[發明專利]輸電導線覆冰厚度預測方法及裝置

在審

• 申請號: 201710234538.2
• 申請日: 2017-04-11
• 公開（公告）號: CN107092983A
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 宣東海;王毅;于欽剛;李紅云;馬琳;熊鵬;伊瑞鵬;武曄楠;李云鵬
• 申請（專利權）人: 北京國網富達科技發展有限責任公司;國網山東省電力公司濱州供電公司
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06N99/00
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司11127
• 代理人: 任默聞,賈磊

技術領域

本發明涉及電網安全領域，尤指一種輸電導線覆冰厚度預測方法及裝置。

背景技術

覆冰對電網的危害，按照其引發原因可分五類：(1)線路過荷載。寒冷雨雪天氣下，覆冰在導線上不斷增長，導致輸電導線的質量和體積不斷增大，使導線弧垂增大、對地間距減小，積累到一定程度時，就可能發生閃絡事故。同時，導線弧垂和體積增大，在風力作用下，有可能造成兩導線或導線與地面相碰，發生短路跳閘、燒傷甚至燒斷導線的事故。當覆冰質量進一步增大，超過導線、金屬、絕緣子以及塔桿的機械強度時，可能使導線從壓接管內抽出，或外層鋁股斷裂、鋼芯抽出。而覆冰質量超過桿塔額定負載時，可能導致桿塔塔基下沉、傾斜或者爆裂。桿塔折斷甚至倒塌。(2)相鄰檔不均勻覆冰或不同期脫冰。會產生張力差使導線在線夾內滑動，嚴重時導線外層鋁股在線夾口處全部斷裂、鋼芯抽動，線夾另一側的鋁股將擁擠在線夾附近。(3)絕緣子串冰閃。冰閃是污閃的一種特殊形式，嚴重覆冰的情況下，絕緣子大量傘形出現冰凌橋接，使絕緣子絕緣強度降低，泄露距離縮短。融冰過程中，冰體或冰晶體的表面水膜可很快溶解污穢中的電解質，提高融冰水或者冰面水膜的電導率，引起絕緣子串電壓分布及單片絕緣子表面電壓分布的畸變，從而降低覆冰絕緣子串的閃絡電壓。(4)輸電導線舞動損壞電力設備。風力作用下發生低頻(通常0.1～3Hz)大幅度(振幅為導線直徑的5～300倍)的震動或舞動。導線舞動時，將損壞桿塔、導線、金具及部件，造成頻繁跳閘甚至停電事故。(5)變電站設備覆冰事故。變電站中，許多戶外高壓隔離開關采用了閘刀式結構，這種結構在高寒冷冰凍條件下，甚至不能正常分和，極大地干擾了電網系統正常運行。

2008年初，低溫雨雪冰凍天氣覆蓋我國南方，華中、華東地區，導致貴州、湖南，廣東、云南、廣西和江西等省輸電線路大面積、長時間停運，造成全國范圍電網停運電力線路36740條，停運變電站共2018座，110～500kV線路共有8381基桿塔傾倒及損壞。全國共170個縣(市)發生供電中斷的情況。南方電網供電區域的貴州大部分地區、廣西桂北地區、廣東粵北地區和云南滇東北地區設施遭受到嚴重破壞。這次冰災給國民經濟和人民生活造成巨大損失，僅南方電網的直接經濟損失就達150多億元，基于此，如何提供一種準確有效的覆冰預測方法，成為業內亟需解決的一個問題。目前覆冰預報的技術主要是將氣象要素與覆冰觀測直接訓練建立模型。這種方法嚴重依賴覆冰觀測數據的質量和數量。本文結合中尺度數值天氣預報模式和機器學習算法，通過預報無量綱的冰厚系數來間接預報電線覆冰厚度。

發明內容

本發明目的在于減少觀測數據質量問題引入的誤差，提供一種統一成對標準冰厚的預報有助于比較不同地區冰厚情況的輸電導線覆冰厚度預測方法及裝置。

為達上述目的，本發明所提供的輸電導線覆冰厚度預測方法具體包含：獲取電線覆冰厚度半徑和含導線的覆冰半徑，根據所述電線覆冰厚度半徑和所述含導線的覆冰半徑計算獲得第一電線覆冰的標準冰厚；獲取中尺度數值天氣預報氣象要素數據，根據所述中尺度數值天氣預報氣象要素數據計算獲得第二電線覆冰的標準冰厚；根據所述第一電線覆冰的標準冰厚和所述第二電線覆冰的標準冰厚，計算獲得冰厚系數；根據所述中尺度數值天氣預報氣象要素數據獲得預定類別及數量的天氣要素；將所述冰厚系數與所述天氣要素帶入SVM機器學習模型即支持向量機中進行擬合，獲得擬合函數模型；將待測數據所對應的中尺度數值天氣預報氣象要素數據帶入所述擬合函數模型，獲得預測冰厚系數，根據所述預測冰厚系數獲得預測電線覆冰厚度信息。

在上述輸電導線覆冰厚度預測方法中，優選的，根據所述電線覆冰厚度半徑和所述含導線的覆冰半徑計算獲得第一電線覆冰的標準冰厚包含：根據以下標準公式獲得所述第一電線覆冰的標準冰厚；

在上述公式中：r_obs為第一電線覆冰的標準冰厚；r為電線覆冰厚度半徑；ρ為覆冰密度；R為包含導線的覆冰半徑；k表示覆冰形狀系數，對于雨凇、霧凇、雨霧松混合物為0.8～0.9，濕雪為0.9～0.95，小覆冰k值靠下限選，大覆冰k值靠上限選。

在上述輸電導線覆冰厚度預測方法中，優選的，根據所述中尺度數值天氣預報氣象要素數據計算獲得第二電線覆冰的標準冰厚包含：根據以下經驗公式獲得所述第二電線覆冰的標準冰厚；

在上述公式中：r_sm為二電線覆冰的標準冰厚；ρ_i為覆冰密度；i為與觀測對應的各個時間；ρ₀為水的密度；P為降水量；V為風速；W為液態水含量。