一种基于气象站的输电线路标准冰厚的计算方法

摘要

本发明公开了一种基于气象站的输电线路标准冰厚的计算方法，包括步骤1：积累覆冰相关资料；步骤2：比较冰厚方案；步骤3：确定第一观测站的标准冰厚模型；步骤4：控制第二观测站的气象要素的数据质量；步骤5：判断第二观测站是否有覆冰；如有覆冰，则执行步骤6；如没有覆冰，则结束；步骤6：计算第二观测站的标准冰厚。本发明能够减少电网设计的盲目性，增强电网运行的稳定性和有效性。

说明书

技术领域

本发明涉及输电线路覆冰领域，尤其涉及一种基于气象站的输电线路标准冰厚的计算方法。

背景技术

我国天气气候和地理环境复杂，电网气象灾害常有发生。受微地形和微气象条件的影响，电网气象灾害中以覆冰灾害的影响范围最为广泛，覆冰灾害已经成为严重影响电网安全运行的重要因素之一。随着我国经济建设和社会实力的增加，电网工程的建设事业呈现迅猛发展的势头，然而我国现有覆冰观测气象站点少，分布有限，难以获得精细化的冰厚分布，给电网的设计施工、运营管理带来困难。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种基于气象站的输电线路标准冰厚的计算方法，该方法包括：

步骤1：积累覆冰相关资料；覆冰相关资料包括第一观测站的覆冰资料、气象要素和第二观测站的气象要素；

步骤2：比较冰厚方案；所述比较冰厚方案是将已有的两种冰厚计算方案结果与第一观测站的实际冰厚进行比较；

步骤3：确定第一观测站的标准冰厚模型；所述确定第一观测站的标准冰厚模型是根据已有的两种冰厚计算方案与第一观测站的实际冰厚比较的结果，确定第一观测站的标准冰厚模型；

步骤4：控制第二观测站的气象要素的数据质量；控制第二观测站的气象要素的数据质量是对第二观测站的气象要素的数据进行质量控制，根据极值范围、连续性、一致性原则来实施；

步骤5：判断第二观测站是否有覆冰；如有覆冰，则执行步骤6；如没有 覆冰，则结束；

步骤6：计算第二观测站的标准冰厚；所述计算标准冰厚是根据确定的第一观测站的标准冰厚模型，针对第二观测站的气象要素计算出标准冰厚。

进一步地，所述标准冰厚是指单位长度电线上，实际积冰量相当于标准密度的均匀覆盖于标准铁丝上的冰层厚度，单位为mm；所述单位长度指1m，标准密度为0.9g/m³，所述标准铁丝直径为4mm；所述已有的两种冰厚计算方案，一种是规程冰厚；一种是气象冰厚。

进一步地，所述标准冰厚模型具体为：

r＝(r₁·r₂)^1/2

式中r₁为规程冰厚，r₂为气象冰厚，r为标准冰厚；

其中的r₁计算公式为：

r₁＝(ρ₁·(a·b-4d²)/3.6+d²)^1/2-d

r₂的计算公式为：

r₂＝0.24·(a+b)-0.5·d

式中a、b分别为冰厚长径、短径，d为电线半径，以毫米为单位；ρ₁为实际冰厚密度。

进一步地，第一观测站的覆冰资料包括第一观测站观测的输电线路的积冰厚度、重量和电线半径。

进一步地，所述第一观测站为国家级气象站，所述第二观测站为区域级气象站。

进一步地，判断第二观测站是否有覆冰，是根据第一观测站建立的判别方程，以第二观测站所积累的气象要素代入判别方程，得到第二观测站覆冰有无的判别结果。

进一步地，所述判别方程由第一观测站的气象要素作为因子，通过逐步 回归方法筛选而得到的线性回归方程，所述第一观测站的气象要素至少包括气温、相对湿度、水汽压、降水量、风向风速中的一种。

进一步地，进一步地，所述判别方程还进行覆冰显著性的判别，显著性的衡量以超过95％的置信区间作为依据。

进一步地，所述一致性包括时间一致性及空间一致性。

进一步地，所述根据极值范围、连续性、一致性原则来实施具体包括：当第二观测站的气象要素超过历史极值范围时，当连续分布的气象要素出现异常值时，则该气象要素数据有疑问或错误，删除该气象要素数据；时间一致性是检查数据前后时间段的变化率，如果某气象要素数据与前期气象要素数据的差异大于预定的界限，则认为该气象要素数据有疑问或错误；空间一致性是指相邻区域气象要素变化趋势是相同的，如果某气象站气象要素数据变化规律与周围气象站不同，则判别该气象站气象要素数据有误。

本发明通过增加覆冰有无的判断，减少在没有覆冰时计算标准冰厚的大量工作量，有利于快速完成计算任务。标准冰厚的比较及其选择，使计算结果更适宜于区域冰厚的实际情况，有利于掌握更为准确的冰厚结果，也有利于对无覆冰观测的气象站点冰厚的预估。本发明能够减少电网设计的盲目性，增强电网运行的稳定性和有效性。

附图说明

图1为本发明的一种基于气象站的输电线路标准冰厚的计算方法流程图。

具体实施方式

输电线路由电力部门布设，包括线路杆塔、导线、绝缘子、杆塔基础、接地装置。

如图1所示，一种基于气象站的输电线路标准冰厚的计算方法，该方法包括：

步骤1：积累覆冰相关资料。

覆冰相关资料包括第一观测站的覆冰资料、气象要素和第二观测站的气象要素。

第一观测站的覆冰资料包括第一观测站观测的输电线路的积冰厚度、重量和电线半径等。

进一步地，第一观测站的气象要素包括第一观测站观测的气温、湿度、水汽压、降水量、风向风速、日照、雨凇、雾凇等。

进一步地，覆冰相关资料还包括第一观测站的海拔高度资料。

第二观测站的气象要素包括第二观测站观测的气温、气压、湿度、降水量、风向风速、日照、雨凇、雾凇等。

进一步地，第二观测站的气象要素还包括第二观测站的海拔高度资料。

所述第一观测站为国家级气象站，即布设在县城的、且具有覆冰观测能力的气象观测站点。

所述第二观测站为区域级气象站，即乡镇一级的气象站。

步骤2：比较冰厚方案。

所述比较冰厚方案是将已有的两种冰厚计算方案结果与第一观测站的实际冰厚进行比较，通过比较冰厚方案，找出合适的冰厚方案。

第一观测站的实际冰厚来源于具有覆冰观测项目的第一观测站，由气象观测员实际测量所得。

标准冰厚是指单位长度(1m)电线上，实际积冰量相当于标准密度(常取0.9g/m³)的均匀覆盖于标准铁丝(直径4mm)上的冰层厚度，单位为mm。标准冰厚是理想参数，只能采用估算方法来实施，这种估算方法就是标准冰厚方案。所述已有的两种冰厚计算方案，一种是规程冰厚，即《电力工程气象勘测技术规程》中的标准冰厚方案；一种是气象冰厚，即安徽省气象局提出的标准冰厚方案。

由于雨凇的密度最接近于标准冰厚所对应的密度，故选择雨凇条件下的覆冰厚度转换成标准冰厚密度所对应的厚度，再将其与规程冰厚、气象冰厚 进行对比。雨凇发生时的覆冰厚度是由第一观测站气象观测员判别在雨凇条件时所测量得到的冰厚。覆冰厚度转换的依据为质量守恒原理，在长度l(1m)的导线上，标准冰厚的密度是ρ₀(0.9g/m³)，实际冰厚密度是ρ₁(实际冰厚密度根据冰层重量实测获得)，标准冰厚时的覆冰横截面面积是σ₀，实际冰厚的横截面面积是σ₁，则有：

l·ρ₀·σ₀＝l·ρ₁·σ₁>

该公式简化为：

ρ₀·σ₀＝ρ₁·σ₁>

而σ₀＝π·(r+2)²，r为标准冰厚；

σ₁由实际所测的冰厚计算得到，即

σ₁＝π·(a+d)·(b+d)>

式中a、b分别为冰厚长径、短径，通过实际测量得到，以毫米(mm)为单位；d为电线半径，以毫米(mm)为单位，分两个阶段，第一个阶段是2mm，第二个阶段是13.4mm。上述公式中的参数，均由第一观测站观测得到。

步骤3：确定第一观测站的标准冰厚模型。

所述确定第一观测站的标准冰厚模型是根据已有的两种冰厚计算方案与第一观测站的实际冰厚比较的结果，确定第一观测站的标准冰厚模型。由于标准冰厚是理想化的概念，难以得到测量值，所以采取近似方法来获得。

在比较两种冰厚方案后发现，实际冰厚介于规程冰厚、气象冰厚之间，将规程冰厚与气象冰厚平均所得，与实际冰厚依然有部分差距，故最终确定的第一观测站的标准冰厚模型具体为：规程冰厚与气象冰厚相乘，再开平方。

使用公示表示，第一观测站的标准冰厚模型具体为：

r＝(r₁·r₂)^1/2>

式中r₁为规程冰厚，r₂为气象冰厚，r为标准冰厚。

其中的r₁计算公式为：

r₁＝(ρ₁·(a·b-4d²)/3.6+d²)^1/2-d>

r₂的计算公式为：

r₂＝0.24·(a+b)-0.5·d>

式中a、b分别为冰厚长径、短径，通过实际测量得到，以毫米(mm)为单位；d为电线半径，以毫米(mm)为单位，分两个阶段，第一个阶段是2mm，第二个阶段是13.4mm。上述公式中的参数，均由第一观测站观测得到。

步骤4：控制第二观测站的气象要素的数据质量。

控制第二观测站的气象要素的数据质量是对第二观测站的气象要素的数据进行质量控制，根据极值范围、连续性、一致性原则来实施。所述一致性包括时间一致性及空间一致性。

实施的内容主要是：

当第二观测站的气象要素超过历史极值范围时，当连续分布的气象要素出现异常值时，则该气象要素数据有疑问或错误，删除该气象要素数据。

时间一致性是检查数据前后时间段的变化率，如果某气象要素数据与前期气象要素数据的差异大于预定的界限，则认为该气象要素数据有疑问或错误。

空间一致性是指相邻区域气象要素变化趋势是相同的，如果某气象站气象要素数据变化规律与周围气象站不同，则判别该气象站气象要素数据有误。

步骤5：判断第二观测站是否有覆冰；如有覆冰，则执行步骤6；如没有覆冰，则结束。

判断第二观测站是否有覆冰，是根据第一观测站建立的判别方程，以第二观测站所积累的气象要素代入判别方程，得到第二观测站覆冰有无的判别结果。

判别方程是为判别第二观测站有无覆冰而建立的。判别方程由第一观测 站的气温、相对湿度、水汽压、降水量、风向风速等气象要素作为因子，通过逐步回归方法筛选而得到的线性回归方程。

根据第二观测站当前的气象条件，由判别方程判定第二观测站是否有覆冰，如有覆冰则进入步骤6，如没有覆冰，则结束。

优选地，所述判别方程还可以进行覆冰显著性的判别，显著性的衡量以超过95％的置信区间作为依据。

步骤6：计算第二观测站的标准冰厚。

所述计算标准冰厚是根据确定的第一观测站的标准冰厚模型，针对第二观测站的气象要素计算出标准冰厚。

通过上述步骤，即完成第二观测站的标准冰厚的计算，结束本次计算过程。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。