基于多参数风荷载的输电线路强风跳闸风险评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及输电线路风险预警评估技术领域，特别涉及基于多参数风荷载的输电 线路强风跳闸风险评估方法。
【背景技术】
[0002] 大风灾害是一种危害巨大的自然灾害，威胁人身与财产安全，输电线路覆盖广阔， 沿线气象环境复杂，且直接暴露在大气环境中，极易遭受强风天气的影响，大风灾害是造成 输电线路跳闸的主要自然因素之一，例如强台风登陆对沿海地区的电力设备造成巨大危 害，且其出现时间大多正值迎峰度夏期间，输电线路多为高负荷运行，一旦发生断线倒塔事 故，不仅会给电力企业造成重大损失，而且直接影响国家的生产建设和人民的生活秩序。此 外大风造成的输电线路导线舞动、风偏闪络、断线等，严重影响电力系统安全稳定运行。为 此亟需开展强风天气下电力系统输电线路跳闸风险评估。
[0003] -篇中国专利文献，【申请号】201210378284. 9,专利名称：《一种基于GIS的输电线 路风速预警信息处理方法》，是将GIS地图上分布有输电线路的区域分割成若干网格区域； 获取每个网格区域内的输电线路杆塔的位置信息，并计算两个杆塔之间的输电线路的走 向，并保存；由公网上获取每个网格区域内的风速信息和风向信息；根据获取的信息，判断 每个杆塔是否存在风险；根据风险判断的结果，发布预警信息；该方法存在的不足之处是， 对比预测风速与设计风速来进行风险评估，没有考虑大风持续作用；而预测风速采用网格 法获取，精度较差。
[0004] 另一篇中国专利文献，【申请号】201310078961.X，专利名称：《一种台风灾害风险 预估方法》，公开了针对指定监测区域的台风灾害所造成的损失数据进行统计分析，选择致 灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性和防灾减灾能力作为台风灾害风险评估指 标体系，用模糊变换理论建立台风灾害风险预估模型，把台风预报结果作为预估模型的启 动条件和输入条件，经过预估模型的计算和分析，得到未来一段时间被预估地区是否致灾 以及致灾的灾害风险等级。该方法存在的不足之处是，核心是采用最大风速进行评估，没有 考虑大风持续作用。关于强风天气下输电线路跳闸风险评估，其核心是通过最大风速这一 特征量进行评估，但输电线路在强风作用下会存在累积效应，持续强风作用将加速输电线 路机械疲劳，更易造成跳闸事故，但目前还未有相关的方法，考虑强风的持续作用，评估还 不全面。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的为解决现有技术的上述问题，提供了基于多参数风荷载的输电线路 强风跳闸风险评估方法，根据历史气象数据、输电线路地理信息以及强风跳闸故障数据，建 立风荷载多参数评估标准，分析线路在强风环境下的跳闸风险，为了实现上述目的，本发明 采用的技术方案如下：
[0006] 基于多参数风荷载的输电线路强风跳闸风险评估方法，其特征在于：根据历史气 象数据、输电线路地理信息以及强风跳闸故障数据，建立风荷载多参数评估标准，分析输电 线路在强风环境下的跳闸风险，包括以下步骤：
[0007] 步骤1 :分析气象部门县级观测站日值数据，包括平均风速Va与最大风速Vni，建立 空间插值函数V = F(X，Y)，其中V为待求点的风速估计值，（X，Y)为待求点地理坐标，F函 数为空间插值函数；由于气象数据来自各气象观测站观测值，是离散点数据，一般将观测站 所在行政区域的气象参数统一为该站点数据，这样的处理会增大数据分析的误差，本发明 采用空间插值函数对离散数据进行处理，以减少数据分析过程中产生的误差；
[0008] 步骤2 :将输电线路杆塔坐标代入空间插值函数，获取线路沿线风力参数，分别计 算杆塔、导线、地线以及绝缘子串风荷载三参数；
[0009] 根据步骤1中得到的空间插值函数V = F(X，Y)，用于获取输电线路周边风力信息 分析，由于输电线路较长，其沿线风力参数并不一致，为此，本发明对输电线路进行单元分 段，以一个档距为一单元，以档距中小号杆塔的风力参数作为整个档距风力值，分别计算杆 塔、导线、地线以及绝缘子串风荷载参数：
[0010] 1)导线、地线风荷载：
[0011] Wx= α ·Ι0· μζ· ysc· 0c?d.Lp.B. (sin Θ )2，
[0012] W0= V 71600,
[0013] 其中：WX为垂直于导线及地线方向的水平风荷载标准值，单位为kN ; α为风压不 均系数；V为基准高度为IOm的风速；μ z为风压高度变化系数；μ se为导线的体形系数；β c 为风振系数，也称风荷载调整系数，可以把随机风荷载等效为静力荷载；d为导线外径或覆 冰时的计算外径，分裂导线取所有子导线外径总和，单位为m ;LP为杆塔的水平档距，单位为 m ;B为覆冰时风荷载增大系数；Θ为风向与导线夹角，单位为度，本发明中取为90度；
[0014] 2)杆塔风荷载：
[0015] Ws= W a · μζ· Us· βζ·Β·Α5，
[0016] 其中，Ws为杆塔风荷载标准值，单位是kN，μ S、AS分别为构件的体型系数和承受风 压的投影面积计算值，单位是m2, βζ是杆塔风荷载调整系数；
[0017] 3)绝缘子串风荷载：
[0018] W1=W0* μζ·Β· A1,
[0019] 其中=W1是绝缘子串风荷载标准值，单位为kN ;Α :是绝缘子串承受风压面积计算 值，单位为m2;
[0020] 根据杆塔、导线、地线和绝缘子串风荷载参数的计算结果，以及风力参数（平均风 速Va与最大风速V J，分别计算输电线路各单元档距中导线、杆塔和绝缘子的平均风荷载日 值数据（WXa、WSa、WJ，以及最大风荷载日值数据（WXni、W Sni、W1J ;
[0021] 步骤3:根据历史气象数据以及输电线路故障信息，建立基于风荷载三参数的五 档评估表；本发明根据历史气象数据以及输电线路故障信息，建立基于风荷载三参数的五 档评估表，用于后续跳闸风险评估，假设历史气象数据包含N天信息，待评估的输电线路包 含M个档距单元段，根据日期顺序以及杆塔号从小到大的顺序，将日期与单元段分别编号， 那么上述三参数风荷载可写为如下形式：
[0025] 其中，上标i为历史数据中的第i天，1彡i彡N ;下标j为输电线路中第j个单元 段，！彡j彡M ;
[0026] 根据历史气象数据，计算所有日期、所有单元段档距的三参数风荷载，分别分析各 元件的三参数风荷载，根据数据分布情况，均匀划分为五档，每档内的荷载数大致相同，说 明输电线路自然环境下五档范围内的风荷载出现概率大致相同，绝缘子三参数五档风荷载 范围如表1所示。
[0027] 表1三参数五档风荷载范围表（绝缘子）
[0028]
[0029] 步骤4 :根据气象预报数据与过去一周气象数据，进行空间插值分析，获取线路沿 线风力参数，建立各元件风荷载预估值，与风荷载三参数的五档评值进行比对，最终确定线 路在强风条件下的跳闸风险。
[0030] 优选地，所述空间插值函数V = F(X，Y)通过如下函数表达式进行分析：
[0033] 表达式中，m为参与插值的气象观测站点的数目，山为待求点到第i个气象观测点 的空间距离，a+bX+cY为局部趋势模块，X，Y为待求点的位置坐标。A;、a、b和c为方程系 数。
[0034] 优选地，为考虑风力持续作用的影响，通过建立单元档距各元件的三参数风荷载 分析计算所述杆塔、导线、地线以及绝缘子串的风荷载三参数：
[0035] 绝缘子：(WIa、WIni、S1)，
[0036] 导线与地线：(WSa、WSni、Ss)，
[0037] 杆塔：(WXa、WXni、Sx)，
[0038] 其中（WXa、WSa、WJ为输电线路各单元档距中杆塔、导线与地线以及绝缘子的平均 风荷载日值数据，（WXni、WSni、WJ为最大风荷载日值数据，（Sx、S s、S1)为根据各元件的平均 风荷载日值数据，本发明为考虑风力持续作用的影响，根据各元件的平均风荷载日值数据 (WXa、WSa、WIa)，建立一周风荷载折线图，假设一周风荷载方向相同的最