對“冰雪災(zāi)害”天氣輸電線路安全運(yùn)行分析

王剛

摘 要：該文在對“冰雪災(zāi)害”天氣輸電線路安全運(yùn)行在進(jìn)行分析時，首先對相關(guān)的氣候進(jìn)行建模；而后依據(jù)風(fēng)速及冰力荷載及線路潮流的作用而建立相關(guān)的可靠性模型；在通過其在實(shí)際運(yùn)行中的情況來進(jìn)行隱性故障的分析；最后通過引入蒙特卡羅的模擬方法來進(jìn)行輸電線路安全運(yùn)行的具體情況分析。

關(guān)鍵詞：“冰雪災(zāi)害”天氣 輸電線路 安全運(yùn)行 蒙特卡羅算法

中圖分類號：TM751 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）09（c）-0049-02

近年來，“冰雪災(zāi)害”天氣發(fā)生的次數(shù)越來越多，進(jìn)而對電力系統(tǒng)及輸電線路的安全運(yùn)行產(chǎn)生了極大的負(fù)面、消極的影響。這種惡性的天氣不僅會造成戶外輸電線路發(fā)生故障的幾率大幅度提升，對其安全運(yùn)行產(chǎn)生一定的威脅，同時還會給我國社會經(jīng)濟(jì)造成巨大的損失。因此，需要實(shí)際輸電線路的分布情況以及相關(guān)“冰雪災(zāi)害”天氣發(fā)生的特點(diǎn)及相關(guān)的狀況制定出一條切實(shí)可行的長期規(guī)劃，以此來對輸電線路的安全運(yùn)行提供可靠的保障。

1 “冰雪災(zāi)害”天氣下的運(yùn)行可靠性分析

1.1 氣象參數(shù)模型

在實(shí)際情況下，風(fēng)速和冰力載荷都是在發(fā)生著實(shí)時的變化，不同時間段下的情況都不相同。同時，風(fēng)速與冰力載荷的變化還與相應(yīng)的氣候中心所在位置有著密切的聯(lián)系，其大小的變化是隨著位置的移動而變化的。與此同時，風(fēng)速與冰力載荷大小還與氣候中心位置移動的方向有著直接聯(lián)系，其風(fēng)向與路線之間所形成的夾角越小，風(fēng)速也就隨之越來越慢，所形成的夾角大小越大，風(fēng)速也就隨之得到了提升。

風(fēng)速模型的建立一般情況下都是在距地面10 m的高度上這位置的，同時將風(fēng)在連續(xù)10 m內(nèi)的平均認(rèn)為是風(fēng)速，在該模型中將平均風(fēng)速規(guī)定為最大風(fēng)速的0.7倍。由于冰層的覆蓋是在一定的時間段內(nèi)結(jié)冰的速度情況以及其冰層持續(xù)時間長短關(guān)聯(lián)最密切的形式之一。則輸電線路上冰層覆蓋量是在經(jīng)過一定時間累積后，其中某一段的線路所承受的冰力已經(jīng)超過了其冰力載荷的量就會使得該段線路發(fā)生不安全的事件。

1.2 天氣影響下的可靠性模型

天氣影響下的可靠性模型通常情況下都是在對某一區(qū)域內(nèi)中發(fā)生的災(zāi)害天氣的風(fēng)速、冰力載荷以及線路潮流等因素進(jìn)行有效分析的前提條件之下所建立起來的。不同跨度的輸電線路中，所處于的地理?xiàng)l件及相關(guān)的環(huán)境因素存在著較大的差距，進(jìn)而就造成了該地區(qū)的冰雪災(zāi)害的天氣狀況與程度也是不同的。因此，為了能夠更加準(zhǔn)確、清晰的將不同的輸電線路進(jìn)行合理的劃分，就需要控制每一條輸電線路中的每一部分所遭受天氣災(zāi)害的等級是相等的。據(jù)此，就可以通過對輸電線路進(jìn)行模擬，進(jìn)而組成不同的故障概率元件相串聯(lián)的等效元件。

1.3 隱性故障

通常情況下，人們無法對處于正常運(yùn)行狀態(tài)的設(shè)備進(jìn)行隱形故障的分析與檢測，只有設(shè)備在運(yùn)行過程中發(fā)生故障的瞬間才能夠發(fā)現(xiàn)設(shè)備中隱藏的隱形故障。在設(shè)備發(fā)生故障時，系統(tǒng)會存在于一個低電壓、過負(fù)荷的狀態(tài)之中。據(jù)此，在冰雪災(zāi)害的天氣狀況之中，任意一段輸電線路在發(fā)生故障時，線路中的繼電器都是依據(jù)故障發(fā)生的因素及實(shí)際的情況來進(jìn)行合理的調(diào)整與調(diào)節(jié)，進(jìn)而對電力系統(tǒng)中的潮流進(jìn)行重新的規(guī)劃與調(diào)整。輸電線路中一旦有隱性故障的發(fā)生就會使系統(tǒng)中原本存在的隱形保護(hù)系統(tǒng)失去其原有的功能，進(jìn)而造成系統(tǒng)發(fā)生連鎖故障，對此，需要將相關(guān)的范圍不斷拓展。據(jù)此，就建立起了隱性故障模型。

2 蒙特卡羅算法

在進(jìn)行電力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性分析時，其中的狀態(tài)選擇、狀態(tài)估計(jì)、計(jì)算指標(biāo)是關(guān)鍵性的3個分析的步驟。蒙特卡羅算法在進(jìn)行分析時，通常情況下所使用的都是抽樣的方式來進(jìn)行狀態(tài)的選擇，進(jìn)而對相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行高效率的分析與研究。蒙特卡羅算法與傳統(tǒng)的算法相比較，在實(shí)際的計(jì)算過程中能夠?qū)?shí)際運(yùn)行控制的策略進(jìn)行較完整的處理，不會受到與下同相關(guān)的一系列因素的影響。這種方式對于難度較高的系統(tǒng)在運(yùn)行時的安全性以及計(jì)算時的準(zhǔn)確性等方面，具有較大的優(yōu)勢。

3 電力系統(tǒng)的可靠性算法

在該研究中，其所建立的模型中對相關(guān)的天氣狀況、線路的潮流以及系統(tǒng)中的隱性故障等多種情況都進(jìn)行了有效的考慮，進(jìn)而建立的冰雪災(zāi)害天氣下的系統(tǒng)可靠性模型。在此模型中應(yīng)用蒙特卡羅算法對其進(jìn)行了模擬仿真的實(shí)驗(yàn)，由此可知，在冰雪災(zāi)害天下情況下對輸電系統(tǒng)及輸電線路運(yùn)行的安全及可靠性影響的算法，其基本的步驟為以下方面。

（1）將蒙特卡羅模擬法進(jìn)行初始化的操作，同時設(shè)置k =1。

（2）對模型模擬的仿真時間進(jìn)行初始化，并設(shè)置t=t0。

（3）對該時間點(diǎn)狀態(tài)下的輸電線路的運(yùn)行情況進(jìn)行確認(rèn)。

①對冰雪災(zāi)害的中心位置以及輸電線路的功率進(jìn)行確認(rèn)并計(jì)算；②對每一段輸電線路段的風(fēng)速、冰力載荷進(jìn)行計(jì)算；③對每一個輸電線路在時間間隔（t，t+△t）內(nèi)的故障率 P進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算；

（4）更新仿真時間，t=t+△t。

（5）重復(fù)步驟（3）中的過程③，直到t=tend。

（6）更新計(jì)數(shù)，k=k+1。

（7）重復(fù)操作（3）及（4）的步驟，直至k=kmax。

（8）計(jì)算得出在時間間隔（t0，tend）內(nèi)每條輸電線路的故障率。

4 實(shí)例分析

圖1為我國A市的電網(wǎng)連接圖，如圖所示其中的8條輸電線路都遭到了冰雪災(zāi)害天氣，同時每條輸電線路的具體的坐標(biāo)情況如圖2所示。冰雪天氣中的氣候中心從坐標(biāo)（0，100 km）處沿x軸正方向移動，同時其輸電線路的分段長度為30 km。

在此實(shí)例中，可以利用相關(guān)的風(fēng)速模型以及冰力載荷的模型來選取輸電線路中的一段線路的氣象災(zāi)害情況，不同輸電線路中所運(yùn)行的風(fēng)速時與時間的變化是相對應(yīng)的。由此可知，輸電線路上的風(fēng)速受其風(fēng)力的大小以及相對應(yīng)的氣候重心影響。因此就可得出在同一時間段中，不同的輸電線路中存在的風(fēng)速情況與氣候中心的位置距離有著直接性的關(guān)系，風(fēng)速的大小隨重心距離的變化而變化。同時，每一段輸電線路的風(fēng)速會隨著時間而發(fā)生相應(yīng)的變化，其風(fēng)力中心的路線是先靠近輸電線路而后在慢慢遠(yuǎn)離輸電線路，其風(fēng)速也會隨之增大而后再逐漸變小。冰力荷載量與時間有著直接性的聯(lián)系，隨著時間的不斷增加，其載荷的數(shù)值也在不斷的增加，等到累積到一定的程度時，就會逐漸的呈現(xiàn)一種平穩(wěn)的狀態(tài)。

5 結(jié)語

近年來隨著冰雪災(zāi)害天氣的不斷增加，不僅對電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施在建設(shè)的過程中帶來較大的困難，同時危及到了人們的日常生活，給社會帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)此，就需要在電網(wǎng)的發(fā)展過程中對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的改善，提升受災(zāi)后的復(fù)原能力。同時依據(jù)不同的故障及設(shè)備采取有針對性的措施。通過對輸電線路在冰雪災(zāi)害天氣下的安全運(yùn)行進(jìn)行分析與研究，從中得出有效的處理措施來加強(qiáng)電力系統(tǒng)及電網(wǎng)的運(yùn)行保障。

參考文獻(xiàn)

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