王峰;周挺;王成;黄福勇;曾鹏
【摘 要】运行经验表明,风灾故障对电网安全运行的威胁日趋严重,但在抗风设计、改造中所采用的典型气象区域风速分级标准较为笼统,缺少相关数据,不能有效地指导架空输电线路抗风灾工作.研究了湖南电网风灾故障分布特征,对湖南近30年气象数据进行了统计和对相关标准进行了修正,采取极值I型分布概率模型完成了湖南电网30年、50年和100年重现期最大风速统计,提出了湖南电网风区分级标准,完成了湖南电网风区分布图的绘制,得到了湖南风速分布情况.在此基础上,给出了湖南电网风区分布图的应用原则和建议,可为架空输电线路抗风灾设计、改造提供依据,给电网防风灾提供技术支撑. 【期刊名称】《中国电力》
【年(卷),期】2015(048)012
【总页数】6页(P33-38)
【关键词】风区图;风偏;电网风灾;极值I型;基本风速
【作 者】王峰;周挺;王成;黄福勇;曾鹏
【作者单位】国网湖南省电力公司电力科学研究院,湖南长沙410007;国网湖南省电力公司,湖南长沙 410007;国网湖南省电力公司电力科学研究院,湖南长沙410007;国网湖南省电力公司电力科学研究院,湖南长沙410007;国网衡阳供电公司,湖南衡阳 421001
碧桂园ERP
【正文语种】中 文
【中图分类】TM726.3
0 引言
随着电网建设的快速发展，通过复杂地形及恶劣气候条件地区的架空输电线路日益增多。伴随近年强对流等极端天气的频繁出现，风灾故障对电网安全运行的威胁越来越大。风灾故障轻则引起风偏闪络、金具损坏，重则引起线路断线、倒塔，导致严重电网事故[1-4]。因此，需加强电网抗风灾能力，在设计阶段有针对性地采取差异化设计，提升电网自身抗风灾水平。
瞿独伊个人简历
朱荻
目前，架空输电线路抗风设计主要参考《110 kV～750 kV架空输电线路设计规范：GB 50545—2010》中各个典型气象区所规定的风速，其风速分级较为笼统，对于跨区架空输电线路存在实际风速与设计风速相差较大的情况。没有相关标准对具体线路走廊内杆塔的抗风灾能力提出明确的设计要求，防风灾研究主要集中在风灾形成机理和风灾具体治理措施方面，不能有效地指导架空输电线路抗风灾设计和改造。因此，有必要针对各地区风速分布情况开展研究，为电网防风灾工程设计、改造提供科学依据[5-11]。
近年在架空输电线路防灾方面，湖南电网开展了大量研究，如冰灾机理，抗冰灾设计等[12-15]。同时，加强了与气象部门的合作，并利用湖南电力公司防灾减灾中心监测终端，积累了大量原始数据，为湖南电网风区分布图的绘制奠定了坚实的基础。本文对湖南地区近年110 kV及以上架空输电线路风灾故障特征进行了统计，基于湖南省气象数据完成了湖南电网风区分布图的绘制，给出了风区分布图在湖南电网中的应用建议。这对于保障电网的安全运行具有重要的指导意义和工程应用价值。
1 风灾故障分布特征
电网风灾故障主要有强风致风偏、强风致倒塔等。2002—2014年，湖南电网110 kV及以上
架空输电线路风灾事故统计如图1所示。其中，因强风致风偏故障占总故障次数的97.7%；强风致倒杆故障占总故障次数的2.3%。可见，电网风灾故障的主要形式为风偏。
由图1统计结果可知，在发生的43条次风偏故障中，重合闸不成功33条次，风偏故障重合闸成功率仅为25.0%，对电网安全运行影响非常大。此外，由于局部飚线风所具有的特性，易于造成同一线路走廊断面多条线路同时跳闸，典型故障如2013年局部飑线风造成同一线路走廊内500 kV复沙Ⅰ线和复沙Ⅱ线、220 kV复沧Ⅱ线和迎沧线共计4条线路同时跳闸，且均重合闸不成功，严重威胁电网的安全运行。故在设计阶段，需高度重视线路抗风灾能力设计，在强风活动频繁区域对在运线路开展抗风偏改造。
图1 湖南电网风灾故障统计Fig.1 Statistic of Hunan power grid’s wind faults
湖南省地处云贵高原向江南丘陵和南岭山脉向江汉平原过渡的地带，东、南、西三面山地围绕，中部丘岗起伏，北部平原、湖泊展布，呈西高东低、南高北低、朝东北开口的不对称马蹄形盆地。根据风灾故障统计结果得到风灾故障与地形之间关系如图2所示。由图2可知，平原地形风灾故障占40.9%，丘陵地形占36.4%，山区地形占22.7%。平原和丘陵地形易于发生风灾故障，在抗风灾设计和改造时应予以考虑。
图2 风灾故障与故障地形相关性统计Fig.2 Correlation with wind faults and landform
我要看戏2 湖南电网风区分布图的绘制
电网风区分布图的绘制是以不同地区的气象资料和原始风速数据库中的数据为依据，其绘制流程如图3所示。绘制电网风区分布图时，首先需建立标准风速数据库，即根据选定的参考气象站，建立原始风速数据库，通过标准高度修正得到10 m处标准风速。建立标准风速数据库后，通过仿真计算得到不同重现期下的基本风速数据库，并结合运行资料确定风区分级标准。最后，综合考虑局部微地形、微气候因素和运行经验，绘制出电网风区分布图。
图3 电网风区分布图绘制流程Fig.3 Wind zone distribution maps drawing flow chart
2.1 参考气象站点的选择
由于国家级气象台站均位于县城内，其风速的观测受所处区域及周边环境的影响很大，不足以代表周围各乡镇、各种地形环境下的实际风况。对于电网110 kV及以上架空输电线路而言，线路走廊基本都是选择远离人口密集居住地，经过山区和人烟稀少区域。因此，为
确保数据来源具有代表性，在湖南电网风区分布图绘制过程中，除省内25个国家级气象站台外，还选取72个省内区域气象台站进行补充，加大观测密度，提高气象数据的准确性。
2.2 数据来源及说明
风区分布图绘制的基础数据包括气象资料、电网运行资料等。气象资料主要来源于湖南气象部门和防灾减灾中心监测数据，包括：（1）湖南省内97个气象台站历史变革、风速观测仪器的变更、地理位置等；（2）湖南省内97个气象台站近30年的年最大风速序列。电网运行资料主要来源于近年湖南省电力公司历史数据记录，包括：（1）湖南电网已建线路中110 kV及以上架空输电线路设计时的风速取值及依据；（2）湖南电网110 kV及以上架空输电线路历史风灾故障记录等；（3）湖南地区微地形、微气候资料等。
2.3 标准风速数据库的建立
一虎一席谈2012标准风速数据库是电网风区分布图的绘制基础。为确保标准风速数据库的代表性、规范性和有效性，建立数据库时，执行以下原则：（1）在确定风速时，观察场地应具有代表性，即测量场地周围的地形较为空旷平坦，能反映本地区较大范围内的气象特点，避免局部地
形和环境影响；（2）风速观测数据应全部取自自动式风速仪记录资料，对以往非自记式的定时观测资料，均通过修正加以采用；（3）当风速观测仪高度与标准高度10 m相差过大时，按式（1）进行仿真计算，得到标准高度风速，即
式中：z为风速仪实际高度，m；vz为风速仪观测风速，m/s；α为空旷平坦地区粗糙度指数，取0.16。
2.4 基本风速数据库的建立
基本风速数据库是电网风区分布图的绘制依据，它是在标准风速数据库的基础上通过仿真计算建立。文中基本风速指按当地空旷平坦地面上10 m高度处10 min时距，平均的年最大风速观测数据，经概率统计得出30年、50年和100年一遇最大值后确定的风速。
确定基本风速时，本文采用极值Ⅰ型概率分布模型。该模型在电网覆冰重现期、最大日降水量重现期、电网勘测设计风速计算等领域得到广泛应用[16-22]。文中采用的极值Ⅰ型概率分布函数如式（2）所示。
式中：u为分布的位置函数，即其分布的众值；α为分布的尺度函数。
当观测期n→∞时，分布参数与均值μ和标准差σ的关系按照下述确定，即
当有限样本的均值x和统计样本均方差s作为μ和σ的近似估计时，取：
当观测期为n年时，变量zi可以按照下式计算，即
如果需要考虑实际观测数量，n个观测值时参数C1和C2取值如表1所示。
表1 极值I型分布的C1和C2值Table 1 Value of C1and C2n C1 C2100.949630.49521151.020570.51284201.062820.52355251.091450.53086301.112370.53622351.128470.54034401.141310.54362451.151840.54630501.160660.54854∞1.282550.57722
平均重现期为T的最大风速xR按式（10）、式（11）确定， 即
式中：vx为平均年最大风速。湖南基本风速数据库是以湖南省1983—2012年共计30年的年最大风速序列气象数据为基础，故选用有限样本的推荐式（11），n为30年数据对应的C1和C2，进行平均重现期为T的最大风速xR计算。
2.5 湖南电网风区分级标准
湖南电网风区分级标准遵照《110 kV～750 kV架空输电线路设计规范：GB 50545—2010》和《电力工程气象勘测技术规程：DL/T 5158—2012》中的技术原则，借鉴建筑行业风压分级和分布图绘图方法，充分吸收近年来的研究成果和线路运行经验，在总结和分析的基础上确定。本文将风速分为14级，可提高架空输电线路设计的经济性和安全性；对风速分级取值，风速级差一般取2 m/s，可以满足架空输电线路设计和运行维护的使用需求。
综合以上因素，并考虑内陆大风特点，湖南电网风区分布图分级标准按23.5 m/s、25.0 m/s、27.0 m/s、 29.0 m/s、 31.0 m/s、 33.0 m/s、 35.0 m/s、37.0 m/s、 39.0 m/s、 41.0 m/s、 43.0 m/s、 45.0 m/s、50.0 m/s、＞50.0 m/s分为14个等级。考虑风区图的通用性和实用性，基本风速小于23.5 m/s时统一按照23.5 m/s考虑，大于45.0 m/s分2个等级。
风区分布图绘制时，考虑微气候、微地形对风速的影响，对于高山风口、受狭管效应影响的强风带等微地形和山巅、峡谷、垭口、分水岭等微气候点的风区等级，原则上提高一级。例如，对于基本风速为25.0 m/s的微地形、微气候区域，绘图时风区等级调整为27.0 m/s，其他以此类推。
2.6 湖南电网风区分布图的绘制
依据2.4节建立的不同重现期下基本风速数据库，按照2.5节确定的湖南电网风区分布图分级标准，初步完成湖南电网30年一遇、50年一遇和100年一遇的风区分布图。结合湖南电网风灾故障历史运行数据，综合考虑湖南微气候、微地形资料，对局部风区级别进行调整，最终完成湖南电网风区分布图的绘制，如图4—图6所示。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议