆冰線路模型各種運(yùn)行工況進(jìn)行仿真計算，并在此基礎(chǔ)上利用安全裕度的概念，對仿真結(jié)果進(jìn)行回歸分析及數(shù)據(jù)擬合，得到輸電塔線系統(tǒng)的安全裕度曲線，從而得到輸電塔線系統(tǒng)的安全等級。本發(fā)明方法屬于輸電塔線系統(tǒng)安全評估領(lǐng)域，解決輸電塔線系統(tǒng)的覆冰倒塔風(fēng)險評估，實(shí)時的給出塔線系統(tǒng)的安全裕度范圍，從而確定目前線路覆冰風(fēng)險等級，為制定防覆冰改造方案提供依據(jù)，確定防覆冰改造方案的制定原則，提高其運(yùn)行可靠性。
文檔編號G06F19/00GK102968554SQ20121043220
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月1日
發(fā)明者阮江軍, 周蠡, 杜志葉, 劉超 申請人:武漢大學(xué)