一种台风灾害下输电线路跳闸风险评估方法技术

本发明专利技术涉及一种台风灾害下输电线路风偏跳闸风险评估方法，包括输入研究区域的台风信息、每条输电线路设计信息和环境信息，所述输电线路设计信息包括输电线路杆塔信息、线路导线信息和悬垂绝缘子串信息；用蒙特卡洛法和刚体直杆法，建立台风灾害下输电线路绝缘子串的风偏跳闸概率计算模型；在已建好的模型中输入所需信息，得到该条输电线路在该次台风下的绝缘子串风偏跳闸概率，用以指导灾前工作和灾后停电损失的预测。本发明专利技术可适用于台风没有固定风场的情况，对于未知台风具有较好的预测效果，可得出台风灾害下整条输电线路绝缘子串的风偏跳闸概率，对于指导台风过境前灾情预测和过境后物资调度、停电损失预测均具有重要指导意义。

【技术实现步骤摘要】
一种台风灾害下输电线路跳闸风险评估方法
本专利技术涉及电力系统风险评估领域，具体涉及到一种台风灾害下输电线路风偏跳闸风险评估方法。
技术介绍
输电线路具有点多、面广、长期裸露在野外等特点，其安全稳定运行与所处的气候环境密切相关。近些年来台风灾害不仅发生得越来越频繁，而且其等级也越来越高，给输电线路带来了严重威胁。中国位于西太平洋，受台风影响较为严重，东南沿海地区更容易受到台风灾害的侵袭。根据数据统计，在台风灾害下，输电线路故障跳闸的主要原因包括：风偏、漂浮物、杆塔受损、断线等。其中，风偏跳闸的重合成功率偏低，只有60％左右，对电网安全稳定运行造成较大威胁。输电线路发生风偏跳闸的根本原因是强风等恶劣天气或台风等灾害天气下使得导线与塔身之间的空气间隙变小，当此空气间隙小至一定值时，会在此空气间隙发生空气击穿，造成跳闸事故。输电线路的风偏主要有三种形式：跳线风偏、相间风偏和绝缘子串风偏。其中，绝缘子串风偏是造成输电线路风偏跳闸事故的最主要因素，绝缘子串风偏即直线塔上悬垂绝缘子串在风的作用下偏离原来的位置，导致导线和塔身的电气距离减小而发生风偏放电现象，导致输电线路发生风偏跳闸的情况。研究输电线路风偏跳闸风险需要考虑风力载荷、地形因素和线路自身三个条件。现有的输电线路风偏跳闸的研究中，通常是从预警风速、对风速进行模拟、计算风偏角等方面展开，将大风下输电线路风偏预警事故处理成风偏角的预测问题，将预报风向和风速考虑进预警方案中。但针对风偏的研究大多仅针对大风天气，并未针对灾害更大的台风天气做出分析。并且，目前对于输电线路风偏故障的研究一般是针对直线塔的某个悬垂绝缘子串或者耐张塔的某个跳线展开的，通过收集该杆塔的风力载荷、地形因素和线路自身资料，用风偏角的计算模型计算风偏角，从而判断该处是否会发生风偏放电引起跳闸现象。这类的分析方法比较易于改进算法精度，但研究对象的涵盖范围偏小，不利于对整条输电线路的风偏跳闸概率做出定量分析。目前关于输电线路风偏跳闸故障的研究大多是基于大风天气下，由于普通大风的风向变化较小，风速也较为固定，比较容易通过气象站提供的数据进行输电线路风偏跳闸情况的研究和预测，而台风没有固定的风场，其风向角和风速较难准确判断，因而需要对台风风场进行模拟。除此之外，目前对风偏跳闸故障的研究大多只是针对某一个悬垂绝缘子串或者某一根跳线，较少有对整条输电线路风偏跳闸的概率进行研究，使得某次台风来临时电力部门对各条输电线路的风偏跳闸故障难以预测，一定程度上影响了输电线路的恢复进度。因此，针对台风灾害下，研究导致输电线路风偏跳闸的主要形式，即绝缘子串风偏的可能性大小，建立输电线路风偏跳闸的概率计算模型，根据各地输电线路设计资料、地形情况和过境台风的相关数据等，计算出每条输电线路和每个直线杆塔绝缘子串风偏跳闸的可能性大小，对于台风频繁登陆地区的电力系统故障预测和台风期间的人力物资调度具有重要参考意义。
技术实现思路
本专利技术主要是解决现有台风灾害下输电线路风偏跳闸风险评估方法中，缺少台风风场的模拟、研究对象的涵盖范围偏小、缺乏整条输电线路和某个杆塔风偏跳闸可能性的研究等不足，提出一种台风灾害下输电线路风偏跳闸风险评估方法，通过蒙特卡洛法进行台风风速值和风向角的随机抽样，进行台风风场的模拟；通过收集研究输电线路及各杆塔的设计信息和所处的地形信息资料，计算出每个直线杆塔和整条输电线路绝缘子串的风偏跳闸概率，用以指导灾前工作和灾后停电损失的预测。本专利技术技术方案提供一种台风灾害下输电线路风偏跳闸风险评估方法，包括以下步骤：步骤1，输入研究区域的台风信息、每条输电线路设计信息和环境信息，所述输电线路设计信息包括输电线路杆塔信息、线路导线信息和悬垂绝缘子串信息；步骤2，用蒙特卡洛法和刚体直杆法，建立台风灾害下输电线路的绝缘子串风偏跳闸概率计算模型；步骤3，在步骤2已建好的台风灾害下输电线路绝缘子串风偏跳闸概率计算模型中输入台风风速范围，以及所要研究的输电线路设计信息和环境信息，得到该条输电线路在该次台风下绝缘子串的风偏跳闸概率，用以指导灾前工作和灾后停电损失的预测。而且，所述步骤1中，台风信息包括台风风速v和风向角γ，以及根据研究区域输电线路在该台风下的平均最大风速值a划定的风速范围(0,a)。而且，步骤1中，输电线路杆塔信息包括杆塔型号、水平档距LH和垂直档距LV。而且，步骤1中，线路导线信息包括导线型号、导线外径d、导线单位长度质量W0和导线体型系数K。而且，步骤1中，悬垂绝缘子串信息包括绝缘子型号、绝缘子串数n、悬垂绝缘子串承受风压面积A、悬垂绝缘子串自身的重力荷载GV和重锤重力WZ。而且，步骤1中，环境信息包括地面粗糙度类别、离地面或海平面高度。而且，步骤2中，用蒙特卡洛法和刚体直杆法建立台风灾害下输电线路风偏跳闸概率计算模型，实现步骤如下，步骤2.1，用蒙特卡洛随机抽样法进行台风风场的模拟，包括在某次台风下，用蒙特卡洛法在风速范围(0,a)内随机抽取m个风速值，在每个风速值下，再随机在风向角范围内随机抽取n个风向角，用来进行风偏角的计算；步骤2.2，用刚体直杆法进行风偏角的计算，最终能得到N个风偏角的值，其中N＝n×m；假设导线单位长度上的荷载沿档距均匀分布，则所研究的悬垂绝缘子串风偏角θ的计算公式为：式中，λH为悬垂绝缘子串底部与顶部的水平距离；λV为悬垂绝缘子串底部与顶部的竖向距离；GH为该悬垂绝缘子串中点处在风的作用下所受横向水平风荷载；GV为所研究的悬垂绝缘子串本身的重力；WH为与悬垂绝缘子串底部相连的导线的水平风荷载；WV为导线的重力荷载；WZ为悬垂绝缘子串底部悬挂的重锤重力；η为脉动增大系数；式中，α为风压不均匀系数；d为导线外径；K为导线体型系数；γ为风向与线路走向之间的夹角；LH为导线水平档距；导线重力荷载WV的计算公式如下：WV＝W0·g·LV×10-3式中，W0为导线单位长度的质量；LV为导线垂直档距；步骤2.3，将计算所得的N个风偏角θ与θmax进行比较，得该台风影响下某条三相交流输电线路第i个直线杆塔的A相导线绝缘子串风偏跳闸的概率PiA为：其中，代表风偏角大于风偏跳闸临界角的概率；每个三相交流输电线路的直线杆塔上发生风偏跳闸的概率Pi为：Pi＝1-(1-PiA)3若该条线路上有M座直线杆塔，则该条线路发生绝缘子串风偏跳闸的概率为：而且，步骤2.2中，悬垂绝缘子串中心处横向水平风荷载GH的计算公式如下：式中，n为绝缘子串数；A为悬垂绝缘子串所承受的风压面；μZ为风压高度变化系数；v为台风风速；g为重力加速度；悬垂绝缘子串末端导线的水平风荷载WH的计算公式如下：本专利技术的有益效果在于：充分考虑了台风受灾地区输电线路和杆塔的设计情况、杆塔所处的地形因素，用蒙特卡洛法随机模拟台风风场，可适用于台风没有固定风场的情况，对于未知台风具有较好的预测效果，使该模型具有更强的合理性和适用性；通过数理统计的方法，得出台风灾害下整条输电线路的绝缘子串的风偏跳闸概率，并且可以得到该条输电线路每座直线杆塔的跳闸概率，对于指导台风过境前灾情预测和过境后物资调度、停电损失预测均有重要指导意义。附图说明图1为本专利技术实施例的方法流程图。图2为本专利技术实施例的悬垂绝缘子串的刚体直杆模型示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种台风灾害下输电线路风偏跳闸风险评估方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，输入研究区域的台风信息、每条输电线路设计信息和环境信息，所述输电线路设计信息包括输电线路杆塔信息、线路导线信息和悬垂绝缘子串信息；步骤2，用蒙特卡洛法和刚体直杆法，建立台风灾害下输电线路的绝缘子串风偏跳闸概率计算模型；步骤3，在步骤2已建好的台风灾害下输电线路绝缘子串风偏跳闸概率计算模型中输入台风风速范围，以及所要研究的输电线路设计信息和环境信息，得到该条输电线路在该次台风下绝缘子串的风偏跳闸概率，用以指导灾前工作和灾后停电损失的预测。

【技术特征摘要】
1.一种台风灾害下输电线路风偏跳闸风险评估方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，输入研究区域的台风信息、每条输电线路设计信息和环境信息，所述输电线路设计信息包括输电线路杆塔信息、线路导线信息和悬垂绝缘子串信息；步骤2，用蒙特卡洛法和刚体直杆法，建立台风灾害下输电线路的绝缘子串风偏跳闸概率计算模型；步骤3，在步骤2已建好的台风灾害下输电线路绝缘子串风偏跳闸概率计算模型中输入台风风速范围，以及所要研究的输电线路设计信息和环境信息，得到该条输电线路在该次台风下绝缘子串的风偏跳闸概率，用以指导灾前工作和灾后停电损失的预测。2.根据权利要求1所述的一种台风灾害下输电线路风偏跳闸风险评估方法，其特征在于：所述步骤1中，台风信息包括台风风速v和风向角γ，以及根据研究区域输电线路在该台风下的平均最大风速值a划定的风速范围(0,a)。3.根据权利要求1所述的一种台风灾害下输电线路风偏跳闸风险评估方法，其特征在于：步骤1中，输电线路杆塔信息包括杆塔型号、水平档距LH和垂直档距LV。4.根据权利要求1所述的一种台风灾害下输电线路风偏跳闸风险评估方法，其特征在于：步骤1中，线路导线信息包括导线型号、导线外径d、导线单位长度质量W0和导线体型系数K。5.根据权利要求1所述的一种台风灾害下输电线路风偏跳闸风险评估方法，其特征在于：步骤1中，悬垂绝缘子串信息包括绝缘子型号、绝缘子串数n、悬垂绝缘子串承受风压面积A、悬垂绝缘子串自身的重力荷载GV和重锤重力WZ。6.根据权利要求1所述的一种台风灾害下输电线路风偏跳闸风险评估方法，其特征在于：步骤1中，环境信息包括地面粗糙度类别、离地面或海平面高度。7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种台风灾害下输电线路风偏跳闸风险评估方法，其特征在于：步骤2中，用蒙特卡洛法和刚体直杆法建立台风灾害下输电线路风偏跳闸概率计算模...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯慧，俞菊芳，李显强，吴细秀，唐金锐，于士文，耿浩，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42