本发明涉及气象预警领域,具体是一种台风影响电网断线率的预测方法。
背景技术:
中国是台风危害最严重的国家之一,强台风灾害的概率虽然不大,但是发生后却会造成群发性的电网断线,甚至在其他阻塞的推波助澜下演化成电力灾难,其风险不容忽视,为了计算台风及其发生灾害对线路故障率的影响,目前通常采用统计数据,但是难以实现在线预警,无法及时准确的对强台风带来的灾害进行预警。
技术实现要素:
为了解决上述问题,本发明提出一种台风影响电网断线率的预测方法,具体技术方案如下:
一种台风影响电网断线率的预测方法包括以下步骤:
(1)基础信息收集:收集基础信息,包括气象信息、地形地质信息及电网设备信息;
(2)计算导线上的台风风速:根据步骤(1)中收集到的基础信息对导线上的台风风速进行计算:
①台风路径预测:根据实时数据及气象预报信息,预警台风走向、速率和最大风险的变化率以及下一时刻台风中心位置及最大风速;
②台风风场计算:台风风场某点的背景风速V等于移动风速分量Vd和环流风速分量Vt的向量和:V=Vd+Vt,其中:
移动风速Vd计算:式中:V0为台风中心移动风速,Rmax为最大风速半径,r为台风风场中某点到台风中心的距离;
环流风速Vr计算:
当r小于Rmax时,
当r大于Rmax时,式中:Vmax为最大风速值;
(3)计算台风导致的导线断线故障率:将导线视为铰链,并假设导线的荷载沿长度均匀分布,故采用斜抛物线计算相关参数;
①在水平风V作用下,忽略顺线路方向的风荷载,每档导线上垂直于导线方向的水平风荷载W1为:
W1=0.625a1μ1N’LDV2sin2θ*10-3,式中:a1为导线风压不均匀系数;μ1为导线体型系数;N’为相导线分裂数;L为导线在风荷载下的长度;D为导线外径;θ为风向与导向方向的夹角;
②在风作用下该档导线的总荷载Q及总比载γ分别为:
其中G为导线自重;
③由斜抛物线公式计算导线在风荷载下的长度L为:
式中:l为该档线路挡距;β为悬点间高差角;δ0为风荷载下导线的水平应力;
④该档导线最大应力
式中:lm为导线最低点到较高杆塔的水平距离;
⑤采用指数函数拟合导线路风荷载过载断线故障P1与导线最大应力δm间的关系:
当δm<μ1δ1时,
当δm≥μ1δ1时,P1=0.01;
其中μ1δ1为导线所能承受的极限应力,δ1为导线的设计应力,μ1为导线的安全系数,K1和T1为与线路参数相关的常数。
进一步,所述步骤(1)中所述气象信息包括历史信息、实时检测和预报信息。
进一步,所述步骤(1)中所述电网设备信息包括导线的风压不均匀系数a1、导线的安全系数μ1、导线分裂数N’、导线外径D。
进一步,所述步骤(2)采用GIS模拟台风走向、速率和最大风险的变化率以及下一时刻台风中心位置及最大风速。
进一步,所述步骤(2)中所述实时数据包括台风中心移动风速V0、最大风速半径Rmax台风风场中某点到台风中心的距离r、最大风速值Vmax、该档线路挡距l、悬点间高差角β、风荷载下导线的水平应力δ0、导线外径D、风向与导向方向的夹角θ、导线自重G以及导线最低点到较高杆塔的水平距离lm。
进一步,步骤(2)中通过线性插值法计算台风走向、速率和最大风险的变化率以及下一时刻台风中心位置及最大风速。
进一步,步骤(3)的①和②之间还包括:在山坡处则应考虑导线上的垂直风荷载FV:
FV=0.625a1μ1N’LDVV2*10-3,式中:VV为垂直线路向上的风速。
本发明的有益效果为:本发明提供的一种台风影响电网断线率的预测方法,改变了传统的在线安全分析功能采用不变的预想故障表,通过计算得到台风影响电网断线率,实现在线预警,对强台风带来的灾害进行预警,可以按各潜在的故障关注度的大小排序,便于人们及时采取营救措施。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的技术方案,下面结合优选实施例对本发明作进一步的详细说明:
一种台风影响电网断线率的预测方法,包括以下步骤:
(1)基础信息收集:收集与台风有关的基础信息,包括气象信息、地形地质信息及电网设备信息等,其中所述气象信息包括历史信息、实时检测和预报信息;所述电网设备信息包括导线的风压不均匀系数a1、导线体型系数μ1、导线分裂数N’、导线外径D等。
(2)计算导线上的台风风速:根据步骤(1)中收集到的基础信息,对导线上的台风风速进行计算:
①台风路径预测,根据实时数据及气象预报等信息,采用GIS(地理信息系统Geographic Information System)模拟台风走向、速率和最大风险的变化率以及下一时刻台风中心位置及最大风速,通过线性插值法计算台风走向、速率和最大风险的变化率以及下一时刻台风中心位置及最大风速。
②台风风场计算,台风风场某点的背景风速,即离地10m高的风速V等于移动风速分量Vd和环流风速分量Vt的向量和:
V=Vd+Vt,其中:
移动风速Vd计算:
式中:V0为台风中心移动风速,Rmax为最大风速半径,r为台风风场中某点到台风中心的距离;
环流风速Vr计算:
当r小于Rmax时,
当r大于Rmax时,
式中:Vmax为最大风速值;
3)计算台风导致的导线断线故障率:
将导线视为铰链,并假设导线的荷载沿长度均匀分布,故采用斜抛物线计算相关参数;
①在水平风V作用下,忽略顺线路方向的风荷载,每档导线上垂直于导线方向的水平风荷载W1为:
W1=0.625a1μ1N’LDV2sin2θ*10-3;
式中:a1为导线风压不均匀系数,中国标准取值为0.61;μ1为导线体型系数,通常取值1.2;N’为相导线分裂数,其取值一般不超过4;L为导线在风荷载下的长度;D为导线外径;θ为风向与导向方向的夹角;
在平原地区或大尺度地形环境的研究中,一般只考虑W1;
②但是在山坡处则应考虑导线上的垂直风荷载FV:
FV=0.625a1μ1N’LDVV2*10-3
式中:VV为垂直线路向上的风速;
③在风作用下该档导线的总荷载Q及总比载γ分别为:
其中G为导线自重;
④由斜抛物线公式计算导线在风荷载下的长度L为:
式中:l为该档线路挡距;β为悬点间高差角;δ0为风荷载下导线的水平应力;
⑤该档导线最大应力
式中:lm为导线最低点到较高杆塔的水平距离;
⑥采用指数函数拟合导线路风荷载过载断线故障P1与导线最大应力δm间的关系:
当δm<μ1δ1时,
当δm≥μ1δ1时,P1=0.01;
其中μ1δ1为导线所能承受的极限应力,δ1为导线的设计应力,μ1为导线的安全系数,规程规定导线的设计安全系数不应小于2.5;在采取防振措施的情况下,安全系数不应小于4.0,K1和T1为与线路参数相关的常数,通常K1取值0.85,T1取值3.06。
实施例一
(1)基础信息收集:收集与台风有关的基础信息,包括气象信息、地形地质信息及电网设备信息等,其中所述气象信息包括历史信息、实时检测和预报信息;所述电网设备信息包括导线的风压不均匀系数a1、导线体型系数μ1、导线分裂数N’、导线外径D等。
(2)计算导线上的台风风速:根据步骤(1)中收集到的基础信息,对导线上的台风风速进行计算:
①台风路径预测,根据历史数据、实时数据及气象预报等信息,采用GIS(地理信息系统Geographic Information System)模拟台风走向、速率和最大风险的变化率以及下一时刻台风中心位置及最大风速,或者通过线性插值法计算台风走向、速率和最大风险的变化率以及下一时刻台风中心位置及最大风速。
②台风风场计算,台风风场某点的背景风速,即离地10m高的风速V等于移动风速分量Vd和环流风速分量Vt的向量和:
V=Vd+Vr,其中:
移动风速Vd计算:
其中,假定台风中心移动风速V0为10m/s,最大风速半径Rmax为10m,台风风场中某点到台风中心的距离r为100m;
环流风速Vr计算:
当r大于Rmax时,
其中,假定最大风速值Vmax为20m/s。
3)计算台风导致的导线断线故障率:
将导线视为铰链,并假设导线的荷载沿长度均匀分布,故采用斜抛物线计算相关参数;
①在水平风V作用下,忽略顺线路方向的风荷载,每档导线上垂直于导线方向的水平风荷载W1为:
W1=0.625a1μ1N’LDV2sin2θ*10-3=0.625*.061*1.2*4*L*(2+10e-π)2*0.25*10-3=0.0108L;
其中:a1为导线风压不均匀系数,中国标准取值为0.61;μ1为导线体型系数,通常取值1.2;N’为相导线分裂数,其取值一般不超过4;L为导线在风荷载下的长度;假定导线外径D为0.05m;风向与导向方向的夹角θ为30°;
在平原地区或大尺度地形环境的研究中,一般只考虑W1;
②但是在山坡处则应考虑导线上的垂直风荷载FV:
FV=0.625a1μ1N’LDVV2*10-3=0.625*.061*1.2*4*L*25*10-3=0.04575L
其中:假定垂直线路向上的风速VV为5m/s。
③在风作用下该档导线的总荷载Q及总比载γ分别为:
其中G为导线自重;
④由斜抛物线公式计算导线在风荷载下的长度L为:
其中:假定该档线路挡距l为5m;悬点间高差角β为60°;风荷载下导线的水平应力δ0,只要测定δ0的数值,以上关系式均只有一个未知数L,通过上述方程即可求得L的具体数值,为常规技术特征,此处不再详细求出L的具体值。
⑤该档导线最大应力
其中:假定导线最低点到较高杆塔的水平距离lm为5m,上述关系式为关于L的关系式,得到L的数值,即可得到δm,此处不再详细求出δm的具体数值。
⑥采用指数函数拟合导线路风荷载过载断线故障P1与导线最大应力δm间的关系:
当δm<μ1δ1时,
当δm≥μ1δ1时,P1=0.01;
其中μ1δ1为导线所能承受的极限应力,δ1为导线的设计应力,μ1为导线的安全系数,规程规定导线的设计安全系数不应小于2.5;在采取防振措施的情况下,安全系数不应小于4.0,K1和T1为与线路参数相关的常数,通常K1取值0.85,T1取值3.06。
本发明不局限于以上所述的具体实施方式,以上所述仅为本发明的较佳实施案例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。