[发明专利]输电导线覆冰厚度预测方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及电网安全领域，尤指一种输电导线覆冰厚度预测方法及装置。

背景技术

覆冰对电网的危害，按照其引发原因可分五类：(1)线路过荷载。寒冷雨雪天气下，覆冰在导线上不断增长，导致输电导线的质量和体积不断增大，使导线弧垂增大、对地间距减小，积累到一定程度时，就可能发生闪络事故。同时，导线弧垂和体积增大，在风力作用下，有可能造成两导线或导线与地面相碰，发生短路跳闸、烧伤甚至烧断导线的事故。当覆冰质量进一步增大，超过导线、金属、绝缘子以及塔杆的机械强度时，可能使导线从压接管内抽出，或外层铝股断裂、钢芯抽出。而覆冰质量超过杆塔额定负载时，可能导致杆塔塔基下沉、倾斜或者爆裂。杆塔折断甚至倒塌。(2)相邻档不均匀覆冰或不同期脱冰。会产生张力差使导线在线夹内滑动，严重时导线外层铝股在线夹口处全部断裂、钢芯抽动，线夹另一侧的铝股将拥挤在线夹附近。(3)绝缘子串冰闪。冰闪是污闪的一种特殊形式，严重覆冰的情况下，绝缘子大量伞形出现冰凌桥接，使绝缘子绝缘强度降低，泄露距离缩短。融冰过程中，冰体或冰晶体的表面水膜可很快溶解污秽中的电解质，提高融冰水或者冰面水膜的电导率，引起绝缘子串电压分布及单片绝缘子表面电压分布的畸变，从而降低覆冰绝缘子串的闪络电压。(4)输电导线舞动损坏电力设备。风力作用下发生低频(通常0.1～3Hz)大幅度(振幅为导线直径的5～300倍)的震动或舞动。导线舞动时，将损坏杆塔、导线、金具及部件，造成频繁跳闸甚至停电事故。(5)变电站设备覆冰事故。变电站中，许多户外高压隔离开关采用了闸刀式结构，这种结构在高寒冷冰冻条件下，甚至不能正常分和，极大地干扰了电网系统正常运行。

2008年初，低温雨雪冰冻天气覆盖我国南方，华中、华东地区，导致贵州、湖南，广东、云南、广西和江西等省输电线路大面积、长时间停运，造成全国范围电网停运电力线路36740条，停运变电站共2018座，110～500kV线路共有8381基杆塔倾倒及损坏。全国共170个县(市)发生供电中断的情况。南方电网供电区域的贵州大部分地区、广西桂北地区、广东粤北地区和云南滇东北地区设施遭受到严重破坏。这次冰灾给国民经济和人民生活造成巨大损失，仅南方电网的直接经济损失就达150多亿元，基于此，如何提供一种准确有效的覆冰预测方法，成为业内亟需解决的一个问题。目前覆冰预报的技术主要是将气象要素与覆冰观测直接训练建立模型。这种方法严重依赖覆冰观测数据的质量和数量。本文结合中尺度数值天气预报模式和机器学习算法，通过预报无量纲的冰厚系数来间接预报电线覆冰厚度。

发明内容

本发明目的在于减少观测数据质量问题引入的误差，提供一种统一成对标准冰厚的预报有助于比较不同地区冰厚情况的输电导线覆冰厚度预测方法及装置。

为达上述目的，本发明所提供的输电导线覆冰厚度预测方法具体包含：获取电线覆冰厚度半径和含导线的覆冰半径，根据所述电线覆冰厚度半径和所述含导线的覆冰半径计算获得第一电线覆冰的标准冰厚；获取中尺度数值天气预报气象要素数据，根据所述中尺度数值天气预报气象要素数据计算获得第二电线覆冰的标准冰厚；根据所述第一电线覆冰的标准冰厚和所述第二电线覆冰的标准冰厚，计算获得冰厚系数；根据所述中尺度数值天气预报气象要素数据获得预定类别及数量的天气要素；将所述冰厚系数与所述天气要素带入SVM机器学习模型即支持向量机中进行拟合，获得拟合函数模型；将待测数据所对应的中尺度数值天气预报气象要素数据带入所述拟合函数模型，获得预测冰厚系数，根据所述预测冰厚系数获得预测电线覆冰厚度信息。

在上述输电导线覆冰厚度预测方法中，优选的，根据所述电线覆冰厚度半径和所述含导线的覆冰半径计算获得第一电线覆冰的标准冰厚包含：根据以下标准公式获得所述第一电线覆冰的标准冰厚；

在上述公式中：r_obs为第一电线覆冰的标准冰厚；r为电线覆冰厚度半径；ρ为覆冰密度；R为包含导线的覆冰半径；k表示覆冰形状系数，对于雨凇、雾凇、雨雾松混合物为0.8～0.9，湿雪为0.9～0.95，小覆冰k值靠下限选，大覆冰k值靠上限选。

在上述输电导线覆冰厚度预测方法中，优选的，根据所述中尺度数值天气预报气象要素数据计算获得第二电线覆冰的标准冰厚包含：根据以下经验公式获得所述第二电线覆冰的标准冰厚；

在上述公式中：r_sm为二电线覆冰的标准冰厚；ρ_i为覆冰密度；i为与观测对应的各个时间；ρ₀为水的密度；P为降水量；V为风速；W为液态水含量。