数据与模型驱动在输电杆塔风致灾损预测中的应用对比分析

应对气候变化带来的电网灾损是保障新型电力系统安全运行的关键之一。该文以输电杆塔风致灾损预测为出发点,对现有两类主流方法——数据驱动与模型驱动进行对比分析。在数据驱动方面,基于多源异构数据构建样本集,利用随机森林算法对输电杆塔风致灾损概率进行预测。在模型驱动方面,将输电线路与杆塔构成的塔线系统进行建模分析,利用设备应力强度与风荷载相关关系求取杆塔损毁概率。最后,通过台风“彩虹”下我国沿海某地区案例,对两类方法的预测结果进行对比,结果表明,模型驱动方法的预测精度较高,但建模复杂度较高,难以大范围广域应用;而数据驱动方法建模复杂度较低,计算效率高,同时具有较高预测精度,可为生产实际提供指导。随着数字化、信息化及智能化等技术普及,数据驱动方法因其建模复杂度低等特点,将会在未来科学应对电网灾害中发挥关键作用。     

500 kV输电线路基础沉降铁塔的可靠度分析

以存在地质隐患的500 kV张恩输电塔线体系为研究对象,以基础沉降及随机风荷载为影响因子,基于矩方法计算塔线体系的可靠度。采用梁单元及悬链线索单元对输电塔、导线和绝缘子进行模拟,建立塔线耦合体系的三维有限元模型,基于等效随机静风荷载模型,利用统计矩点估计法求解前4阶统计矩,计算塔线体系的可靠度。其结果表明基础沉降对杆塔可靠度影响较大,特别是在考虑随机风荷载作为不利荷载组合时,其可靠度降低,表现为轴压失效和偏压失效,与耐张塔的构件失效模式一致,说明可靠度分析方法的可行性。结合输电线路的变形监测,深入研究地质灾害伴随的荷载随机性及变异性导致杆塔受力的不确定性,以更准确描述输电线路结构体系的可靠性和安全性。     

台风暴雨灾害下的110 kV线路倒塔与断线事故评估方法

沿海地区台风暴雨灾害频发,极易引发输电线路倒塔、断线等事故。为此,针对110 kV输电线路提出一种同时考虑台风暴雨灾害下倒塔与断线事故的评估方法。首先,分别建立台风与暴雨荷载模型,刻画台风风场中任意位置的风雨荷载;其次,对110 kV线路不同的输电塔型分别建立有限元模型,考虑风雨荷载的相关性,分析风雨荷载下线路和铁塔的动力响应;接着,基于结构可靠性理论,推导倒塔、断线概率表达式,研究不同塔型、用途、风向角等因素对倒塔的机理影响,分析电网薄弱环节,评估台风暴雨灾害下110 kV线路倒塔与断线事故;最后,仿真采用中国某地区实际电力系统和真实台风数据,验证所提方法的适用性。     

输电塔防台风风洞试验研究

以500kV双回路三塔四线模型为对象,通过风洞试验研究输电线路在良态风和台风作用下的风振响应,并将试验结果与理论计算结果进行对比和分析。得出结论:在台风环境下塔线体系的风振响应增大;在1阶振型自振频率附近,导线的存在使塔线体系的振动比单塔显著;杆塔承载力计算时仅考虑1阶振型是可行的。对输电塔防台风设计方法提出建议:台风地区的杆塔风振系数取值应大于良态风场;应对GB 50009—2001《建筑结构荷载规范》的风振系数计算结果进行修正。     

基于分布式光纤的电网台风灾害预警方法研究

台风引发输电线路不同程度的运行故障,其根本原因在于风荷载的影响。因此为了保证电网的安全稳定运行,文中介绍了一种基于分布式光纤测风技术,提出了一种电网台风灾害实时预警方法。通过分布式监测设备得到的风速计算出实时风荷载,综合考虑线路在大风持续下带来的损耗不一、自身运行状态、运维遗留问题等三方面因素,动态修正设计风荷载,并与实时风荷载建立相应判据,发布对应的预警信息以及损耗排序,指导电网人员首选大风险或潜在风险档距进行巡检,避免盲目的同时大大减少工作量,将台风灾害损失降到最低。     

基于安全裕度的输电线路覆冰预测方法研究

针对输电线路覆冰灾害事故预测方法的不足,提出基于安全裕度的策略对输电线路的覆冰情况进行预测。通过对覆冰线路模型各种运行工况下的结构失效率数值计算数据的回归分析,得到杆塔的失效评定曲线图,并对其进行预测分析。选取华中某500 kV输电线路中薄弱的杆塔作为研究对象。建立3塔2线输电线路的有限元模型,在覆冰荷载和风荷载不同组合下进行力学仿真计算,对结果数据的回归分析验证了该方法的正确性。本文方法可为准确预测线路覆冰事故、制定防覆冰改造方案提供依据。     

台风暴雨灾害下的110 kV线路倒塔与断线事故评估方法

沿海地区台风暴雨灾害频发,极易引发输电线路倒塔、断线等事故.为此,针对110 kV输电线路提出一种同时考虑台风暴雨灾害下倒塔与断线事故的评估方法.首先,分别建立台风与暴雨荷载模型,刻画台风风场中任意位置的风雨荷载;其次,对110 kV线路不同的输电塔型分别建立有限元模型,考虑风雨荷载的相关性,分析风雨荷载下线路和铁塔的...     

台风环境下考虑地理高程信息的输电通道结构失效故障概率评估方法

暴露于外部环境的电网输电通道极易受到台风灾害的影响。为提高电网抵御台风的能力,提出一种基于地理高程信息的短时输电通道结构失效概率评估方法。首先,基于我国东南某省1949年以来至今历史所有台风进行预测误差统计分析,证明在短时尺度内台风路径的朴素预测优于气象学常用的路径相似性预测,即朴素预测更适合于电网对即将登陆的台风路径进行短时预测。其次,基于朴素预测的半径与角度的预测误差概率分布采用接受拒绝法进行抽样,解决了台风路径历史样本数过少的问题,进而生成台风预测路径辐射域。同时,将全球地理高程信息与电网输电通道路径地理信息相融合,对输电杆塔的承载风速进行高度修正。最后,提出经分析表明风速与失效率之间的关系不是简单的线性变化而是存在突变的,与线性失效率曲线相比指数型失效率曲线对输电杆塔失效概率评估更切合实际灾损结果。算例以2016年莫兰蒂台风下的东南某省电网输电通道实际灾损情况进行实例分析,验证了方法的实用性与有效性。     

干字型输电塔线体系风致响应研究

研究了干字型输电塔线体系的风致响应问题。首先基于杆系有限元理论建立了输电塔线体系的三维有限元模型,该模型考虑了输电塔和输电导线的动力耦合效应。基于随机振动理论模拟了输电塔线体系的多维脉动风荷载,并形成总风荷载时程。分析了输电塔线体系在强风作用下的风致响应,为输电杆塔的抗风防灾提供参考。     

高压架空输电线路覆冰情况下风险评估研究

对覆冰情况下的高压输电线路进行了风险评估研究,建立了有限元计算模型。该模型考虑材料非线性以及塔-线系统耦合特性,分析了不同覆冰厚度和风速情况下塔-线系统的失效情况。采用基于迭代修正的找形方法,准确地对导线弧垂进行了初始化设置,得到了导地线的初始形状和应力。提出杆塔受力安全裕度风险评估方法,采用回归分析方法得到杆塔的安全裕度曲线,该曲线直观地描述了杆塔力学失效度与覆冰厚度及风速的关系。计算得到某实际线路单塔失效安全裕度曲线,获取各基杆塔薄弱点位置,提出了杆塔的具体改进措施。通过安全裕度曲线对比证明所提出改进措施的正确性和有效性。     

一种计及微地形修正的输电线台风风险预警方法

台风过境时,较大的风力往往会引发风偏放电、断线、倒塔等事故,是对沿海地区电网安全可靠运行威胁最大的自然灾害之一。由于台风灾害的高风险性,建立台风预警体系能更经济有效的提升电网抵御台风灾害的能力。现有的电网台风风险预警方法直接使用气象局提供的区域性预测风速,并未考虑具体线路所处的微地形环境对风速的影响,易出现漏警以及虚警。因此,提出一种计及微地形影响的输电线台风风险预警方法。该方法把预警区域按经纬度划分为0.01°×0.01°的网格,将网格内的输电设备与网格微气象、微地形信息关联,建立了输电线微地形条件下的风速修正系数计算方法,可更准确地辨识遭受台风灾害影响的线路集并按风险等级进行预警。实例验证了方法的可行性和有效性。     

强台风环境下配电线路故障概率评估方法

针对强台风环境下配电线路故障问题,提出了一种台风到来前配电线路故障概率评估方法。首先,根据历史灾害损失数据拟合强台风环境下的杆塔故障概率曲线;其次,利用流体力学软件对配电网所在区域进行风荷载仿真计算;最后,在真实台风环境下根据台风实时气象信息计算配电网所在区域的风荷载,并计算配电线路整体故障概率。算例验证了强台风环境下该方法对配电网线路故障概率评估的合理性和实用性,该方法可为中国东南沿海配电网台风期间应急预警及防灾减灾工作提供借鉴参考。     

500kV架空输电线路覆冰失效有限元仿真分析

高压架空输电线路覆冰倒塔是近几年来影响我国电力系统安全稳定运行的重要因素之一。基于有限元法(FEM)分析软件ANSYS,考虑杆塔和导、地线之间的铰接耦合作用,研究了塔-线体系的力学数值分析模型的建模方法。针对具体线路覆冰微气候区,建立了2个耐张段的塔-线系统整体仿真模型,分析了不同覆冰厚度、风向以及风速作用下,塔线系统的失效情况。针对杆塔结构薄弱点,提出了相应的改造措施,并通过数值仿真进行了校核。数值分析结果同线路实际运行情况相符,可用于架空输电线路覆冰可靠性分析和线路改造措施效果评估。     

考虑风速风向联合分布的大风灾害下电力断线倒塔概率预测

针对实际线路风速与风向数据很难获取、现有大风灾害下断线倒塔概率预测误差偏高的不足,提出了考虑风速风向相关性的电力断线倒塔概率预测模型。该模型采用风速概率密度函数和风向频度的乘积表示联合概率密度函数,计算输电线路高度各风向的有效最优概率分布类型及参数。利用输电线路风荷载模型和铁塔风荷载模型计算得到各个方向下线路和铁塔能承受的最大风速。对数值天气预报数据进行处理,采用高度修正和插值映射后的预报风速数据作为输入参数,实现线路气象数据不足时风灾下电力断线倒塔的概率高精度预测。     

基于随机风场概率加权的台风灾害下输电线路损毁预警

为解决台风灾害下输电线路损毁预测精度和数据利用率低的问题,建立了基于随机风场概率加权的输电线路损毁概率预测混合模型。该模型综合考虑了气象、微地形、杆塔运行和实时损毁等空间多源异构信息的融合。首先,使用极值Ⅰ型概率分布进行阵风的风值模拟,通过柯尔莫哥洛夫-斯米尔诺夫假设检验证明了其具有较高的精度;其次,利用蒙特卡洛法实现了随机风场的概率生成;最后,利用随机森林法预测每个风场下的线路损毁概率,实现了基于随机风场概率加权的输电线路损毁概率预测,该预测结果可为电力部门提供有效的预警决策支持。以台风"山竹"为实例,验证了所提基于随机风场概率加权的输电线路损毁概率预测混合模型的科学性及有效性。     

基于谐波合成法的输电塔线体系风致响应分析

输电塔线体系由于具有大跨、高柔的特性,在风荷载的作用下容易产生较大的振动,对风荷载的作用比较敏感,因此风荷载是输电塔线体系极其重要的设计荷载,起着决定性作用。文章基于脉动风的基本特性和Davenport风速谱,提出了时域法中基于按时间抽取的快速傅里叶变换技术改进的谐波合成法,然后对输电塔线体系的脉动风场进行了仿真,结果表明,仿真的脉动风速与实际风速一致,仿真的风场符合脉动风的空间相关性规律,计算效率得到了提高。     

基于台风场景模拟的配电网架空线路薄弱环节辨识方法

为降低台风造成的配电网负荷和经济损失,需对配电网架空线路的薄弱环节进行辨识。首先,考虑台风预报信息及其不确定性,利用Batts模型刻画台风登陆后风场各点风速及其衰减过程;然后,基于电杆风荷载与抗弯强度的关系建立电杆与线路故障率模型;同时,综合考虑线路故障频率及供电负荷重要程度定义线路脆弱度指标,并采用层次分析法确定指标中各因素权重;最后,提出一种台风场景下基于蒙特卡罗法的配电网架空线路薄弱环节辨识方法。典型算例结果表明,以所提方法确定的线路薄弱环节作为加固配电网混凝土电杆、分配应急发电车的依据,可有效降低台风灾害下配电网负荷和经济损失。