架空输电线路树木生长周期预测模型研究

段杰

摘 要：架空输电线路和树障的矛盾严重影响电网的运行安全，因此建立架空输电线路树木生长周期预测模型对保障电网的安全运行具有重要意义。本文首先分析了树障隐患形成的原因，然后建立了树木生长周期预测模型，并得出了模型分析结果。

关键词：架空线；树障；生长周期预测模型

中图分类号：TM75 文献标识码：A

架空输电线路是都匀电网重要的组成部分，大部分的架空输电线路处于环境复杂的丛山峻岭中。架空输电线路通道中存在很多树木，通道内树木的生长对线路的安全运行造成了严重的威胁，架空线路和树障矛盾突出。2014年导致输电线路健康度降低的原因有42项，其中树障隐患原因有10项，占总量的23.81%。因此，解决架空线路和树障矛盾对保证电网的安全运行具有重要意义。

1 树障隐患形成原因分析

现阶段架空线路和树障矛盾日益突出，但是相关运行单位对通道内的树木进行清除时遇到诸多阻碍，具体有以下几种原因：

（1）近几年来，由于国家退耕还林政策实施，一些农户在经济利益的驱使下，在线路防护区内种植树种优良，生长时间短，生长速度快的树木；

（2）输电线路架设投运后，虽然依照《电力法》形成了电力设施保护区，但对输电线路下方的土地未进行征用及补偿，这就意味着无法阻止土地产权所有者种植高干植物；

（3）之前设计标准不高或过多考虑投资等原因，设计采用的杆塔不高，部分输电线路导线对地距离只能满足最基本的安全要求，线路经过长期运行，不断生长的树木水平距离和垂直距离均不满足规程要求；

（4）由于近年来国家對环保要求的提高，农户也提高了自己的维权意识。我所在协调清理树障时遇到阻碍，往往得不到农户的配合。

为此，传统的架空输电线路通道清理模式已经不能满足现状对树木清理的要求，提出科学有效的输电线路通道清理模式已经是迫切需要。本文提出利用树木生产周期预测模型来对线路通道内树障进行预测，合理的安排清理计划反馈给线路管理人员，减少和杜绝输电线路运行障碍，提高输电线路安全运行。

2 树木生长周期预测模型

2.1 模型的建立

式（2）中，B表示树木的横截面的面积，s（B）用以表示树木在横截面面积为B的情况下的年增长量，C（B）表示森林中树木横截面面积为B时的竞争系数。另外，S表示森林空间的自相关系数，a1、a2、a3、a4为常数参数，其数值均可根据不同山区的实际情况进行设置。上式（3）中Sn表示n时树木的高度，Sn-1表示n-1时树木的高度。通过上式（2）（3）便可以预测出树木每年的高度。

通过对比上式（1）（2）可知，本文根据Yokosawa模型的研究将式（1）中的第二项变为了BlnB，同时调整了第三项和第四项分别为非对称竞争C（B）

和对称竞争C（B0），并且在式（1）的基础上导入了空间结构的随机效应即空间自相关系数S。非对称竞争C（B）、对称竞争C（B0）和林木的空间自相关系数S均可以通过高斯固有条件自回归模型进行求取。

建立自回归模型时需要随机的选择若干块50×50m的方格，同时将方格均匀的划分为9个相邻的方格，现假设只有相邻的方格间具有相互作用。相邻的方格是指该方格周围且直接连接的方格。方格划分完成后采用贝叶斯统计的方法进行相关数据的统计，然后同时根据目标方格的随机性采用条件分布公式求解出C（B）、C（B0）和S。

2.2 数据采集

由于各个地区树木种类复杂多样，前期数据采集需要随机的选择若干块50×50m区域，采集该区域内树木的种类、树木的生长高度和横截面积、区域内树木最低生长高度。对复杂环境下的输电线路线下树木数据采集，部分树木树种数据检测是有效手段，也是特征抽取所必需的。常用的检测方法有：

（1）利用现有树木树种资料对现场树木特性进行核对检测，保证树木特性的有效性为原则，全面覆盖所辖的区域所有树种。

（2）利用监测手段对所辖区域每种树种根据气候条件、地理位置、地形特点选取2～3个点进行数据监测，通过监测结果汇总分析取平均值，有效的得出每种树种在不同年龄段生长高度。

3 建模结果分析

根据南网《树障防控导则》和《运行规程》，结合贵州常见树木自然生长高度及速率，经过全面的现场林木数据采集并建立了树木生长周期预测模型，最终形成了《常见树种生长周期一览表》和《树障差异化管控表》。通过生长周期预测模型，我们可以通过计算2～4年，4～6年，6～8年树木平均生长速率、上半年平均速率和下半年平均速率。通过建模研究分析发现，大部分树种对110kV输电线路造成树障隐患均处于生长周期2年以上。通过该模型能够有效的预测树木的生长高度，从而提前做出相关预案保证电网的安全运行。

参考文献

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