架空輸電線路樹木生長周期預測模型研究

段杰

摘 要：架空輸電線路和樹障的矛盾嚴重影響電網的運行安全，因此建立架空輸電線路樹木生長周期預測模型對保障電網的安全運行具有重要意義。本文首先分析了樹障隱患形成的原因，然后建立了樹木生長周期預測模型，并得出了模型分析結果。

關鍵詞：架空線；樹障；生長周期預測模型

中圖分類號：TM75 文獻標識碼：A

架空輸電線路是都勻電網重要的組成部分，大部分的架空輸電線路處于環境復雜的叢山峻嶺中。架空輸電線路通道中存在很多樹木，通道內樹木的生長對線路的安全運行造成了嚴重的威脅，架空線路和樹障矛盾突出。2014年導致輸電線路健康度降低的原因有42項，其中樹障隱患原因有10項，占總量的23.81%。因此，解決架空線路和樹障矛盾對保證電網的安全運行具有重要意義。

1 樹障隱患形成原因分析

現階段架空線路和樹障矛盾日益突出，但是相關運行單位對通道內的樹木進行清除時遇到諸多阻礙，具體有以下幾種原因：

（1）近幾年來，由于國家退耕還林政策實施，一些農戶在經濟利益的驅使下，在線路防護區內種植樹種優良，生長時間短，生長速度快的樹木；

（2）輸電線路架設投運后，雖然依照《電力法》形成了電力設施保護區，但對輸電線路下方的土地未進行征用及補償，這就意味著無法阻止土地產權所有者種植高干植物；

（3）之前設計標準不高或過多考慮投資等原因，設計采用的桿塔不高，部分輸電線路導線對地距離只能滿足最基本的安全要求，線路經過長期運行，不斷生長的樹木水平距離和垂直距離均不滿足規程要求；

（4）由于近年來國家對環保要求的提高，農戶也提高了自己的維權意識。我所在協調清理樹障時遇到阻礙，往往得不到農戶的配合。

為此，傳統的架空輸電線路通道清理模式已經不能滿足現狀對樹木清理的要求，提出科學有效的輸電線路通道清理模式已經是迫切需要。本文提出利用樹木生產周期預測模型來對線路通道內樹障進行預測，合理的安排清理計劃反饋給線路管理人員，減少和杜絕輸電線路運行障礙，提高輸電線路安全運行。

2 樹木生長周期預測模型

2.1 模型的建立

式（2）中，B表示樹木的橫截面的面積，s（B）用以表示樹木在橫截面面積為B的情況下的年增長量，C（B）表示森林中樹木橫截面面積為B時的競爭系數。另外，S表示森林空間的自相關系數，a1、a2、a3、a4為常數參數，其數值均可根據不同山區的實際情況進行設置。上式（3）中Sn表示n時樹木的高度，Sn-1表示n-1時樹木的高度。通過上式（2）（3）便可以預測出樹木每年的高度。

通過對比上式（1）（2）可知，本文根據Yokosawa模型的研究將式（1）中的第二項變為了BlnB，同時調整了第三項和第四項分別為非對稱競爭C（B）

和對稱競爭C（B0），并且在式（1）的基礎上導入了空間結構的隨機效應即空間自相關系數S。非對稱競爭C（B）、對稱競爭C（B0）和林木的空間自相關系數S均可以通過高斯固有條件自回歸模型進行求取。

建立自回歸模型時需要隨機的選擇若干塊50×50m的方格，同時將方格均勻的劃分為9個相鄰的方格，現假設只有相鄰的方格間具有相互作用。相鄰的方格是指該方格周圍且直接連接的方格。方格劃分完成后采用貝葉斯統計的方法進行相關數據的統計，然后同時根據目標方格的隨機性采用條件分布公式求解出C（B）、C（B0）和S。

2.2 數據采集

由于各個地區樹木種類復雜多樣，前期數據采集需要隨機的選擇若干塊50×50m區域，采集該區域內樹木的種類、樹木的生長高度和橫截面積、區域內樹木最低生長高度。對復雜環境下的輸電線路線下樹木數據采集，部分樹木樹種數據檢測是有效手段，也是特征抽取所必需的。常用的檢測方法有：

（1）利用現有樹木樹種資料對現場樹木特性進行核對檢測，保證樹木特性的有效性為原則，全面覆蓋所轄的區域所有樹種。

（2）利用監測手段對所轄區域每種樹種根據氣候條件、地理位置、地形特點選取2～3個點進行數據監測，通過監測結果匯總分析取平均值，有效的得出每種樹種在不同年齡段生長高度。

3 建模結果分析

根據南網《樹障防控導則》和《運行規程》，結合貴州常見樹木自然生長高度及速率，經過全面的現場林木數據采集并建立了樹木生長周期預測模型，最終形成了《常見樹種生長周期一覽表》和《樹障差異化管控表》。通過生長周期預測模型，我們可以通過計算2～4年，4～6年，6～8年樹木平均生長速率、上半年平均速率和下半年平均速率。通過建模研究分析發現，大部分樹種對110kV輸電線路造成樹障隱患均處于生長周期2年以上。通過該模型能夠有效的預測樹木的生長高度，從而提前做出相關預案保證電網的安全運行。

參考文獻

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