[發明專利]一種利用能見度模型預測輸電線路冰厚的方法

有效

• 申請號: 201110106618.2
• 申請日: 2011-04-27
• 公開（公告）號: CN102297674A
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發明（設計）人: 熊海星;吳息;苑奇;劉渝;黃志洲;尹亮;劉涼山
• 申請（專利權）人: 中國電力工程顧問集團西南電力設計院
• 主分類號: G01B21/08
• 分類號: G01B21/08;G06F19/00
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 徐宏;吳彥峰

技術領域

本發明涉及一種利用能見度模型預測輸電線路冰厚的方法。

背景技術

導線覆冰指在一定的氣象條件下，冰晶物質在導線四周積聚的自然現象，導線覆冰會導致電線和桿塔荷載的增加，導致事故的發生。導線覆冰引起的事故主要有以下三類：（1）過負載事故，其主要是因為導線覆冰超過設計抗冰厚度,即覆冰后質量、風壓面積增加而導致的機械和電氣方面的事故的發生；（2）不均勻覆冰或不同期脫冰事故，其主要是因為相鄰檔的不均勻覆冰或線路不同期脫冰產生張力差，從而損壞金具、導線和絕緣子或使導線電氣間隙減少而發生的閃絡；（3）覆冰導線舞動，其主要是因為不均勻覆冰或冰、風荷載的作用使導線產生自激振蕩和低頻率的舞動,從而造成金具損壞、導線斷股、斷線和桿塔傾斜或倒塌等機械及電氣事故的發生。

電線積冰的統計特征可以根據以前的積冰事故來估計，但目前國內外對實際電線覆冰的準確觀測數據尚不充足，尤其長期的覆冰觀測序列更是嚴重缺乏。這使得輸電線路無法根據實際的覆冰情況進行科學合理的布置與設計，一方面使工程成本增加，另一方面又使某些線路不能滿足輸電線路的抗冰的要求，從而導致事故的發生。

為滿足輸電線路抗冰（防冰）設計對覆冰數據的需求，現階段主要采用建立覆冰觀測站的方式來采集覆冰觀測數據。目前使用的電子自動覆冰觀測系統在嚴寒條件下不能正常工作，導致大量數據缺失。因此，在沒有穩定可靠的自動觀測系統的情況下，人工觀測成為采集覆冰厚度數據的唯一方式。但人工觀測充滿風險，觀測人員在觀測過程中易發生安全事故，人員工作環境艱苦、生活保障困難，且投資費用較高。為防范風險、減少投資，采用觀測氣象要素的方式來預測輸電線路覆冰厚度，這種創新方式可有效避免人工觀測方式的不足。

發明內容

本發明的發明目的在于：針對上述存在的問題，提供一種利用能見度模型預測輸電線路冰厚的方法，通過能見度模型預測輸電線路的冰厚，從而為覆冰輸電線路的抗冰（防冰）布置與設計提供支撐。

本發明的目的通過下述技術方案來實現：

一種利用能見度模型預測輸電線路冰厚的方法，包括如下步驟：

第一步、收集輸電線路所在地的導線覆冰資料和氣象要素資料，所述導線覆冰資料包括：覆冰長徑、短徑、冰重、覆冰過程起止時間、覆冰特征，所述氣象要素資料包括：溫度、濕度、氣壓、能見度、降水量、風速、風向資料；

第二步、將步驟一中的導線覆冰資料和氣象要素資料分別按東西向和南北向進行整理，整理的覆冰資料包括：覆冰出現的日期、某次記錄的持續時間、導線覆冰長徑、短徑、冰重、覆冰厚度、實測覆冰密度，整理的氣象要素資料包括：風向和風速、干濕球溫度、降水量、水汽壓、相對濕度、能見度、水汽輸送量，整理方法如下：將觀測時間與各種氣象要素觀測值或計算值一一對應；

第三步、對步驟二中整理的數據分別進行相應的統計，對于過程持續時間、過程記錄次數、過程中的12小時降水次數及降雨總量分別按求和方式進行統計，對于最大覆冰厚度、實測覆冰密度、過程中的平均垂直風速、過程中的平均水汽輸送量、過程中的平均溫度分別按算術平均值進行統計；

第四步、將整理好的數據代入冰厚擬合公式，預測輸電線路冰厚；

冰厚擬合的公式如下：

式中D_W為霧凇冰厚，D_J為雨凇冰厚；?

其中，D_J的計算公式如下：

R為雨強，單位mm/h，由覆冰過程內總降雨量除以降雨量記錄次數L再除以12小時而得，τ為覆冰過程的持續時間；

D_W的計算公式如下：

覆冰過程效率與風速擬合系數c和d采用曲線擬合方法確定：定義Y為覆冰過程效率，有，令，根據多個覆冰過程的相關統計分別計算Y和風速Vn，利用多個Y和Vn的計算值得到擬合圖形，根據擬合圖形可以得到c和d的值；

覆冰密度ρ的計算公式如下：?

，將不同覆冰過程中的多個溫度t值和ρ值對應進行擬合，可得到擬合圖形，從而確定擬合系數x、z的值;

Q的計算公式如下：

上式中n_k為覆冰過程中觀測次數，V為風速，θ為風速與導線的夾角，W為液態水含量，計算式如下：

上式中Vis為能見度。

所述步驟二中，冰重的定義為：將導線上取冰后稱重的實測值轉換為每米導線上的冰重。

所述步驟二中，實測覆冰密度的計算公式如下：