对“冰雪灾害”天气输电线路安全运行分析

王刚

摘 要：该文在对“冰雪灾害”天气输电线路安全运行在进行分析时，首先对相关的气候进行建模；而后依据风速及冰力荷载及线路潮流的作用而建立相关的可靠性模型；在通过其在实际运行中的情况来进行隐性故障的分析；最后通过引入蒙特卡罗的模拟方法来进行输电线路安全运行的具体情况分析。

关键词：“冰雪灾害”天气 输电线路 安全运行 蒙特卡罗算法

中图分类号：TM751 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）09（c）-0049-02

近年来，“冰雪灾害”天气发生的次数越来越多，进而对电力系统及输电线路的安全运行产生了极大的负面、消极的影响。这种恶性的天气不仅会造成户外输电线路发生故障的几率大幅度提升，对其安全运行产生一定的威胁，同时还会给我国社会经济造成巨大的损失。因此，需要实际输电线路的分布情况以及相关“冰雪灾害”天气发生的特点及相关的状况制定出一条切实可行的长期规划，以此来对输电线路的安全运行提供可靠的保障。

1 “冰雪灾害”天气下的运行可靠性分析

1.1 气象参数模型

在实际情况下，风速和冰力载荷都是在发生着实时的变化，不同时间段下的情况都不相同。同时，风速与冰力载荷的变化还与相应的气候中心所在位置有着密切的联系，其大小的变化是随着位置的移动而变化的。与此同时，风速与冰力载荷大小还与气候中心位置移动的方向有着直接联系，其风向与路线之间所形成的夹角越小，风速也就随之越来越慢，所形成的夹角大小越大，风速也就随之得到了提升。

风速模型的建立一般情况下都是在距地面10 m的高度上这位置的，同时将风在连续10 m内的平均认为是风速，在该模型中将平均风速规定为最大风速的0.7倍。由于冰层的覆盖是在一定的时间段内结冰的速度情况以及其冰层持续时间长短关联最密切的形式之一。则输电线路上冰层覆盖量是在经过一定时间累积后，其中某一段的线路所承受的冰力已经超过了其冰力载荷的量就会使得该段线路发生不安全的事件。

1.2 天气影响下的可靠性模型

天气影响下的可靠性模型通常情况下都是在对某一区域内中发生的灾害天气的风速、冰力载荷以及线路潮流等因素进行有效分析的前提条件之下所建立起来的。不同跨度的输电线路中，所处于的地理条件及相关的环境因素存在着较大的差距，进而就造成了该地区的冰雪灾害的天气状况与程度也是不同的。因此，为了能够更加准确、清晰的将不同的输电线路进行合理的划分，就需要控制每一条输电线路中的每一部分所遭受天气灾害的等级是相等的。据此，就可以通过对输电线路进行模拟，进而组成不同的故障概率元件相串联的等效元件。

1.3 隐性故障

通常情况下，人们无法对处于正常运行状态的设备进行隐形故障的分析与检测，只有设备在运行过程中发生故障的瞬间才能够发现设备中隐藏的隐形故障。在设备发生故障时，系统会存在于一个低电压、过负荷的状态之中。据此，在冰雪灾害的天气状况之中，任意一段输电线路在发生故障时，线路中的继电器都是依据故障发生的因素及实际的情况来进行合理的调整与调节，进而对电力系统中的潮流进行重新的规划与调整。输电线路中一旦有隐性故障的发生就会使系统中原本存在的隐形保护系统失去其原有的功能，进而造成系统发生连锁故障，对此，需要将相关的范围不断拓展。据此，就建立起了隐性故障模型。

2 蒙特卡罗算法

在进行电力系统的运行可靠性分析时，其中的状态选择、状态估计、计算指标是关键性的3个分析的步骤。蒙特卡罗算法在进行分析时，通常情况下所使用的都是抽样的方式来进行状态的选择，进而对相关的数据进行高效率的分析与研究。蒙特卡罗算法与传统的算法相比较，在实际的计算过程中能够对实际运行控制的策略进行较完整的处理，不会受到与下同相关的一系列因素的影响。这种方式对于难度较高的系统在运行时的安全性以及计算时的准确性等方面，具有较大的优势。

3 电力系统的可靠性算法

在该研究中，其所建立的模型中对相关的天气状况、线路的潮流以及系统中的隐性故障等多种情况都进行了有效的考虑，进而建立的冰雪灾害天气下的系统可靠性模型。在此模型中应用蒙特卡罗算法对其进行了模拟仿真的实验，由此可知，在冰雪災害天下情况下对输电系统及输电线路运行的安全及可靠性影响的算法，其基本的步骤为以下方面。

（1）将蒙特卡罗模拟法进行初始化的操作，同时设置k =1。

（2）对模型模拟的仿真时间进行初始化，并设置t=t0。

（3）对该时间点状态下的输电线路的运行情况进行确认。

①对冰雪灾害的中心位置以及输电线路的功率进行确认并计算；②对每一段输电线路段的风速、冰力载荷进行计算；③对每一个输电线路在时间间隔（t，t+△t）内的故障率 P进行相关的计算；

（4）更新仿真时间，t=t+△t。

（5）重复步骤（3）中的过程③，直到t=tend。

（6）更新计数，k=k+1。

（7）重复操作（3）及（4）的步骤，直至k=kmax。

（8）计算得出在时间间隔（t0，tend）内每条输电线路的故障率。

4 实例分析

图1为我国A市的电网连接图，如图所示其中的8条输电线路都遭到了冰雪灾害天气，同时每条输电线路的具体的坐标情况如图2所示。冰雪天气中的气候中心从坐标（0，100 km）处沿x轴正方向移动，同时其输电线路的分段长度为30 km。

在此实例中，可以利用相关的风速模型以及冰力载荷的模型来选取输电线路中的一段线路的气象灾害情况，不同输电线路中所运行的风速时与时间的变化是相对应的。由此可知，输电线路上的风速受其风力的大小以及相对应的气候重心影响。因此就可得出在同一时间段中，不同的输电线路中存在的风速情况与气候中心的位置距离有着直接性的关系，风速的大小随重心距离的变化而变化。同时，每一段输电线路的风速会随着时间而发生相应的变化，其风力中心的路线是先靠近输电线路而后在慢慢远离输电线路，其风速也会随之增大而后再逐渐变小。冰力荷载量与时间有着直接性的联系，随着时间的不断增加，其载荷的数值也在不断的增加，等到累积到一定的程度时，就会逐渐的呈现一种平稳的状态。

5 结语

近年来随着冰雪灾害天气的不断增加，不仅对电力系统的基础设施在建设的过程中带来较大的困难，同时危及到了人们的日常生活，给社会带来了巨大的经济损失。据此，就需要在电网的发展过程中对其结构进行有效的改善，提升受灾后的复原能力。同时依据不同的故障及设备采取有针对性的措施。通过对输电线路在冰雪灾害天气下的安全运行进行分析与研究，从中得出有效的处理措施来加强电力系统及电网的运行保障。

参考文献

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