基于數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的輸電線路風(fēng)偏閃絡(luò)預(yù)警方法

陳光輝 李丹 曹暉

摘 要：近些年來(lái)，輸電線路風(fēng)偏預(yù)警的問(wèn)題逐漸顯露出來(lái)，由于其一直使用在線監(jiān)測(cè)裝置，而且對(duì)風(fēng)偏后空氣間隙的閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面的精確性令人懷疑，所以不具備令人滿意的預(yù)警效果，適用性已經(jīng)逐漸不能滿足現(xiàn)階段工程的需求。在這種前提背景下，傳統(tǒng)的輸電線路風(fēng)偏閃絡(luò)預(yù)警方法勢(shì)必會(huì)逐漸退出歷史舞臺(tái)，基于數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的輸電線路風(fēng)偏閃絡(luò)預(yù)警方法閃亮登場(chǎng)，為此，本文將對(duì)這項(xiàng)高效的風(fēng)偏閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)管控手段展開(kāi)具體介紹。

關(guān)鍵詞：數(shù)值天氣預(yù)報(bào);輸電線路;風(fēng)偏閃絡(luò)預(yù)警

引言：基于數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的輸電線路風(fēng)偏閃絡(luò)預(yù)警方法是近些年各大工程青睞的風(fēng)偏閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)管控手段。這種方法分三部完成輸電線路風(fēng)偏閃絡(luò)預(yù)警工作。其一，運(yùn)用距離加權(quán)的插值算法，實(shí)現(xiàn)格點(diǎn)預(yù)報(bào)風(fēng)速映射處理，計(jì)算垂直于線路風(fēng)速分量。其二，計(jì)算線路與桿塔的最小空氣間隙，具體可參照剛體直棒法。其三，修正間隙擊穿電壓的各項(xiàng)具體參數(shù)，比如說(shuō)，空氣密度、濕度、降水量等，在對(duì)這些數(shù)值的分析計(jì)算中得出相應(yīng)天氣情況下的閃絡(luò)電壓值。在電網(wǎng)防風(fēng)減災(zāi)工作中，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用尤為廣泛。

1 輸電線路風(fēng)偏閃絡(luò)預(yù)警現(xiàn)行方法

截至目前為止，我國(guó)還有一部分工程項(xiàng)目尚未使用防風(fēng)偏措施的輸電線路。強(qiáng)風(fēng)來(lái)襲時(shí)，線路的絕緣子串會(huì)發(fā)生傾斜，跳線可能也會(huì)偏向桿塔。這時(shí)，導(dǎo)線與桿塔之間的空氣間隙就會(huì)大幅度減小，絕緣強(qiáng)度大幅度降低。當(dāng)空氣間隙降低至一定水平時(shí)，其將難以承受系統(tǒng)運(yùn)行電壓，風(fēng)閃網(wǎng)絡(luò)也就由此而出現(xiàn)，導(dǎo)致輸電線路跳閘。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)每年都會(huì)有數(shù)起由于風(fēng)閃網(wǎng)絡(luò)而引發(fā)的高壓以及超高壓輸電線路跳閘事故，多家電力公司不能幸免。而且，倘若強(qiáng)風(fēng)持續(xù)的時(shí)間相對(duì)來(lái)說(shuō)比較長(zhǎng)，線路風(fēng)偏閃絡(luò)跳閘后重合閘成功率并不高，因此，若不能切實(shí)解決這一問(wèn)題，國(guó)家電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行將面臨潛在危險(xiǎn)。

就當(dāng)前階段而言，我國(guó)的電路風(fēng)偏研究側(cè)重點(diǎn)是絕緣子串最大風(fēng)偏角，為了確保研究的簡(jiǎn)便運(yùn)算和計(jì)算精確性，我國(guó)相關(guān)工作人員選取剛體直棒法解風(fēng)偏角?，F(xiàn)階段比較成熟的最大風(fēng)偏角的修正方法主要有基于分析靜態(tài)平衡模型不足而產(chǎn)生的風(fēng)偏角修正方法，以及在特高壓輸電線路中比較有效的八分裂導(dǎo)線風(fēng)荷載計(jì)算的體型修正系數(shù)。但是，客觀來(lái)說(shuō)，現(xiàn)階段的相關(guān)研究依舊無(wú)法滿足現(xiàn)行需要，雖然可以相對(duì)比較精確的計(jì)算風(fēng)偏角及其模型參數(shù)，但是對(duì)于輸電線路中風(fēng)偏閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)警效率還還停留在相對(duì)較低的水平。因此，采用數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)輸電線路風(fēng)偏閃絡(luò)預(yù)警迫在眉睫。

2 數(shù)值預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)處理

為了實(shí)現(xiàn)輸電線路風(fēng)偏閃絡(luò)預(yù)警，需對(duì)線路與桿塔之間的最小空氣間隙進(jìn)行有效預(yù)測(cè)。在線路結(jié)構(gòu)參數(shù)給定的情況下，最小空氣間隙只與絕緣子串的最大風(fēng)偏角有關(guān)，而風(fēng)偏角的大小取決于風(fēng)速和風(fēng)向。氣象部門可提供未來(lái)72 h 風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、溫度、濕度以及降水量六要素的格點(diǎn)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，時(shí)間分辨率為 3 h，空間分辨率為 3 km×3 km。

2.1 風(fēng)速反距離加權(quán)插值 ? ? 所采用的格點(diǎn)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)中，每一個(gè)網(wǎng)格代表著幾何尺寸為 3 km×3 km 的地理區(qū)域。當(dāng)某一個(gè)網(wǎng)格中存在數(shù)基桿塔時(shí)，從氣象部門獲取的格點(diǎn)預(yù)報(bào)風(fēng)速值便不能直接地用于網(wǎng)格中線路絕緣子串或跳線的風(fēng)偏計(jì)算。故需要將原始的格點(diǎn)預(yù)報(bào)風(fēng)速插值映射到網(wǎng)格中每一基桿塔的位置，從而得到更加精細(xì)化風(fēng)速值計(jì)算輸電線路的風(fēng)偏角。

2.2 風(fēng)向與線路走向夾角計(jì)算

在風(fēng)速大小固定的前提下，風(fēng)向直接影響風(fēng)偏角的大小和風(fēng)偏的方向。一旦風(fēng)向發(fā)生改變，輸電線路就十分有可能會(huì)發(fā)生風(fēng)偏閃絡(luò)，而且具有極高的概率會(huì)出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象。所以說(shuō)，從某種意義上而言，方向是決定輸電線路風(fēng)偏閃絡(luò)的間接因素，而風(fēng)偏角的大小和風(fēng)偏方向是決定輸電線路風(fēng)偏閃絡(luò)的直接因素。對(duì)比這兩項(xiàng)直接因素，前者受垂直線路走向的風(fēng)速風(fēng)量影響，而后者受到風(fēng)向與線路走向相對(duì)位置的影響，但是，兩者同時(shí)取決于方向和線路走向之間的夾角。

3 輸電線路風(fēng)偏預(yù)警模型

3.1 風(fēng)偏閃絡(luò)電壓預(yù)測(cè)

空氣間隙的擊穿電壓不僅與間隙的距離有關(guān)，還與間隙所處的氣象條件有關(guān)。其中，溫度和氣壓對(duì)間隙擊穿電壓的綜合影響可歸結(jié)于空氣密度的影響。為預(yù)測(cè)輸電線路的風(fēng)偏閃絡(luò)電壓，分別采用空氣密度、濕度和降水量對(duì)標(biāo)準(zhǔn)條件下空氣間隙的 U50%進(jìn)行修正計(jì)算。

3.2風(fēng)偏閃絡(luò)預(yù)警方法

本文提出的輸電線路風(fēng)偏閃絡(luò)預(yù)警方法可分為以下 4 個(gè)步驟。

1） 基本參數(shù)輸入：包括線路設(shè)計(jì)參數(shù)、線路地理信息以及數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)。其中，線路設(shè)計(jì)參數(shù)包括桿塔尺寸、線路臺(tái)賬以及絕緣子串信息;線路地理信息包括桿塔所處地理位置、海拔高度及所屬微地形;數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)包括風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、溫度、濕度和降水量。2） 線路風(fēng)偏計(jì)算：根據(jù)步驟 1）中輸入的基本參數(shù)，采用公式對(duì)整條線路逐基桿塔計(jì)算絕緣子串的最大風(fēng)偏角，并代入式公式求解導(dǎo)線與桿塔的最小空氣間隙。3） 閃絡(luò)電壓預(yù)測(cè)：將預(yù)報(bào)天氣條件下的空氣密度、濕度以及降水量代入公式，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在當(dāng)前時(shí)代中，隨著氣象探測(cè)技術(shù)的突飛猛進(jìn)發(fā)展，基于數(shù)值天氣預(yù)報(bào)正在開(kāi)拓更寬的應(yīng)用領(lǐng)域。而本文所重點(diǎn)介紹的基于數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的輸電線路風(fēng)偏閃絡(luò)預(yù)警方法只不過(guò)是一項(xiàng)初步探索。就目前發(fā)展?fàn)顩r而言，其只能對(duì)未來(lái)24小時(shí)以內(nèi)的風(fēng)偏閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)報(bào)預(yù)警，在時(shí)間方面還稍有局限。因此，在后續(xù)工作中，相關(guān)人員可以在每次預(yù)報(bào)時(shí)都嚴(yán)格對(duì)比預(yù)檢結(jié)果和實(shí)際數(shù)據(jù)，在一次次的實(shí)踐探索中提高數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率，并在精確率有所保障的前提下對(duì)預(yù)測(cè)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，使其能為預(yù)警輸電線路風(fēng)偏閃絡(luò)提供具有決定性意義的信息。

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