[发明专利]一种引入动态融冰过程的输电线路覆冰厚度预报方法

说明书

技术领域

本发明涉及输电线路覆冰厚度预报方法，具体涉及一种引入动态融冰过程的输电线路覆冰厚度预报方法。

背景技术

全球气候变暖背景下，极端天气气候事件引起的气象灾害频数和强度呈增加趋势。我国南方地区曾多次受低温雨雪冰冻天气影响，冰冻天气过程对电力部门影响尤其重大，输电线路覆冰可引起导线舞动、杆塔倾斜、倒塌、断线及绝缘子闪络等问题，不仅对电力设备及其运行造成灾难性影响，同时也给人们的日常生活带来诸多不便。世界上许多国家都对电线覆冰进行了不同研究，大致可将其分为3类：数值模式、基于风洞测试模式和基于野外观测模式。但是国内外现有的覆冰模型，有的本身具有一定的适用限制，有的是在实验室理想条件下获得，模型中的部分参数诸如液态含水量、液滴的撞击速度、水滴直径等都不能直接在常规气象观测资料中获得，还有一些模型过于简单忽略了一些要素的影响。在实际情况下，结冰过程是由众多物理和气象变量共同控制的物理现象，覆冰厚度增长不仅与温度和湿度有关，还有天气现象，降水强度，雨滴直径、风速风向等有关。由于实际导线覆冰观测资料缺乏等原因，目前尚无较成熟的利用实测常规气象观测要素为参数的覆冰模型。现有的覆冰24小时预报模型基本都基于历史前期的相关统计，即相关因子的检验，未考虑自然融冰，与实测相差较大，预报效果并不理想。

发明内容

本发明提供了一种引入动态融冰过程的输电线路覆冰厚度预报方法，解决了现有覆冰预报未考虑自然融冰，与实测相差较大，预报效果并不理想的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种引入动态融冰过程的输电线路覆冰厚度预报方法，包括以下步骤，

步骤一，对杆塔进行定位；

步骤二，提取杆塔所在地的气象数据；

步骤三，根据气象数据计算覆冰厚度增长量；

步骤四，通过判断冰与空气的热交换量与融冰过程需要的热量的大小，计算融冰的厚度；

步骤五，覆冰厚度预报值为覆冰厚度增长量减去融冰厚度。

步骤一中的杆塔定位的方法为，依据中尺度模式的模拟区域，利用杆塔的经纬度数据，计算出杆塔在中尺度模式区域中的格点位置，生成杆塔对应的格点数据文件。

步骤二中的气象数据包括未来72小时内各整点的温度、相对湿度、风向数据和累计降水量，其中风向数据转化为逐小时内的平均值，累计降水量转化为逐小时降水量。

步骤三中根据气象数据计算覆冰厚度增长量的过程为：

(A1)根据气象条件将覆冰方式分为雾凇覆冰和雨凇覆冰；雾凇覆冰是指沿水平气流运动的过冷却液态雾滴在导线上的凝结冰体；雨凇覆冰是指垂直下落的液态过冷却水滴在导线上的冻结体；

(A2)建立雾凇覆冰厚度增长模型D_W

式中，ρ为雾凇覆冰密度，E₁为雾凇的捕获系数，β₁为雾凇的冻结系数，W为单位体积空气中液态含水量，τ为气流与单位长度导线的接触时段，V为水平风速，θ为气流与导线的水平交角；

(A3)建立雨凇覆冰厚度增长模型D_J

式中，ρ₂为雨凇覆冰密度，E₂为雨凇的捕获系数，β₂为雨凇的冻结系数，R为降水强度；

(A4)建立覆冰厚度增长模型D

式中，Y为雾凇覆冰过程的效率指标，已知单位体积水汽含量q_w与单位体积液态水含量W的关系为W≈k*q_w，则单位时间内导线截面积水汽输送率为

(A5)根据(A4)中获得的模型计算覆冰厚度增长量。

步骤四中融冰的必要条件为温度大于0℃，融冰的热量主要来源于冰与空气的热量交换；

通过判断冰与空气的热交换量与融冰过程需要的热量的大小，计算融冰的厚度，其过程为，

(B1)计算单位长度冰柱与空气的热交换量Q_AIR

Q_AIR＝h*T*S*3600(9)

式中，Q_AIR的单位为J；h为对流热交换系数，单位为W/(m²*k)；T为空气中的温度，单位为K；S为单位长度冰柱与空气接触的表面积，单位为m²；

(B2)计算单位时间内单位长度冰柱融化所需热量Q_MELT