本发明涉及预警
技术领域：
，具体涉及一种基于微气象和覆冰历史数据的输电线路覆冰预警方法。
背景技术：
近年来，输电线路覆冰引发的大面积闪络、金具损坏、线路舞动、倒杆、倒塔、断线甚至大范围停电等事故对电网的安全运行造成了严重的威胁。我国是输电线路覆冰严重的国家之一，2008年初我国南方大范围冰雪灾害中，全国直接经济损失超过了1000亿元，因而有效地进行冰灾防治工作是保证我国电网安全运行发展的首要问题。目前，电网覆冰季节期间，运维单位通常采取人工观冰的方式进行观测和预警，但是易覆冰线路区段普遍都在山区，地形复杂，气候恶劣，交通恶劣，无人机不适合在天气条件恶劣情况下工作，到达观冰点普遍需要2-4小时以上，偏远地区至多只能保证每天观冰一次，且覆盖大多发生在夜间，运维单位将耗费大量人力、物力、财力进行巡线观冰。因此人工观冰在及时性、准确性、经济性等多方面均不满足电网覆冰预警的要求，导致覆冰预警响应速度不够及时，存在时间和空间上的盲区。技术实现要素：本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于微气象和覆冰历史数据的输电线路覆冰预警方法，以提高覆冰预警响应速度以及准确性。为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于微气象和覆冰历史数据的输电线路覆冰预警方法，所述方法包括：s1、利用气象数据明确覆冰区域和线路；s2、获取覆冰区域线路的现场覆冰拉力值，建立等值覆冰厚度计算模型，以计算导线等值覆冰厚度；s3、将导线等值覆冰厚度和预设的限值进行比较，若超过预设的限值，则启动融冰方案，若没有超过预设的限值，则进入步骤s4；s4、根据微气象数据及覆冰历史数据，结合导线当前的覆冰情况，判断未来一段时间内，导线的覆冰厚度是否会超过预设的限值，否，则发布气象条件风险预警信息，是，则进入步骤s5；s5、对导线上的覆冰情况进行复核；s6、根据导线等值覆冰厚度、覆冰增长趋势和预警风险等级发布等值覆冰厚度风险预警信息，并启动融冰方案。所述步骤s2具体包括：s21、建立塔线路覆冰计算静力学模型，以计算出导线覆冰参数；s22、根据导线覆冰参数对塔线路覆冰计算静力学模型进行垂直平面内静力学分析；s23、对经垂直平面内静力学分析后的塔线路覆冰计算静力学模型进行风偏平面内静力学分析，以得到导线风偏平面内参量；s24、根据导线风偏平面内参量来建立风偏平面内覆冰厚度计算模型，以计算出导线等效覆冰厚度。所述步骤s21具体为：在主杆塔和大、小号杆塔及架空线路构成的垂直平面内，建立架空线路在无风和无覆冰等外荷载时的受力模型：主杆塔a与小号侧杆塔b及大号侧杆塔c之间的档距分别为l1和l2，导线原始长度分别为s1和s2，导线悬挂点高度差分别为h1和h2，高差角分别为β1和β2，大、小号侧杆塔导线最低点到主杆塔的水平档距分别为la和lb；对架空线路在无风和无覆冰等外荷载时的受力模型采用几何分解的方法：首先，在垂直平面内计算未覆冰时线路基本静力学参数；然后，考虑绝缘子串和线路受风偏影响，偏离垂直平面角度η，形成线路风偏平面；最后，在风偏平面内建立该平面竖直方向上的静力平衡方程，从而计算出导线覆冰参数。所述步骤s22具体为：根据导线设计时原始长度s，已知杆塔档距l、高差角β和导线自重比载γ，由导线长度斜抛物线近似公式，可推导出垂直平面内的导线水平应力σ，即，根据上式，可分别计算小、大号杆塔侧输电导线的水平应力σ10和σ20，并将它们分别代入下式，即可求得小、大号杆塔侧的导线最低点到主杆塔的水平档距lb和la，即，将la和lb的计算结果分别带入下式中，即可求得小、大号杆塔侧导线最低点到主杆塔的导线长度sb和sa，即所述步骤s23具体为：未覆冰的导线受到横向稳定风的影响，线路及其绝缘子串组成的几何平面将整体以η角度偏移垂直平面，形成风偏平面；与步骤s22中的sb和sa的计算方式相同，计算出在风偏平面内的小、大号杆塔侧导线最低点到主杆塔的线长s'b和s'a，即，式中：γ’、σ10’、σ20’、la’、lb’、分别为风偏平面下，导线自重比载、小、大号杆塔侧输电导线的水平应力，小、大号杆塔侧的导线最低点到主杆塔的水平档距；风偏平面内竖直方向综合比载γ'＝γ/cosη；风偏平面内的其他参量，档距l'、高差角β'和水平应力σ'，分别为：所述步骤s24具体为：假设大、小号杆塔侧绝缘子串以相同方向和倾斜角摆动，使得摆动后风偏平面内的档距和导线长度保持不变，建立风偏平面内覆冰厚度计算模型，绝缘子串轴向拉力f由拉力传感器测得，该力的方向与风偏平面内竖直方向的夹角即风偏平面内的倾斜角θ'相同；θ'与角度传感器测得的风偏角η和垂直平面内绝缘子串沿导线方向的倾斜角θ有如下关系：设gt为导线、绝缘子串和金具自重之和，绝缘子串与金具自重为gi，导线分裂数为n，则有：gt＝gi/2+w(sa+sb)n在风偏平面垂直档距内，覆冰前竖直方向向下的力为导线、绝缘子串和金具自重之和与风共同作用形成的综合荷载，覆冰后增加了因覆冰而形成的综合荷载增量。拉力传感器测量的竖直方向向上的拉力为fv＝fcosθ'。垂直档距内导线覆冰前、后竖直方向上的静力平衡，有下式成立：式中qice为导线覆冰荷载集度，对于每个杆塔，gt是常数，则由上式可推导出：设覆冰密度为ρ，导线直径为d，按照线路设计标准设覆冰形状为均匀圆柱体，则导线等效覆冰厚度为:所述的气象条件风险预警信息包括括正常、注意、严重、危急；当气温大于0℃时表示正常，表示输电线路不受冰雪灾害影响，即输电线路及输电铁塔不存在覆冰风险；当气温小于0℃且大于-20℃、相对湿度小于80％时为注意，表示输电线路受冰雪灾害轻微影响，即输电线路及输电铁塔存在轻微覆冰风险；当气温小于0℃且大于-20℃、相对湿度大于80％且大于90％时为严重，表示输电线路受冰雪灾害中度影响，即输电线路及输电铁塔具有中度覆冰风险；当气温小于0℃且大于-20℃、相对湿度大于90％时为危急，表示输电线路受冰雪灾害重度影响，即输电线路及输电铁塔存在严重覆冰风险，易导致电网安全运行事故发生。所述等值覆冰厚度风险预警信息包括包括正常、注意、严重、危急；当等值覆冰厚度为0时表示正常，表示输电线路不受冰雪灾害影响，即输电线路及输电铁塔不存在覆冰风险；当等值覆冰厚度小于预设的限值的30％时为注意，表示输电线路受冰雪灾害轻微影响，即输电线路及输电铁塔存在轻微覆冰风险；当等值覆冰厚度大于等于预设的限值的30％、且小于预设的限值的60％时为注意为严重，表示输电线路受冰雪灾害中度影响，即输电线路及输电铁塔具有中度覆冰风险；当等值覆冰厚度大于等于预设的限值的60％时为危急，表示输电线路受冰雪灾害重度影响，即输电线路及输电铁塔存在严重覆冰风险，易导致电网安全运行事故发生。本发明与现有技术相比，其有益效果在于：本方法通过对当前在线监测技术的应用，在覆冰监测和环境微气象监测，对比覆冰历史数据，使得覆冰预警成为可能，完善了电网抗冰应急体系建设，突破现有覆冰在线监测技术应用的难题，充分发挥在线监测技术的全天候工作、实时性高的优势，扭转人工观冰为主的冰情获取方式，建立感知能力强、快速响应的高效的抗冰预警体系，为冬季电网安全运行保驾护航。附图说明图1为本发明实施例提供的基于微气象和覆冰历史数据的输电线路覆冰预警方法的流程图；图2为步骤s2的流程图；图3为架空线路在无风和无覆冰等外荷载时的受力模型图；图4为风偏平面(x'-y平面)内的架空线路的受力模型图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。在本申请中，相关缩略语和关键术语定义如下：微气象在线监测：监测环境温度、湿度、风速、风向、气压气象参数，并将采集到的各种气象参数及其变化状况，通过监测装置实时的传送到系统主机中，系统主机可对采集到的数据进行存储、统计与分析，并将所有数据通过各种报表、统计图、曲线等方式显示给用户。气象数据融合：涉及到气象的有微气象信息、国家气象站信息、卫星雷达信息(需采购)、卫星云图信息(需采购)、精准实时天气预报(需采购)等，各类信息来源不同，结构不同，将气象监测数据及预报数据等多源异构电网气象信息进行有效融合，建立结构化一体化的数据模型，统一命名存储。覆冰风险等级划分：根据现有气象条件及覆冰厚度，确定覆冰风险等级，包括正常、注意、严重、危急，根据未来24小时内微气象数据及覆冰历史数据，确定未来24小时覆冰风险等级，进行预警。实施例：参阅图1所示，本实例提供的基于微气象和覆冰历史数据的输电线路覆冰预警方法具体包括：s1、利用气象数据明确覆冰区域和线路，以为提供准确的预警信息基础；s2、通过输电线路在线监测装置来获取覆冰区域线路的现场覆冰拉力值，建立等值覆冰厚度计算模型，以计算导线等值覆冰厚度，具体地，如图2所示，包括s21、建立塔线路覆冰计算静力学模型，以计算出导线覆冰参数在主杆塔和大、小号杆塔及架空线路构成的垂直平面(x-y平面内，建立架空线路在无风和无覆冰等外荷载时的受力模型如图3所示。图中：主杆塔a与小号侧杆塔b及大号侧杆塔c之间的档距分别为l1和l2，导线原始长度分别为s1和s2，导线悬挂点高度差分别为h1和h2，高差角分别为β1和β2，大、小号侧杆塔导线最低点到主杆塔的水平档距分别为la和lb；为简化导线覆冰计算过程以及提高计算的准确性，对架空线路在无风和无覆冰等外荷载时的受力模型采用几何分解的方法：首先，在垂直平面内计算未覆冰时线路基本静力学参数；然后，考虑绝缘子串和线路受风偏影响，偏离垂直平面角度η，形成线路风偏平面；最后，在风偏平面内建立该平面竖直方向上的静力平衡方程，从而计算出导线覆冰参数。s22、根据导线覆冰参数对塔线路覆冰计算静力学模型进行垂直平面内静力学分析如图3所示，根据导线设计时原始长度s，已知杆塔档距l、高差角β和导线自重比载γ，由导线长度斜抛物线近似公式，可推导出垂直平面内的导线水平应力σ，即，根据上式，可分别计算小、大号杆塔侧输电导线的水平应力σ10和σ20，并将它们分别代入下式，即可求得小、大号杆塔侧的导线最低点到主杆塔的水平档距lb和la，即，将la和lb的计算结果分别带入下式中，即可求得小、大号杆塔侧导线最低点到主杆塔的导线长度sb和sa，即s23、对经垂直平面内静力学分析后的塔线路覆冰计算静力学模型进行风偏平面内静力学分析，以得到导线风偏平面内参量未覆冰的导线受到横向稳定风的影响，线路及其绝缘子串组成的几何平面将整体以一定的角度偏移垂直平面，形成风偏平面(x'-y平面)，该角度即为角度传感器测得的风偏η。现有的计算模型，只在垂直平面内进行覆冰力学计算，没有考虑风偏因素的影响或考虑不当，实际拉力传感器测得的力的方向并不固定在垂直平面内，而是随绝缘子和导线风偏变化，这时现有的计算模型结果和实际情况就会有偏差。进行风偏平面内的力学分析能将力的平衡建立在一个新的平面内，使计算过程简化，准确性更高。与步骤s22中的sb和sa的计算方式相同，计算出在风偏平面内的小、大号杆塔侧导线最低点到主杆塔的线长s'b和s'a，即，式中：γ’、σ10’、σ20’、la’、lb’、分别为风偏平面下，导线自重比载、小、大号杆塔侧输电导线的水平应力，小、大号杆塔侧的导线最低点到主杆塔的水平档距；风偏平面内竖直方向综合比载γ'＝γ/cosη；风偏平面内的其他参量，档距l'、高差角β'和水平应力σ'，分别为：s24、根据导线风偏平面内参量来建立风偏平面内覆冰厚度计算模型，以计算出导线等效覆冰厚度在风偏平面内，覆冰将在主杆塔两侧产生不同的导线水平张力，从而使得绝缘子串倾斜。为简化分析，假设大、小号杆塔侧绝缘子串以相同方向和倾斜角摆动，使得摆动后风偏平面内的档距和导线长度保持不变，建立风偏平面内覆冰厚度计算模型，具体如图4所示。绝缘子串轴向拉力f由拉力传感器测得，该力的方向与风偏平面内竖直方向(x'方向)的夹角即风偏平面内的倾斜角θ'相同。θ'与角度传感器测得的风偏角η和垂直平面内绝缘子串沿导线方向的倾斜角θ有如下关系：设gt为导线、绝缘子串和金具自重之和，绝缘子串与金具自重为gi，导线分裂数为n，则有：gt＝gi/2+w(sa+sb)n在风偏平面垂直档距内，覆冰前竖直方向向下的力为导线、绝缘子串和金具自重之和与风共同作用形成的综合荷载，覆冰后增加了因覆冰而形成的综合荷载增量。拉力传感器测量的竖直方向向上的拉力为fv＝fcosθ'。垂直档距内导线覆冰前、后竖直方向上的静力平衡，有下式成立：式中qice为导线覆冰荷载集度，对于每个杆塔，gt是常数，则由上式可推导出：设覆冰密度为ρ(覆冰类型为雨凇，ρ＝0.9*103kg/(mmm2))，导线直径为d，按照线路设计标准设覆冰形状为均匀圆柱体，则导线等效覆冰厚度为:s3、将导线等值覆冰厚度和预设的限值进行比较，若超过预设的限值，则启动融冰方案，若没有超过预设的限值，则进入步骤s4；s4、根据微气象数据及覆冰历史数据，结合导线当前的覆冰情况，判断未来一段时间内，导线的覆冰厚度是否会超过预设的限值，否，则发布气象条件风险预警信息，是，则进入步骤s5；s5、对导线上的覆冰情况进行复核；s6、根据导线等值覆冰厚度、覆冰增长趋势和预警风险等级发布等值覆冰厚度风险预警信息，并启动融冰方案。由此可知，本方法通过对当前在线监测技术的应用，在覆冰监测和环境微气象监测，对比覆冰历史数据，使得覆冰预警成为可能，完善了电网抗冰应急体系建设，突破现有覆冰在线监测技术应用的难题，充分发挥在线监测技术的全天候工作、实时性高的优势，扭转人工观冰为主的冰情获取方式，建立感知能力强、快速响应的高效的抗冰预警体系，为冬季电网安全运行保驾护航。具体地，上述的气象条件风险预警信息包括括正常、注意、严重、危急；当气温大于0℃时表示正常，表示输电线路不受冰雪灾害影响，即输电线路及输电铁塔不存在覆冰风险；当气温小于0℃且大于-20℃、相对湿度小于80％时为注意，表示输电线路受冰雪灾害轻微影响，即输电线路及输电铁塔存在轻微覆冰风险；当气温小于0℃且大于-20℃、相对湿度大于80％且大于90％时为严重，表示输电线路受冰雪灾害中度影响，即输电线路及输电铁塔具有中度覆冰风险；当气温小于0℃且大于-20℃、相对湿度大于90％时为危急，表示输电线路受冰雪灾害重度影响，即输电线路及输电铁塔存在严重覆冰风险，易导致电网安全运行事故发生。气温＞0℃-20～0℃-20～0℃-20～0℃相对湿度——＜80％80％～90％≥90％风险等级正常注意严重危急上述的等值覆冰厚度风险预警信息包括包括正常、注意、严重、危急；当等值覆冰厚度为0时表示正常，表示输电线路不受冰雪灾害影响，即输电线路及输电铁塔不存在覆冰风险；当等值覆冰厚度小于预设的限值的30％时为注意，表示输电线路受冰雪灾害轻微影响，即输电线路及输电铁塔存在轻微覆冰风险；当等值覆冰厚度大于等于预设的限值的30％、且小于预设的限值的60％时为注意为严重，表示输电线路受冰雪灾害中度影响，即输电线路及输电铁塔具有中度覆冰风险；当等值覆冰厚度大于等于预设的限值的60％时为危急，表示输电线路受冰雪灾害重度影响，即输电线路及输电铁塔存在严重覆冰风险，易导致电网安全运行事故发生。等值覆冰厚度00～设计值30％设计值30％～设计值60％≥设计值60％风险等级正常注意严重危急上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本
发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。当前第1页12