基于数值天气预报的输电线路风偏闪络预警方法

陈光辉 李丹 曹晖

摘 要：近些年来，输电线路风偏预警的问题逐渐显露出来，由于其一直使用在线监测装置，而且对风偏后空气间隙的闪络风险评估方面的精确性令人怀疑，所以不具备令人满意的预警效果，适用性已经逐渐不能满足现阶段工程的需求。在这种前提背景下，传统的输电线路风偏闪络预警方法势必会逐渐退出历史舞台，基于数值天气预报的输电线路风偏闪络预警方法闪亮登场，为此，本文将对这项高效的风偏闪络风险管控手段展开具体介绍。

关键词：数值天气预报;输电线路;风偏闪络预警

引言：基于数值天气预报的输电线路风偏闪络预警方法是近些年各大工程青睐的风偏闪络风险管控手段。这种方法分三部完成输电线路风偏闪络预警工作。其一，运用距离加权的插值算法，实现格点预报风速映射处理，计算垂直于线路风速分量。其二，计算线路与杆塔的最小空气间隙，具体可参照刚体直棒法。其三，修正間隙击穿电压的各项具体参数，比如说，空气密度、湿度、降水量等，在对这些数值的分析计算中得出相应天气情况下的闪络电压值。在电网防风减灾工作中，这项技术的应用尤为广泛。

1 输电线路风偏闪络预警现行方法

截至目前为止，我国还有一部分工程项目尚未使用防风偏措施的输电线路。强风来袭时，线路的绝缘子串会发生倾斜，跳线可能也会偏向杆塔。这时，导线与杆塔之间的空气间隙就会大幅度减小，绝缘强度大幅度降低。当空气间隙降低至一定水平时，其将难以承受系统运行电压，风闪网络也就由此而出现，导致输电线路跳闸。根据相关数据显示，我国每年都会有数起由于风闪网络而引发的高压以及超高压输电线路跳闸事故，多家电力公司不能幸免。而且，倘若强风持续的时间相对来说比较长，线路风偏闪络跳闸后重合闸成功率并不高，因此，若不能切实解决这一问题，国家电网的安全稳定运行将面临潜在危险。

就当前阶段而言，我国的电路风偏研究侧重点是绝缘子串最大风偏角，为了确保研究的简便运算和计算精确性，我国相关工作人员选取刚体直棒法解风偏角。现阶段比较成熟的最大风偏角的修正方法主要有基于分析静态平衡模型不足而产生的风偏角修正方法，以及在特高压输电线路中比较有效的八分裂导线风荷载计算的体型修正系数。但是，客观来说，现阶段的相关研究依旧无法满足现行需要，虽然可以相对比较精确的计算风偏角及其模型参数，但是对于输电线路中风偏闪络风险的预警效率还还停留在相对较低的水平。因此，采用数值天气预报数据，实现输电线路风偏闪络预警迫在眉睫。

2 数值预报数据处理

为了实现输电线路风偏闪络预警，需对线路与杆塔之间的最小空气间隙进行有效预测。在线路结构参数给定的情况下，最小空气间隙只与绝缘子串的最大风偏角有关，而风偏角的大小取决于风速和风向。气象部门可提供未来72 h 风速、风向、气压、温度、湿度以及降水量六要素的格点预报数据，时间分辨率为 3 h，空间分辨率为 3 km×3 km。

2.1 风速反距离加权插值     所采用的格点预报数据中，每一个网格代表着几何尺寸为 3 km×3 km 的地理区域。当某一个网格中存在数基杆塔时，从气象部门获取的格点预报风速值便不能直接地用于网格中线路绝缘子串或跳线的风偏计算。故需要将原始的格点预报风速插值映射到网格中每一基杆塔的位置，从而得到更加精细化风速值计算输电线路的风偏角。

2.2 风向与线路走向夹角计算

在风速大小固定的前提下，风向直接影响风偏角的大小和风偏的方向。一旦风向发生改变，输电线路就十分有可能会发生风偏闪络，而且具有极高的概率会出现跳闸现象。所以说，从某种意义上而言，方向是决定输电线路风偏闪络的间接因素，而风偏角的大小和风偏方向是决定输电线路风偏闪络的直接因素。对比这两项直接因素，前者受垂直线路走向的风速风量影响，而后者受到风向与线路走向相对位置的影响，但是，两者同时取决于方向和线路走向之间的夹角。

3 输电线路风偏预警模型

3.1 风偏闪络电压预测

空气间隙的击穿电压不仅与间隙的距离有关，还与间隙所处的气象条件有关。其中，温度和气压对间隙击穿电压的综合影响可归结于空气密度的影响。为预测输电线路的风偏闪络电压，分别采用空气密度、湿度和降水量对标准条件下空气间隙的 U50%进行修正计算。

3.2风偏闪络预警方法

本文提出的输电线路风偏闪络预警方法可分为以下 4 个步骤。

1） 基本参数输入：包括线路设计参数、线路地理信息以及数值天气预报数据。其中，线路设计参数包括杆塔尺寸、线路台账以及绝缘子串信息;线路地理信息包括杆塔所处地理位置、海拔高度及所属微地形;数值天气预报数据包括风速、风向、气压、温度、湿度和降水量。2） 线路风偏计算：根据步骤 1）中输入的基本参数，采用公式对整条线路逐基杆塔计算绝缘子串的最大风偏角，并代入式公式求解导线与杆塔的最小空气间隙。3） 闪络电压预测：将预报天气条件下的空气密度、湿度以及降水量代入公式，对标准状态。

4 结束语

综上所述，在当前时代中，随着气象探测技术的突飞猛进发展，基于数值天气预报正在开拓更宽的应用领域。而本文所重点介绍的基于数值天气预报的输电线路风偏闪络预警方法只不过是一项初步探索。就目前发展状况而言，其只能对未来24小时以内的风偏闪络风险进行预报预警，在时间方面还稍有局限。因此，在后续工作中，相关人员可以在每次预报时都严格对比预检结果和实际数据，在一次次的实践探索中提高数值天气预报的准确率，并在精确率有所保障的前提下对预测时间进行调整，使其能为预警输电线路风偏闪络提供具有决定性意义的信息。

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