一种基于山地微地形特殊风场的输电线路风偏计算方法技术

一种基于山地微地形特殊风场的输电线路风偏计算方法，所述方法将山地输电线路分为沿山架设和跨山架设两种架设方式；按两种情况下不同的高度段，对获得的计算风速采用通过山地环境下的实验仿真验证过的不同的风速修正系数进行修正，获得更加贴近于实际山地环境下的风速；考虑到覆冰和山地风场效应的叠加作用，采用考证过的山地风效应和覆冰情况共同作用的覆冰重力修正系数以及覆冰体型修正系数，得到针对输电线路所在山地微地形的风偏计算方法。本发明专利技术方法适用于大部分处于典型山地微地形下的输电线路，优化风偏故障预防工作及山地输电线路设计的技术经济指标。

Wind deviation calculation method of transmission line based on special wind field of mountainous micro-topography

【技术实现步骤摘要】
一种基于山地微地形特殊风场的输电线路风偏计算方法
本专利技术涉及一种基于山地微地形特殊风场的输电线路风偏计算方法，属电力输电线

技术介绍
输电线路因其大多架设在露天场所，极易受到强风影响。在强风的影响下，输电线路结构会承受过高的风载荷，会造成杆塔倒塌、风偏闪络等事故发生，甚至会导致整个输电系统的崩塌，威胁到电网的安全和用户供电的可靠性。因地理原因的限制，许多输电线路难免要经过复杂的山地地形，传统的输电线路防风偏设计中风偏角的计算并没有考虑到复杂山地地形对风速的影响以及风速的脉动特性，而随着经济技术的发展和电网规模的不断扩大，传统的风偏角计算逐渐难以适应现在复杂的输电环境，使得事故的发生呈现出愈演愈烈的趋势。因此，有必要针对复杂的山地地形的风场特性及对线路的影响进行实验评估，进而提出一种针对山地微地形的输电线路风偏角计算方法，提高输电线路设计的科学性。在传统输电线路的设计中，一般采用如下传统的风偏计算公式对输电线路的风偏进行计算：或其中，为设计所需要求得的风偏角，PI为悬垂绝缘子串风压，GI为悬垂绝缘子串重力，P为导线的风荷载，W1为导线自重力；lH(杆塔水平档距)，lv(杆塔垂直档距)，α(塔位高差系数)，T(导线张力)。上式中，悬垂绝缘子串重力(GI)和导线自重力(W1)只需要按单纯的称量或者相应的标准取用即可，而传统的绝缘子串风压(PI)与传统的导线风荷载(P)则分别有如下计算公式：式中，V为风速，AI为绝缘子串受风面积。P＝0.625αμscβc(d+2δ)lHv2sin2θ×10-3(4)式中，α为电线风压不均匀系数，μsc为电线体型系数，βc为风载荷调整系数，v为风速，d为电线外径，δ为电线覆冰厚度(无覆冰时为0)，lH为杆塔水平档距，θ为风向与电线轴向间的夹角。不难看出，绝缘子串风压(PI)与导线风荷载(P)的计算与风速和其体型有关。
技术实现思路
本专利技术的目的，就是针对山地地形下特有的风速及覆冰情况，采用经仿真实验得到的一系列风速和重力修正系数，对实际计算的导线和绝缘子的自重和风压及风载荷进行修正，提高山地地区输电线路对风偏故障的安全性；为实现该目的，提出一种基于山地微地形特殊风场的输电线路风偏计算方法。本专利技术实现的技术方案如下，一种基于山地微地形特殊风场的输电线路风偏计算方法，所述方法将山地输电线路按沿山架设和跨山架设两种情况下不同的高度段，对获得的计算风速采用通过山地环境下的实验仿真验证过的不同的风速修正系数进行修正，获得实际山地环境下的风速；采用考证过的山地风效应和覆冰情况共同作用的覆冰重力修正系数以及覆冰体型修正系数，对输电线路所在山地微地形的风偏进行计算。一种基于山地微地形特殊风场的输电线路风偏计算方法，包括如下步骤：(1)收集整理输电线路风偏计算所需基本数据及线路所在地的气象资料。(2)根据输电线路现场情况确定输电线路架设方式。(3)沿山架设情况下，根据气象资料判断输电线路所在位置为迎风坡或背风坡情况，按据地面高度划分不同的高度段；跨山架设情况下，根据对不同峡谷宽度下的仿真实验结果先划分出峡谷的宽度段再根据不同的峡谷宽度段划分不同的高度段。(4)结合气象资料判定输电线路所在区域是否有覆冰的可能性；如有覆冰，结合气象资料判定输电线路覆冰的重量和形状，并得出输电线路覆冰相应的修正系数。(5)结合仿真结果和风洞试验结果的分析，得出的各个参数对相应变量进行修正并计算风偏角。所述风速修正系数为：式中，p为实验仿真中求得的风速修正系数，具体表现为沿山架设的风速修正系数和跨山架设的风速狭管修正系数；Ve是某高度仿真实验得到的山地环境下山体附近的水平风速，Vc则是同高度下仿真实验中来流的风速，k为保证系数。所述覆冰重力修正系数为：式中，qI为覆冰情况下的覆冰重力修正系数，M为单位长度导线自重或悬垂绝缘子自重，MI为单位长度导线上覆盖的冰自重或覆盖在悬垂绝缘子上的冰自重，k为保证系数。在不同的风速下输电线路覆冰可能有不同的形状，也会影响覆冰的重量，这里采用最大的覆冰重量情况下的冰自重。风速爬坡/下坡效应则根据实验仿真得到的不同架设方式下不同山体高度中不同高度的修正风速在山体表面的竖直分量直接在计算公式中进行修正即可。所述覆冰体型修正系数为：式中，k为保证系数，Pie为一定截面积下的各截面覆冰形状的导线风荷载，Pi为该截面积下圆形截面覆冰形状的导线风荷载(原计算得到的覆冰情况下的风荷载)。在山地输电线路为沿山架设情况下，所述计算风速修正的步骤如下：(a)在输电线路为沿山架设方式下，采用相应高度段下的系数进行修正，水平方向上的风速修正方法为：Vd＝pyVzcosθ式中，Vd为修正后的输电线路在某高度下的水平风速分量；py则为沿山架设情况下的风速修正系数；θ为输电线路所在山体与水平方向的夹角；Vz为传统计算方法计算时得到的某一高度z下的风速：式中，V0是在参考高度z0处的水平风速；α为地面粗糙度指数，在山地地形下为B类地貌，取0.15。(b)在输电线路为沿山架设的情况下，还有竖直方向上的风速爬坡/下坡效应，具体修正方法为：Vs＝pyVzsinθ式中，Vs为沿山架设情况下修正后的输电线路在某高度段下的竖直风速分量；Vz为传统计算方法计算时得到的一定高度下的计算用风速；py则为沿山架设情况下的风速修正系数；θ为输电线路所在山体与水平方向的夹角。(c)单位长度导线或悬垂绝缘子串所受的竖直方向风压P1，即：P1＝S0P0修正后的导线或绝缘子串重力为：Ge＝G±P1式中，Ge为修正后的绝缘子/导线自重力，当输电线路处于迎风坡时计算取减号，处于背风坡时计算取加号；G为原计算采用的导线/绝缘子串自重；P1为为单位长度导线或悬垂绝缘子串所受的竖直方向风压；其中，P0为所得的竖直方向上的单位面积风压；ρ为空气密度；v为不同架设方式下不同高度的风速在山体表面的竖直分量；修正后的绝缘子串重力代入到风偏计算公式的GI处；导线自重代入到传统的风偏计算公式(1)或(2)的W1处；与步骤(a)中所述水平方向上的风速修正一起，完成对沿山架设山地输电线路修正后的风偏计算。(d)覆冰和爬坡/下坡共同作用下的导线自重为：Gei＝qIG±P1式中，Gei为覆冰和爬坡/下坡共同作用下的导线自重，G为原计算采用的导线自重，P1为单位长度导线或悬垂绝缘子串所受的竖直方向风压，qI为根据实际输电线路的记录分析计算所得的覆冰重力修正系数；按修正后考虑覆冰情况的沿山架设输电线路导线自重Gei可代入到传统的风偏计算公式(1)或(2)的W1处，完成对考虑覆冰情况下山地地形下沿山布置情况导线自重的修正。(e)对输电线路导线风载荷进行修正，即：式中，P′为最终得到的考虑可能导线覆冰体型对导线风荷载影响的沿山架设山地输电线路导线风载荷；P是导线的风载荷；s为某种覆冰截面形状的覆冰体型修正系数，Vd是按沿山架设情况下修正过的近山体的水平方向风速分量；α为电线风压不均匀系数；μsc为电线体型系数；βc为风载荷调整系数；v为不同架设方式下不同高度的风速在山体表面的竖直分量；d为电线外径；δ为电线覆冰厚度(无覆冰时为0)；lH为杆塔水平档距；θ为风向与电线轴向间的夹角。将修正后得到的参数代入到传统的风偏计算公式中完成风偏计算，达到考虑覆冰效果的对实际沿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于山地微地形特殊风场的输电线路风偏计算方法，其特征在于，所述方法将山地输电线路按沿山架设和跨山架设两种情况下不同的高度段，对获得的计算风速采用通过山地环境下的实验仿真验证过的不同的风速修正系数进行修正，获得实际山地环境下的风速；采用考证过的山地风效应和覆冰情况共同作用的覆冰重力修正系数以及覆冰体型修正系数，对输电线路所在山地微地形的风偏进行计算。

【技术特征摘要】
1.一种基于山地微地形特殊风场的输电线路风偏计算方法，其特征在于，所述方法将山地输电线路按沿山架设和跨山架设两种情况下不同的高度段，对获得的计算风速采用通过山地环境下的实验仿真验证过的不同的风速修正系数进行修正，获得实际山地环境下的风速；采用考证过的山地风效应和覆冰情况共同作用的覆冰重力修正系数以及覆冰体型修正系数，对输电线路所在山地微地形的风偏进行计算。2.根据权利要求1所述的一种基于山地微地形特殊风场的输电线路风偏计算方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)收集整理输电线路风偏计算所需基本数据及线路所在地的气象资料；(2)根据输电线路现场情况确定输电线路架设方式；(3)沿山架设情况下，根据气象资料判断输电线路所在位置为迎风坡或背风坡情况，按据地面高度划分不同的高度段；跨山架设情况下，根据对不同峡谷宽度下的仿真实验结果先划分出峡谷的宽度段再根据不同的峡谷宽度段划分不同的高度段；(4)结合气象资料判定输电线路所在区域是否有覆冰的可能性；如有覆冰，结合气象资料判定输电线路覆冰的重量和形状，并得出输电线路覆冰相应的修正系数；(5)结合仿真结果和风洞试验结果的分析，得出的各个参数对相应变量进行修正并计算风偏角。3.根据权利要求1所述的一种基于山地微地形特殊风场的输电线路风偏计算方法，其特征在于，所述风速修正系数为：式中，p为实验仿真中求得的风速修正系数；Ve是某高度仿真实验得到的山地环境下山体的水平风速，Vc则是同高度下仿真实验中来流的风速，k为保证系数。4.根据权利要求1所述的一种基于山地微地形特殊风场的输电线路风偏计算方法，其特征在于，所述覆冰重力修正系数为：式中，qI为覆冰情况下的覆冰重力修正系数，M为单位长度导线自重或悬垂绝缘子自重，MI为单位长度导线上覆盖的冰自重或覆盖在悬垂绝缘子上的冰自重，k为保证系数。5.根据权利要求1所述的一种基于山地微地形特殊风场的输电线路风偏计算方法，其特征在于，所述覆冰体型修正系数为：式中，k为保证系数，Pie为一定截面积下的各截面覆冰形状的导线风荷载，Pi为该截面积下圆形截面覆冰形状的导线风荷载。6.根据权利要求1所述的一种基于山地微地形特殊风场的输电线路风偏计算方法，其特征在于，在山地输电线路为沿山架设情况下，所述计算风速修正的步骤如下：(a)在输电线路为沿山架设方式下，采用相应高度段下的系数进行修正，水平方向上的风速修正方法为：Vd＝pyVzcosθ式中，Vd为修正后的输电线路在某高度下的水平风速分量；py则为沿山架设情况下的风速修正系数；θ为输电线路所在山体与水平方向的夹角；Vz为传统计算方法计算时得到的某一高度z下的风速：式中，V0是在参考高度z0处的水平风速，α为地面粗糙度指数，在山地地形下为B类地貌，取0.15；(b)在输电线路为沿山架设的情况下，还有竖直方向上的风速爬坡/下坡效应，具体修正方法为：Vs＝pyVzsinθ式中，Vs为沿山架设情况下修正后的输电线路在某高度段下的竖直风速分量；(c)单位长度导线或悬垂绝缘子串所受的竖直方向风压P1，即：P1＝S0P0其中，S0为悬垂绝缘子串受风面积；修正后的导线或绝缘子串重力为：Ge＝G±P1式中，Ge为修正后的绝缘子/导线自重力，当输电线路处于迎风坡时计算取减号，处于背风坡时计算取加号；G为原计算采用的导线/绝缘子串自重；式中，P0为所得的竖直方向上的单位面积风压；ρ为空气密度；v为不同架设方式下不同高度的风速在山体表面的竖直分量；修正后的绝缘子串重力代入到传统的风偏计算公式；导线自重代入到传统的风偏计算公式；与步骤(a)中所述水平方向上的风速修正一起，完成对沿山架设山地输电线路修正后的风偏计算；(d)覆冰和爬坡/下坡共同作用下的导线自重为：Gei＝qIG±P1式中，Gei为覆冰和爬坡/下坡共同作用下的导线自重，qI为根据实际输电线路的记录分析计算所得的覆冰重力修正系数；按修正后考虑覆冰情况的沿山架设输电线路导线自重Gei代入到传统的风偏计算公式进行计算；(e)对输电线路导线风载荷进行修正，即：式中，P′为最终得到的考虑可能导线覆冰体型对导线风荷载影响的沿山架...

【专利技术属性】
技术研发人员：周龙武，邵戎，饶斌斌，邹丹旦，张宇，马建国，程巍，胡京，邹建章，况燕军，李帆，
申请(专利权)人：国网江西省电力有限公司电力科学研究院，国家电网有限公司，华东交通大学，南昌科晨电力试验研究有限公司，中国电建集团江西省电力设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：江西,36