基于數值天氣預報的輸電線路風偏閃絡預警方法

陳光輝 李丹 曹暉

摘 要：近些年來，輸電線路風偏預警的問題逐漸顯露出來，由于其一直使用在線監測裝置，而且對風偏后空氣間隙的閃絡風險評估方面的精確性令人懷疑，所以不具備令人滿意的預警效果，適用性已經逐漸不能滿足現階段工程的需求。在這種前提背景下，傳統的輸電線路風偏閃絡預警方法勢必會逐漸退出歷史舞臺，基于數值天氣預報的輸電線路風偏閃絡預警方法閃亮登場，為此，本文將對這項高效的風偏閃絡風險管控手段展開具體介紹。

關鍵詞：數值天氣預報;輸電線路;風偏閃絡預警

引言：基于數值天氣預報的輸電線路風偏閃絡預警方法是近些年各大工程青睞的風偏閃絡風險管控手段。這種方法分三部完成輸電線路風偏閃絡預警工作。其一，運用距離加權的插值算法，實現格點預報風速映射處理，計算垂直于線路風速分量。其二，計算線路與桿塔的最小空氣間隙，具體可參照剛體直棒法。其三，修正間隙擊穿電壓的各項具體參數，比如說，空氣密度、濕度、降水量等，在對這些數值的分析計算中得出相應天氣情況下的閃絡電壓值。在電網防風減災工作中，這項技術的應用尤為廣泛。

1 輸電線路風偏閃絡預警現行方法

截至目前為止，我國還有一部分工程項目尚未使用防風偏措施的輸電線路。強風來襲時，線路的絕緣子串會發生傾斜，跳線可能也會偏向桿塔。這時，導線與桿塔之間的空氣間隙就會大幅度減小，絕緣強度大幅度降低。當空氣間隙降低至一定水平時，其將難以承受系統運行電壓，風閃網絡也就由此而出現，導致輸電線路跳閘。根據相關數據顯示，我國每年都會有數起由于風閃網絡而引發的高壓以及超高壓輸電線路跳閘事故，多家電力公司不能幸免。而且，倘若強風持續的時間相對來說比較長，線路風偏閃絡跳閘后重合閘成功率并不高，因此，若不能切實解決這一問題，國家電網的安全穩定運行將面臨潛在危險。

就當前階段而言，我國的電路風偏研究側重點是絕緣子串最大風偏角，為了確保研究的簡便運算和計算精確性，我國相關工作人員選取剛體直棒法解風偏角?，F階段比較成熟的最大風偏角的修正方法主要有基于分析靜態平衡模型不足而產生的風偏角修正方法，以及在特高壓輸電線路中比較有效的八分裂導線風荷載計算的體型修正系數。但是，客觀來說，現階段的相關研究依舊無法滿足現行需要，雖然可以相對比較精確的計算風偏角及其模型參數，但是對于輸電線路中風偏閃絡風險的預警效率還還停留在相對較低的水平。因此，采用數值天氣預報數據，實現輸電線路風偏閃絡預警迫在眉睫。

2 數值預報數據處理

為了實現輸電線路風偏閃絡預警，需對線路與桿塔之間的最小空氣間隙進行有效預測。在線路結構參數給定的情況下，最小空氣間隙只與絕緣子串的最大風偏角有關，而風偏角的大小取決于風速和風向。氣象部門可提供未來72 h 風速、風向、氣壓、溫度、濕度以及降水量六要素的格點預報數據，時間分辨率為 3 h，空間分辨率為 3 km×3 km。

2.1 風速反距離加權插值 ? ? 所采用的格點預報數據中，每一個網格代表著幾何尺寸為 3 km×3 km 的地理區域。當某一個網格中存在數基桿塔時，從氣象部門獲取的格點預報風速值便不能直接地用于網格中線路絕緣子串或跳線的風偏計算。故需要將原始的格點預報風速插值映射到網格中每一基桿塔的位置，從而得到更加精細化風速值計算輸電線路的風偏角。

2.2 風向與線路走向夾角計算

在風速大小固定的前提下，風向直接影響風偏角的大小和風偏的方向。一旦風向發生改變，輸電線路就十分有可能會發生風偏閃絡，而且具有極高的概率會出現跳閘現象。所以說，從某種意義上而言，方向是決定輸電線路風偏閃絡的間接因素，而風偏角的大小和風偏方向是決定輸電線路風偏閃絡的直接因素。對比這兩項直接因素，前者受垂直線路走向的風速風量影響，而后者受到風向與線路走向相對位置的影響，但是，兩者同時取決于方向和線路走向之間的夾角。

3 輸電線路風偏預警模型

3.1 風偏閃絡電壓預測

空氣間隙的擊穿電壓不僅與間隙的距離有關，還與間隙所處的氣象條件有關。其中，溫度和氣壓對間隙擊穿電壓的綜合影響可歸結于空氣密度的影響。為預測輸電線路的風偏閃絡電壓，分別采用空氣密度、濕度和降水量對標準條件下空氣間隙的 U50%進行修正計算。

3.2風偏閃絡預警方法

本文提出的輸電線路風偏閃絡預警方法可分為以下 4 個步驟。

1） 基本參數輸入：包括線路設計參數、線路地理信息以及數值天氣預報數據。其中，線路設計參數包括桿塔尺寸、線路臺賬以及絕緣子串信息;線路地理信息包括桿塔所處地理位置、海拔高度及所屬微地形;數值天氣預報數據包括風速、風向、氣壓、溫度、濕度和降水量。2） 線路風偏計算：根據步驟 1）中輸入的基本參數，采用公式對整條線路逐基桿塔計算絕緣子串的最大風偏角，并代入式公式求解導線與桿塔的最小空氣間隙。3） 閃絡電壓預測：將預報天氣條件下的空氣密度、濕度以及降水量代入公式，對標準狀態。

4 結束語

綜上所述，在當前時代中，隨著氣象探測技術的突飛猛進發展，基于數值天氣預報正在開拓更寬的應用領域。而本文所重點介紹的基于數值天氣預報的輸電線路風偏閃絡預警方法只不過是一項初步探索。就目前發展狀況而言，其只能對未來24小時以內的風偏閃絡風險進行預報預警，在時間方面還稍有局限。因此，在后續工作中，相關人員可以在每次預報時都嚴格對比預檢結果和實際數據，在一次次的實踐探索中提高數值天氣預報的準確率，并在精確率有所保障的前提下對預測時間進行調整，使其能為預警輸電線路風偏閃絡提供具有決定性意義的信息。

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