基于多參數(shù)風(fēng)荷載的輸電線路強(qiáng)風(fēng)跳閘風(fēng)險評估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及輸電線路風(fēng)險預(yù)警評估技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及基于多參數(shù)風(fēng)荷載的輸電 線路強(qiáng)風(fēng)跳閘風(fēng)險評估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 大風(fēng)災(zāi)害是一種危害巨大的自然災(zāi)害，威脅人身與財(cái)產(chǎn)安全，輸電線路覆蓋廣闊， 沿線氣象環(huán)境復(fù)雜，且直接暴露在大氣環(huán)境中，極易遭受強(qiáng)風(fēng)天氣的影響，大風(fēng)災(zāi)害是造成 輸電線路跳閘的主要自然因素之一，例如強(qiáng)臺風(fēng)登陸對沿海地區(qū)的電力設(shè)備造成巨大危 害，且其出現(xiàn)時間大多正值迎峰度夏期間，輸電線路多為高負(fù)荷運(yùn)行，一旦發(fā)生斷線倒塔事 故，不僅會給電力企業(yè)造成重大損失，而且直接影響國家的生產(chǎn)建設(shè)和人民的生活秩序。此 外大風(fēng)造成的輸電線路導(dǎo)線舞動、風(fēng)偏閃絡(luò)、斷線等，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。為 此亟需開展強(qiáng)風(fēng)天氣下電力系統(tǒng)輸電線路跳閘風(fēng)險評估。
[0003] -篇中國專利文獻(xiàn)，【申請?zhí)枴?01210378284. 9,專利名稱：《一種基于GIS的輸電線 路風(fēng)速預(yù)警信息處理方法》，是將GIS地圖上分布有輸電線路的區(qū)域分割成若干網(wǎng)格區(qū)域； 獲取每個網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)的輸電線路桿塔的位置信息，并計(jì)算兩個桿塔之間的輸電線路的走 向，并保存；由公網(wǎng)上獲取每個網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)的風(fēng)速信息和風(fēng)向信息；根據(jù)獲取的信息，判斷 每個桿塔是否存在風(fēng)險；根據(jù)風(fēng)險判斷的結(jié)果，發(fā)布預(yù)警信息；該方法存在的不足之處是， 對比預(yù)測風(fēng)速與設(shè)計(jì)風(fēng)速來進(jìn)行風(fēng)險評估，沒有考慮大風(fēng)持續(xù)作用；而預(yù)測風(fēng)速采用網(wǎng)格 法獲取，精度較差。
[0004] 另一篇中國專利文獻(xiàn)，【申請?zhí)枴?01310078961.X，專利名稱：《一種臺風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險 預(yù)估方法》，公開了針對指定監(jiān)測區(qū)域的臺風(fēng)災(zāi)害所造成的損失數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，選擇致 災(zāi)因子危險性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、承災(zāi)體易損性和防災(zāi)減災(zāi)能力作為臺風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險評估指 標(biāo)體系，用模糊變換理論建立臺風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險預(yù)估模型，把臺風(fēng)預(yù)報結(jié)果作為預(yù)估模型的啟 動條件和輸入條件，經(jīng)過預(yù)估模型的計(jì)算和分析，得到未來一段時間被預(yù)估地區(qū)是否致災(zāi) 以及致災(zāi)的災(zāi)害風(fēng)險等級。該方法存在的不足之處是，核心是采用最大風(fēng)速進(jìn)行評估，沒有 考慮大風(fēng)持續(xù)作用。關(guān)于強(qiáng)風(fēng)天氣下輸電線路跳閘風(fēng)險評估，其核心是通過最大風(fēng)速這一 特征量進(jìn)行評估，但輸電線路在強(qiáng)風(fēng)作用下會存在累積效應(yīng)，持續(xù)強(qiáng)風(fēng)作用將加速輸電線 路機(jī)械疲勞，更易造成跳閘事故，但目前還未有相關(guān)的方法，考慮強(qiáng)風(fēng)的持續(xù)作用，評估還 不全面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的為解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，提供了基于多參數(shù)風(fēng)荷載的輸電線路 強(qiáng)風(fēng)跳閘風(fēng)險評估方法，根據(jù)歷史氣象數(shù)據(jù)、輸電線路地理信息以及強(qiáng)風(fēng)跳閘故障數(shù)據(jù)，建 立風(fēng)荷載多參數(shù)評估標(biāo)準(zhǔn)，分析線路在強(qiáng)風(fēng)環(huán)境下的跳閘風(fēng)險，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明 采用的技術(shù)方案如下：
[0006] 基于多參數(shù)風(fēng)荷載的輸電線路強(qiáng)風(fēng)跳閘風(fēng)險評估方法，其特征在于：根據(jù)歷史氣 象數(shù)據(jù)、輸電線路地理信息以及強(qiáng)風(fēng)跳閘故障數(shù)據(jù)，建立風(fēng)荷載多參數(shù)評估標(biāo)準(zhǔn)，分析輸電 線路在強(qiáng)風(fēng)環(huán)境下的跳閘風(fēng)險，包括以下步驟：
[0007] 步驟1 :分析氣象部門縣級觀測站日值數(shù)據(jù)，包括平均風(fēng)速Va與最大風(fēng)速Vni，建立 空間插值函數(shù)V = F(X，Y)，其中V為待求點(diǎn)的風(fēng)速估計(jì)值，（X，Y)為待求點(diǎn)地理坐標(biāo)，F(xiàn)函 數(shù)為空間插值函數(shù)；由于氣象數(shù)據(jù)來自各氣象觀測站觀測值，是離散點(diǎn)數(shù)據(jù)，一般將觀測站 所在行政區(qū)域的氣象參數(shù)統(tǒng)一為該站點(diǎn)數(shù)據(jù)，這樣的處理會增大數(shù)據(jù)分析的誤差，本發(fā)明 采用空間插值函數(shù)對離散數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以減少數(shù)據(jù)分析過程中產(chǎn)生的誤差；
[0008] 步驟2 :將輸電線路桿塔坐標(biāo)代入空間插值函數(shù)，獲取線路沿線風(fēng)力參數(shù)，分別計(jì) 算桿塔、導(dǎo)線、地線以及絕緣子串風(fēng)荷載三參數(shù)；
[0009] 根據(jù)步驟1中得到的空間插值函數(shù)V = F(X，Y)，用于獲取輸電線路周邊風(fēng)力信息 分析，由于輸電線路較長，其沿線風(fēng)力參數(shù)并不一致，為此，本發(fā)明對輸電線路進(jìn)行單元分 段，以一個檔距為一單元，以檔距中小號桿塔的風(fēng)力參數(shù)作為整個檔距風(fēng)力值，分別計(jì)算桿 塔、導(dǎo)線、地線以及絕緣子串風(fēng)荷載參數(shù)：
[0010] 1)導(dǎo)線、地線風(fēng)荷載：
[0011] Wx= α ·Ι0· μζ· ysc· 0c?d.Lp.B. (sin Θ )2，
[0012] W0= V 71600,
[0013] 其中：WX為垂直于導(dǎo)線及地線方向的水平風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，單位為kN ; α為風(fēng)壓不 均系數(shù)；V為基準(zhǔn)高度為IOm的風(fēng)速；μ z為風(fēng)壓高度變化系數(shù)；μ se為導(dǎo)線的體形系數(shù)；β c 為風(fēng)振系數(shù)，也稱風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)，可以把隨機(jī)風(fēng)荷載等效為靜力荷載；d為導(dǎo)線外徑或覆 冰時的計(jì)算外徑，分裂導(dǎo)線取所有子導(dǎo)線外徑總和，單位為m ;LP為桿塔的水平檔距，單位為 m ;B為覆冰時風(fēng)荷載增大系數(shù)；Θ為風(fēng)向與導(dǎo)線夾角，單位為度，本發(fā)明中取為90度；
[0014] 2)桿塔風(fēng)荷載：
[0015] Ws= W a · μζ· Us· βζ·Β·Α5，
[0016] 其中，Ws為桿塔風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，單位是kN，μ S、AS分別為構(gòu)件的體型系數(shù)和承受風(fēng) 壓的投影面積計(jì)算值，單位是m2, βζ是桿塔風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)；
[0017] 3)絕緣子串風(fēng)荷載：
[0018] W1=W0* μζ·Β· A1,
[0019] 其中=W1是絕緣子串風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，單位為kN ;Α :是絕緣子串承受風(fēng)壓面積計(jì)算 值，單位為m2;
[0020] 根據(jù)桿塔、導(dǎo)線、地線和絕緣子串風(fēng)荷載參數(shù)的計(jì)算結(jié)果，以及風(fēng)力參數(shù)（平均風(fēng) 速Va與最大風(fēng)速V J，分別計(jì)算輸電線路各單元檔距中導(dǎo)線、桿塔和絕緣子的平均風(fēng)荷載日 值數(shù)據(jù)（WXa、WSa、WJ，以及最大風(fēng)荷載日值數(shù)據(jù)（WXni、W Sni、W1J ;
[0021] 步驟3:根據(jù)歷史氣象數(shù)據(jù)以及輸電線路故障信息，建立基于風(fēng)荷載三參數(shù)的五 檔評估表；本發(fā)明根據(jù)歷史氣象數(shù)據(jù)以及輸電線路故障信息，建立基于風(fēng)荷載三參數(shù)的五 檔評估表，用于后續(xù)跳閘風(fēng)險評估，假設(shè)歷史氣象數(shù)據(jù)包含N天信息，待評估的輸電線路包 含M個檔距單元段，根據(jù)日期順序以及桿塔號從小到大的順序，將日期與單元段分別編號， 那么上述三參數(shù)風(fēng)荷載可寫為如下形式：

[0025] 其中，上標(biāo)i為歷史數(shù)據(jù)中的第i天，1彡i彡N ;下標(biāo)j為輸電線路中第j個單元 段，！彡j彡M ;
[0026] 根據(jù)歷史氣象數(shù)據(jù)，計(jì)算所有日期、所有單元段檔距的三參數(shù)風(fēng)荷載，分別分析各 元件的三參數(shù)風(fēng)荷載，根據(jù)數(shù)據(jù)分布情況，均勻劃分為五檔，每檔內(nèi)的荷載數(shù)大致相同，說 明輸電線路自然環(huán)境下五檔范圍內(nèi)的風(fēng)荷載出現(xiàn)概率大致相同，絕緣子三參數(shù)五檔風(fēng)荷載 范圍如表1所示。
[0027] 表1三參數(shù)五檔風(fēng)荷載范圍表（絕緣子）
[0028]
[0029] 步驟4 :根據(jù)氣象預(yù)報數(shù)據(jù)與過去一周氣象數(shù)據(jù)，進(jìn)行空間插值分析，獲取線路沿 線風(fēng)力參數(shù)，建立各元件風(fēng)荷載預(yù)估值，與風(fēng)荷載三參數(shù)的五檔評值進(jìn)行比對，最終確定線 路在強(qiáng)風(fēng)條件下的跳閘風(fēng)險。
[0030] 優(yōu)選地，所述空間插值函數(shù)V = F(X，Y)通過如下函數(shù)表達(dá)式進(jìn)行分析：
[0033] 表達(dá)式中，m為參與插值的氣象觀測站點(diǎn)的數(shù)目，山為待求點(diǎn)到第i個氣象觀測點(diǎn) 的空間距離，a+bX+cY為局部趨勢模塊，X，Y為待求點(diǎn)的位置坐標(biāo)。A;、a、b和c為方程系 數(shù)。
[0034] 優(yōu)選地，為考慮風(fēng)力持續(xù)作用的影響，通過建立單元檔距各元件的三參數(shù)風(fēng)荷載 分析計(jì)算所述桿塔、導(dǎo)線、地線以及絕緣子串的風(fēng)荷載三參數(shù)：
[0035] 絕緣子：(WIa、WIni、S1)，
[0036] 導(dǎo)線與地線：(WSa、WSni、Ss)，
[0037] 桿塔：(WXa、WXni、Sx)，
[0038] 其中（WXa、WSa、WJ為輸電線路各單元檔距中桿塔、導(dǎo)線與地線以及絕緣子的平均 風(fēng)荷載日值數(shù)據(jù)，（WXni、WSni、WJ為最大風(fēng)荷載日值數(shù)據(jù)，（Sx、S s、S1)為根據(jù)各元件的平均 風(fēng)荷載日值數(shù)據(jù)，本發(fā)明為考慮風(fēng)力持續(xù)作用的影響，根據(jù)各元件的平均風(fēng)荷載日值數(shù)據(jù) (WXa、WSa、WIa)，建立一周風(fēng)荷載折線圖，假設(shè)一周風(fēng)荷載方向相同的最