辽宁省特定重现期舞动区域分布图绘制

李永胜，杨加伦，郑维刚，刘彬，高正旭

(1. 中国石油天然气管道通信电力工程有限公司，河北 廊坊 065000；2. 中国电力科学研究院有限公司，北京 100053；3. 国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；4. 武汉区域气候中心，湖北 武汉 430074)

0 引言

严重的架空输电线路舞动可以给电网造成电气和机械方面的故障，导致巨大的经济损失和社会影响[1-9]。2020年2月14—17日，环渤海地区发生了大面积舞动事故，涉及天津、冀北、河北、辽宁和山东的架空输电线路，波及10～500 kV交流线路、1 000 kV特高压交流线路和±800 kV特高压直流线路，给电网的安全稳定运行带来较大影响。为降低舞动灾害对电网安全稳定运行影响，科研和工程技术人员针对舞动防治开展了大量研究[10-14]。实际上，舞动防治工作贯穿架空输电线路的规划、设计、基建、运维与检修等各个环节。舞动区域分布图客观反映了架空输电线路舞动发生频率大小和强弱程度，是开展线路防舞动设计和舞动治理的重要依据，有效促进了中国架空输电线路防舞动技术水平的提升。

目前，电网灾害分布图主要有冰区[15-16]、风区[17-18]、舞动区[1-3]、污区[19-20]、雷区[21-22]、涉鸟故障分布[23-24]等。其中，电网冰区、风区和舞动区分布图依据气象数据绘制而成，且冰区和风区分布图均包括30年、50年和100年一遇3种重现期，分别适用于110～220 kV、330～750 kV和特高压交直流线路。电网舞动区域分布图未涉及重现期的概念，应用时未区分架空输电线路的电压等级，导致难以根据不同电压等级线路开展针对性的防舞动工作。常用的舞动区域划分方法包括发生频次法[3]、舞动系数法[8]和气象地理法[3]。发生频次法是将一定时间段内（一般为5年或10年）输电线路舞动事故发生的平均次数作为分区指标，如苏联的舞动区划标准是舞动周期每5年1次以上的为多舞动区，特别强烈的为强舞动区；每5～10年不多于1次的为轻舞动区；每10年少于1次的为少舞动区。舞动系数法是指依据舞动发生的条件（诱因）及气象、地理情况的调研分析，结合实际线路舞动情况，采用舞动系数进行舞动强度表示的方法。该方法相对较复杂，需估算舞动系数，但该方法更能反映某地区导线舞动的实际情况，对尚未建成大量线路的地方同样具有指导作用。气象地理法综合考虑气象和地理因素对舞动区域划分的作用，通过统计分析历史气象资料，得到10年舞动气象日数，再结合地形特征，对10年舞动气象日数进行修订，得到修订后的10年舞动日数，按照舞动日数的多少划分舞动区域，再结合运维经验，对划分不合理的舞动区域进行调整，最终得到舞动区域分布图。

本文在电网舞动区域分布图绘制中引入重现期的概念，基于广义极值分布模型计算辽宁省62个气象台站30年、50年和100年一遇的舞动极值日数，绘制了辽宁电网不同重现期电网舞动区域分布图，适用于各电压等级架空输电线路舞动防治工作。

1 舞动资料

1.1 气象台站资料

选取辽宁省62个气象台站1999—2020年共计21年冬季逐日气象资料。文献[4]分析了气压、平均气温、最高气温、最低气温、水汽压、相对湿度、最小相对湿度、20:00至次日20:00降水、蒸发、风速、日照、08:00至次日08:00降水等12个单要素对覆冰舞动的影响，发现最低气温、相对湿度和风速在特定区间对覆冰舞动较为敏感。

因此，影响覆冰舞动的主要气象因子选定为最低温度、相对湿度与风速。鉴于辽宁省冬季主导风向为西北风，选取辽宁省冬季逐日西风风向下日最大风速、日平均相对湿度、日最低温度等气象资料作为舞动区域分布图绘制的基础数据。

1.2 线路运行资料

截至2020年5月底，辽宁共有589条·次66 kV及以上架空输电线路发生过舞动。各地区500 kV、220 kV和66 kV电压等级舞动规模（条·次）详见表1。500 kV架空输电线路舞动主要分布在沈阳、辽阳、营口和锦州，占比约为83.3%；220 kV架空输电线路舞动主要分布在大连和沈阳，占比约为76.4%；66 kV架空输电线路舞动主要分布在大连、营口和盘锦，占比约为67.9%。

表1 辽宁架空输电线路舞动分布情况Table 1 Conductor galloping distribution in Liaoning Province

2 统计方法

2.1 舞动气象日期统计

对于辽宁省特定气象台站，当某日气象要素满足表2的阈值区间要求时，将该日统计为1个舞动气象日。

表2 气象阈值区间取值Table 2 Threshold interval of meteorological elements

辽宁地区覆冰舞动多发生在秋冬季节和冬春季节转换期间。考虑冬季舞动季节的连贯性，统计每年冬季舞动日数时，时间跨度取为当年9月1日至次年5月31日。

依据以上原则梳理，大洼气象台站2009—2010年冬季舞动气象日数为5，1999—2000年冬季舞动气象日数为4；瓦房店和盘山气象台站2009—2010年冬季舞动气象日数为4；沈阳气象台站2011—2012年冬季舞动气象日数为4。统计后，辽宁省62个气象台站中共有28个气象台站有舞动气象日记录。28个气象台站年舞动气象日数由大到小排列后，全部非零序列如表3所示。

表3 气象站舞动气象日数序列Table 3 Series of galloping days recorded by meteorological stations

2.2 舞动极值日数统计

3 分级标准

架空输电线路防舞设计规范明确规定了1级、2级和3级舞动区应采取的防舞动措施。因此，将舞动等级按舞动极值日数分为0～3级。舞动等级与舞动极值日数对应关系应符合表4的规定。

表4 舞动等级与舞动极值日数的对应关系Table 4 The relationship between the galloping level and the number of extremum galloping days

4 舞动区域分布图绘制

利用克里格插值方法，以62个气象台站特定重现期舞动极值日数为基准，得到气象台站周边区域特定重现期舞动极值日数。根据表4的分级标准，可确定辽宁省全域的特定重现期舞动等级。30年、50年和100年一遇的舞动区域分布分别如图1～3所示。

图1 辽宁省30年一遇电网舞动区域分布Fig. 1 The galloping distribution map of Liaoning Province with the recurrence period of 30 years

图2 辽宁省50年一遇电网舞动区域分布Fig. 2 The galloping distribution map of Liaoning Province with the recurrence period of 50 years

图3 辽宁省百年一遇电网舞动区域分布Fig. 3 The galloping distribution map of Liaoning province for recurrence period of 100 years

辽宁地区0级舞动区占比较大，2级和3级舞动区占比较小；辽宁100年一遇舞动区域分布的3级舞动区主要集中在大连、瓦房店、营口和沈阳一带，且3级区面积远大于30年和50年一遇的3级舞动区面积。上述分布与表1反映的辽宁地区历史舞动记录基本吻合。必要时，可以依据表1数据完善舞动区域分布。

5 结论

本文基于辽宁省1999—2020年21年间62个气象台站冬季历史气象数据，绘制了辽宁30年、50年和100年一遇电网舞动区域分布图，得到3方面主要结论：（1）引入了重现期概念，利用广义极值分布模型计算了辽宁地区特定重现期舞动极值日数，统一了电网冰区、风区和舞动区域分布图的绘制体系与特定电压等级架空输电线路的防覆冰、防风和防舞动设计体系。（2）绘制的30年、50年和100年一遇电网舞动区域分布图分别适用于辽宁地区110～220 kV、330～750 kV、特高压交直流线路的防舞动设计及改造工作。（3）绘制的不同重现期电网舞动区域分布图与辽宁省历史舞动记录基本吻合，拓展了舞动区域分布图的客观性与实用性，有助于提升架空输电线路抵御覆冰舞动灾害的能力和水平。