架空輸電線路樹木生長周期預測模型研究

段杰

摘 要：架空輸電線路和樹障的矛盾嚴重影響電網(wǎng)的運行安全，因此建立架空輸電線路樹木生長周期預測模型對保障電網(wǎng)的安全運行具有重要意義。本文首先分析了樹障隱患形成的原因，然后建立了樹木生長周期預測模型，并得出了模型分析結果。

關鍵詞：架空線；樹障；生長周期預測模型

中圖分類號：TM75 文獻標識碼：A

架空輸電線路是都勻電網(wǎng)重要的組成部分，大部分的架空輸電線路處于環(huán)境復雜的叢山峻嶺中。架空輸電線路通道中存在很多樹木，通道內(nèi)樹木的生長對線路的安全運行造成了嚴重的威脅，架空線路和樹障矛盾突出。2014年導致輸電線路健康度降低的原因有42項，其中樹障隱患原因有10項，占總量的23.81%。因此，解決架空線路和樹障矛盾對保證電網(wǎng)的安全運行具有重要意義。

1 樹障隱患形成原因分析

現(xiàn)階段架空線路和樹障矛盾日益突出，但是相關運行單位對通道內(nèi)的樹木進行清除時遇到諸多阻礙，具體有以下幾種原因：

（1）近幾年來，由于國家退耕還林政策實施，一些農(nóng)戶在經(jīng)濟利益的驅使下，在線路防護區(qū)內(nèi)種植樹種優(yōu)良，生長時間短，生長速度快的樹木；

（2）輸電線路架設投運后，雖然依照《電力法》形成了電力設施保護區(qū)，但對輸電線路下方的土地未進行征用及補償，這就意味著無法阻止土地產(chǎn)權所有者種植高干植物；

（3）之前設計標準不高或過多考慮投資等原因，設計采用的桿塔不高，部分輸電線路導線對地距離只能滿足最基本的安全要求，線路經(jīng)過長期運行，不斷生長的樹木水平距離和垂直距離均不滿足規(guī)程要求；

（4）由于近年來國家對環(huán)保要求的提高，農(nóng)戶也提高了自己的維權意識。我所在協(xié)調清理樹障時遇到阻礙，往往得不到農(nóng)戶的配合。

為此，傳統(tǒng)的架空輸電線路通道清理模式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)狀對樹木清理的要求，提出科學有效的輸電線路通道清理模式已經(jīng)是迫切需要。本文提出利用樹木生產(chǎn)周期預測模型來對線路通道內(nèi)樹障進行預測，合理的安排清理計劃反饋給線路管理人員，減少和杜絕輸電線路運行障礙，提高輸電線路安全運行。

2 樹木生長周期預測模型

2.1 模型的建立

式（2）中，B表示樹木的橫截面的面積，s（B）用以表示樹木在橫截面面積為B的情況下的年增長量，C（B）表示森林中樹木橫截面面積為B時的競爭系數(shù)。另外，S表示森林空間的自相關系數(shù)，a1、a2、a3、a4為常數(shù)參數(shù)，其數(shù)值均可根據(jù)不同山區(qū)的實際情況進行設置。上式（3）中Sn表示n時樹木的高度，Sn-1表示n-1時樹木的高度。通過上式（2）（3）便可以預測出樹木每年的高度。

通過對比上式（1）（2）可知，本文根據(jù)Yokosawa模型的研究將式（1）中的第二項變?yōu)榱薆lnB，同時調整了第三項和第四項分別為非對稱競爭C（B）

和對稱競爭C（B0），并且在式（1）的基礎上導入了空間結構的隨機效應即空間自相關系數(shù)S。非對稱競爭C（B）、對稱競爭C（B0）和林木的空間自相關系數(shù)S均可以通過高斯固有條件自回歸模型進行求取。

建立自回歸模型時需要隨機的選擇若干塊50×50m的方格，同時將方格均勻的劃分為9個相鄰的方格，現(xiàn)假設只有相鄰的方格間具有相互作用。相鄰的方格是指該方格周圍且直接連接的方格。方格劃分完成后采用貝葉斯統(tǒng)計的方法進行相關數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，然后同時根據(jù)目標方格的隨機性采用條件分布公式求解出C（B）、C（B0）和S。

2.2 數(shù)據(jù)采集

由于各個地區(qū)樹木種類復雜多樣，前期數(shù)據(jù)采集需要隨機的選擇若干塊50×50m區(qū)域，采集該區(qū)域內(nèi)樹木的種類、樹木的生長高度和橫截面積、區(qū)域內(nèi)樹木最低生長高度。對復雜環(huán)境下的輸電線路線下樹木數(shù)據(jù)采集，部分樹木樹種數(shù)據(jù)檢測是有效手段，也是特征抽取所必需的。常用的檢測方法有：

（1）利用現(xiàn)有樹木樹種資料對現(xiàn)場樹木特性進行核對檢測，保證樹木特性的有效性為原則，全面覆蓋所轄的區(qū)域所有樹種。

（2）利用監(jiān)測手段對所轄區(qū)域每種樹種根據(jù)氣候條件、地理位置、地形特點選取2～3個點進行數(shù)據(jù)監(jiān)測，通過監(jiān)測結果匯總分析取平均值，有效的得出每種樹種在不同年齡段生長高度。

3 建模結果分析

根據(jù)南網(wǎng)《樹障防控導則》和《運行規(guī)程》，結合貴州常見樹木自然生長高度及速率，經(jīng)過全面的現(xiàn)場林木數(shù)據(jù)采集并建立了樹木生長周期預測模型，最終形成了《常見樹種生長周期一覽表》和《樹障差異化管控表》。通過生長周期預測模型，我們可以通過計算2～4年，4～6年，6～8年樹木平均生長速率、上半年平均速率和下半年平均速率。通過建模研究分析發(fā)現(xiàn)，大部分樹種對110kV輸電線路造成樹障隱患均處于生長周期2年以上。通過該模型能夠有效的預測樹木的生長高度，從而提前做出相關預案保證電網(wǎng)的安全運行。

參考文獻

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