基于多因素修正的台风灾害下输电线路失效预测方法

台风灾害是导致沿海地区输电线路倒塔(杆)、断线等线路损毁的主要原因之一。为了提高电网抵御台风的能力,进行台风灾害下输电线路失效预测具有重要意义。为此文中将输电线路看做由杆塔和线路共同组成的塔线系统,提出了一种基于多因素修正的台风灾害下输电线路塔线系统的失效预测方法。该方法结合传统的风荷载受力模型以及多因素分析的数据挖掘技术,分为基于模型驱动和基于数据驱动2个部分。模型驱动部分考虑杆塔和输电线路实际风荷载及设计风荷载的物理力学模型;数据驱动部分考虑电网信息、气象信息、地理信息等多因素信息,通过对历次台风灾害下的样本数据进行数据挖掘分析,结合当前预测信息,求取修正系数对模型驱动结果加以修正,进而获得输电线路塔线系统的综合失效概率,并对其进行可视化处理。最后通过算例分析验证了所提方法的科学性及有效性。     

台风风场参数对输电杆塔力学特性的影响

分析输电杆塔风荷载计算公式可知,台风风场的平均风速、风剖面指数与湍流强度是影响杆塔风荷载的主要参数,而台风在整个行进过程中,这些风场参数不断变化并共同影响输电杆塔的风荷载。为探索台风行进过程中杆塔受力变化规律,首先选取了台风卡努行进过程中5个不同时刻的风场,开展了对应的杆塔受力分析。分析结果显示,杆塔应力比与平均风速的变化规律趋于一致。而后在设计风速一致的前提下,以某大跨越杆塔为工程背景,开展了台风与常规风两类风场作用下杆塔风荷载和受力对比计算。参数分析显示,台风与常规风风剖面指数的差异对杆塔风荷载和受力影响较为显著,最有可能引发倒塔事故。最后通过分析塔材应力比沿塔身分布规律,找到了台风荷载作用下杆塔的薄弱部位,提出了补强措施,还选取了其他类型常用杆塔进行试算,对这一补强措施的适用性加以验证。     

融入attention机制的台风风险预警模型

台风是一种可以给沿海地区电网造成巨大破坏的自然灾害,中国东南沿海地区正是台风灾害频发的地区。对于强台风环境下的地区电网,台风的强风可导致输配电网中的电气设备产生结构性损伤,影响供电稳定性。在电网设备中,杆塔是最易被台风影响的大型设备,从中国东南沿海电网历史台风灾损统计结果来看,绝大多数的倒塔与断杆主要发生在强风圈内,显然风速对杆塔的影响是巨大的。     

基于实际风速的输电塔疲劳寿命预测

为了研究极端大风区域设计基准期内输电塔在实际风荷载作用下是否会发生疲劳破坏,选取某750 kV输电线路的7A5-ZB1型直线塔作为研究依据,研究了沿线的风速的分布,利用Miner线性累积损伤理论结合材料的S-N曲线建立了一套完整的实际风荷载作用下的输电塔疲劳寿命预测的计算方法,并以此计算了该线路沿线最不利位置的疲劳寿命。结果表明:该线路ZB1直线塔在设计基准期内不会出现疲劳破坏,但对一些关键位置输电塔的关键杆件,需要有针对性地防范与加固。     

强风下直线杆塔力学特性与加固方法研究

针对沿海地区输电杆塔受台风影响下频繁出现倒塔事故，对杆塔进行强风下应力分析并进行局部加固具有重要意义。论文选取110 kV的直线杆塔作为研究对象，采用UG建立其三维模型，基于单向流固耦合的方法，采用Ansys Workbench平台中的CFX模块模拟风场来获得输电杆塔表面风压分布。之后将风载荷导入静态结构模块（static structural），施加固定约束、重力和输电线载荷进行应力计算。针对薄弱环节和变形较大部位，论文提出了三种加固方法，并在设计风速与90°风向角下对未加固与加固的输电杆塔进行对比研究。通过对比输电杆塔变形最大值，表明3种加固方法均能够有效减小输电杆塔在强风下的变形，但是减小效果不相同，在塔头附近进行加固效果优于在塔身进行加固。通过以上仿真分析，可以为输电杆塔的设计与加固提供理论依据。     

强台风环境下考虑微地形因素的输电通道结构安全概率评估方法

提出一种强台风环境下考虑微地形因素的输电通道结构安全概率评估方法。首先,基于地面自动气象站信息,提出了一种适用于输电塔结构安全分析的台风近地面风场模型;其次,针对真实台风环境中受破坏输电塔主要集中在峡谷地貌区域的灾损现象,分别提出了平地与峡谷地貌的2种输电塔失效计算方法;然后,对峡谷地貌进行了微地形建模,给出了峡谷吹出风速、漩涡气流风速与漩涡区范围经验计算公式以用于输电塔结构安全分析。指出峡谷区域气流的狭管效应在台风环境下对输电塔结构性破坏有重要作用,并建立了良态风环境与漩涡气流环境下的2种输电塔失效概率曲线。最后,综合评估台风环境下电网总体结构安全水平。基于2016年台风莫兰蒂对F省的输电通道结构安全进行分析评估,结果验证了所提方法的有效性和工程实用性,评估结果可为电网运维部门安全校核及物资调配提供重要依据。     

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。     

基于测风激光雷达的沿海架空输电线路台风观测方法

为研究台风近地层风场的时空变化特征,积累台风期间沿海架空输电线路杆塔的现场风速资料,本文利用国产某扫描型测风激光雷达,开展了1604号强台风“妮妲”登陆期间的局地风场观测。根据雷达风廓线扫描与低仰角水平方位扫描数据反演与分析,验证了沿海输电线路台风观测采用测风激光雷达的适用性。研究结果表明:台风“妮妲”眼区经过观测点所形成的气压时间变化呈现典型的“U”形曲线形态。台风眼壁强风区经过观测点所形成的风速时间变化呈现较为典型的“双峰形”曲线形态。台风眼壁强风区与眼区的风速、风向、阵风系数等随高度的变化差异明显。风速廓线在300 m高度以上明显偏离指数律或对数律廓线形式;受地转效应影响,风向随高度增加出现一定幅度的向右偏转;阵风系数随高度增加、平均风速增大出现下降的趋势。通过分析低仰角水平方位扫描的雷达径向风速分布图能够解析地形对局地风场的影响,不同地形下的输电线路杆塔风速差异明显。     

特定风速下基于规范设计的输电塔的可靠度评估

输电杆塔的破坏往往是在某一特定风速下发生的,为此,针对特定风速下的输电塔构件可靠度展开研究.首先,基于规范公式研究特定风速下风荷载的概率特征;其次,提出特定风速下输电塔构件的可靠度分析方法,并将其用于特定风速下轴心受拉和轴心受压构件的可靠指标计算;最后,将特定风速下输电塔构件的可靠指标与基于设计规范的常规抗风可靠度分析...     

均匀覆冰时重冰区110 kV直线塔关键构件的受力分析

高压输电线路覆冰导致倒塔、断线等事故严重影响电网的安全可靠运行,目前国内外对110 kV酒杯型直线塔在覆冰作用下的受力研究较少。以韶关重冰区110 kV输电线路为例,基于有限元分析建立了1:1比例的输电塔仿真模型,分析酒杯型直线塔在均匀覆冰时的力学规律。以30种风速和覆冰组合对酒杯型直线塔进行仿真,并根据节点位移和轴向应力大小分布得出杆塔的薄弱部位、节点位移与轴向应力随外界荷载的变化规律和杆塔失效判据曲线;最后,基于仿真结果和在线监测模型,提出了一种计算关键构件轴向应力和节点位移的方法。由仿真结果得到关键构件处节点位移和轴向应力的拟合式,并根据杆塔的失效判据将杆塔安全状态划分为安全、预警和危险来评估杆塔所受荷载程度;利用仿真结果、在线监测模型和在线监测数据能得出关键构件的轴向应力和节点位移。     

高压输电塔结构的疲劳寿命分析

输电塔结构是高负荷电能输送的载体,是一种重要的生命线工程。结构疲劳损伤被视为工程领域重要的破坏因素之一。选取500 kV海宁—乔司II回路输电线路上的ZSZH型塔为研究对象,依据Miner线性疲劳累积损伤理论和材料的S-N曲线,建立了一套完整的输电塔结构疲劳寿命分析方法。这种方法不仅重点强调了风荷载对输电塔疲劳现象的影响,同时也考虑输电塔结构在服役期内承受过的台风、覆冰、安装等一次性强荷载工况。通过对工程实例的仿真分析,表明该文方法可以准确、高效地预测输电塔结构的疲劳寿命,为今后进一步的工程应用奠定了基础。     

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...     

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。     

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。     

降雨滑坡灾害对输电杆塔故障的时空强在线预警

针对山地丘陵地区的输电线路所处环境复杂,降雨滑坡灾害可能导致输电杆塔故障从而影响电力系统的安全稳定运行的问题,提出一种降雨滑坡灾害下的输电杆塔故障预警方法,从滑坡风险区域、滑坡活动时间以及杆塔受损状况三个角度实现灾害全过程的量化在线预警。首先,利用GIS技术将降雨预报区域和电网区域进行叠置获得目标风险区域,提出基于网格化的滑坡灾害指数来确定易滑坡区域;其次,结合气象数据分析渗入土壤中的降雨量逐日变化情况,构建动态更新的累积有效降雨量模型,进而提出可用于预测滑坡活动时间的滑坡概率模型;最后,以坡体冲击能为致灾强度、与输电塔挠度限值对应的弯曲变形能为抗灾性能,从功-能角度得到反映易滑坡区域输电杆塔损毁程度的定量函数关系。算例结果表明,所提方法具有一定的可行性和合理性。     

冰灾天气下架空线路倒塔断线风险评估

架空线路大规模倒塔断线故障是冰灾天气下电网基础设施受损的主要方面,对其进行可靠性建模与风险评估是制定电网除冰策略、布置电网安全防御系统的重要依据.针对冰灾天气下架空线路的群发性倒塔断线问题,建立了架空线路冰风荷载停运风险的可靠性模型.根据冰灾天气下外部气象信息的恶劣程度,评估电网运行可靠性,及时给出电网的运行风险测度与倒塔断线的经济损失.     

基于PnPoly算法的杆塔所属风区研判及风速配置校核研究

风载荷是输电线路杆塔的主要载荷,设计风速的取值直接影响线路运行安全和工程造价。随着气候条件的变化和风区图的迭代,输电杆塔设计风速与风区环境的偏差愈加明显,对电网安全带来威胁。本文提出一种基于PnPoly的杆塔所属风区研判方法,在对每级杆塔所属风区进行准确研判的基础上,结合PMS系统中的杆塔数据,给出设计风速配置校核模型。实证结果表明,人工剔除嵌套风区后,利用Pn Poly算法进行杆塔所属风区校核的准确率达到99.99%,且投运年限越早的杆塔设计风速与最低标准偏差越大。根据分析结果,有针对性地给出电网大修技改、运行维护工作建议。