遼寧省特定重現(xiàn)期舞動(dòng)區(qū)域分布圖繪制

　　摘要：電網(wǎng)舞動(dòng)區(qū)域分布圖對(duì)架空輸電線路的防舞設(shè)計(jì)和改造工作具有重要的指導(dǎo)意義，如何科學(xué)合理的繪制電網(wǎng)舞動(dòng)區(qū)域分布圖成為亟需解決的問題。基于遼寧62個(gè)氣象臺(tái)站1999—2020年冬季歷史氣象資料，利用廣義極值分布模型計(jì)算了各氣象臺(tái)站30年、50年和100年一遇舞動(dòng)極值日數(shù)，制定了電網(wǎng)舞動(dòng)分級(jí)原則，利用克里格插值方法得到了氣象臺(tái)站周邊地區(qū)特定重現(xiàn)期舞動(dòng)極值日數(shù)。最終，根據(jù)舞動(dòng)分級(jí)原則繪制了遼寧30年、50年和100年一遇電網(wǎng)舞動(dòng)區(qū)域分布圖，分別適用于110~220kV、330~750kV和特高壓交直流線路的防舞動(dòng)工作。繪制的特定重現(xiàn)期電網(wǎng)舞動(dòng)區(qū)域分布圖與遼寧地區(qū)歷史舞動(dòng)記錄基本吻合，有助于提升電網(wǎng)抵御覆冰舞動(dòng)災(zāi)害的能力。

　　關(guān)鍵詞:舞動(dòng);舞動(dòng)區(qū)域分布圖;重現(xiàn)期;架空輸電線路;氣象閾值區(qū)間

　　0引言

　　嚴(yán)重的架空輸電線路舞動(dòng)可以給電網(wǎng)造成電氣和機(jī)械方面的故障，導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響[1-9]。2020年2月14—17日，環(huán)渤海地區(qū)發(fā)生了大面積舞動(dòng)事故，涉及國(guó)網(wǎng)天津、冀北、河北、遼寧和山東電力的架空輸電線路，波及了10~500kV交流線路，以及1000kV特高壓交流線路和±800kV特高壓直流線路，給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了較大影響。

　　為降低舞動(dòng)災(zāi)害對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響，科研和工程技術(shù)人員針對(duì)舞動(dòng)防治工作開展了大量研究工作[10-14]。實(shí)際上，舞動(dòng)防治工作貫穿架空輸電線路的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、基建、運(yùn)維與檢修等各個(gè)環(huán)節(jié)。舞動(dòng)區(qū)域分布圖客觀反映了架空輸電線路舞動(dòng)發(fā)生頻率大小和強(qiáng)弱程度，是開展線路防舞動(dòng)設(shè)計(jì)和舞動(dòng)治理工作的重要依據(jù)，有效促進(jìn)了中國(guó)架空輸電線路防舞動(dòng)技術(shù)水平的提升。

　　目前，電網(wǎng)災(zāi)害分布圖主要有冰區(qū)[15-16]、風(fēng)區(qū)[17-18]、舞動(dòng)區(qū)[1-3]、污區(qū)[19-20]、雷區(qū)[21-22]、涉鳥故障分布[23-24]等。其中，電網(wǎng)冰區(qū)、風(fēng)區(qū)和舞動(dòng)區(qū)分布圖依據(jù)氣象數(shù)據(jù)繪制而成，且冰區(qū)和風(fēng)區(qū)分布圖均包括30年、50年和100年3種重現(xiàn)期，分別適用于110~220kV、330~750kV和特高壓交直流線路。電網(wǎng)舞動(dòng)區(qū)域分布圖未涉及重現(xiàn)期的概念，應(yīng)用時(shí)未區(qū)分架空輸電線路的電壓等級(jí)，導(dǎo)致難以根據(jù)不同電壓等級(jí)線路開展針對(duì)性的防舞動(dòng)工作。

　　常用的舞動(dòng)區(qū)域劃分方法包括發(fā)生頻次法[3]、舞動(dòng)系數(shù)法[8]和氣象地理法[3]。發(fā)生頻次法是將一定時(shí)間段內(nèi)(一般為5年或10年)輸電線路舞動(dòng)事故發(fā)生的平均次數(shù)作為分區(qū)的指標(biāo)，例如，蘇聯(lián)的舞動(dòng)區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)是舞動(dòng)周期每5年1次以上的為多舞動(dòng)區(qū)，特別強(qiáng)烈的為強(qiáng)舞動(dòng)區(qū);每5~10年不多于1次的為輕舞動(dòng)區(qū);每10年少于1次的為少舞動(dòng)區(qū)。舞動(dòng)系數(shù)法是指依據(jù)舞動(dòng)發(fā)生的條件(誘因)及氣象、地理情況的調(diào)研分析，結(jié)合實(shí)際線路的舞動(dòng)情況，采用舞動(dòng)系數(shù)進(jìn)行舞動(dòng)強(qiáng)度表示的方法。該方法相對(duì)較復(fù)雜，需估算舞動(dòng)系數(shù)，但這種方法更能反映某地區(qū)導(dǎo)線舞動(dòng)的實(shí)際情況，對(duì)尚未建成大量線路的地方同樣具有指導(dǎo)作用。

　　氣象地理法綜合考慮氣象和地理因素對(duì)舞動(dòng)區(qū)域劃分的作用，通過統(tǒng)計(jì)分析歷史氣象資料，得到10年舞動(dòng)氣象日數(shù)，再結(jié)合地形特征，對(duì)10年舞動(dòng)氣象日數(shù)進(jìn)行修訂，得到修訂后的10年舞動(dòng)日數(shù)，按照舞動(dòng)日數(shù)的多少劃分舞動(dòng)區(qū)域，再結(jié)合運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)劃分不合理的舞動(dòng)區(qū)域進(jìn)行調(diào)整，最終得到舞動(dòng)區(qū)域分布圖。本文在電網(wǎng)舞動(dòng)區(qū)域分布圖繪制中引入重現(xiàn)期的概念，基于廣義極值分布模型計(jì)算遼寧省62個(gè)氣象臺(tái)站30年、50年和100年一遇的舞動(dòng)極值日數(shù)，繪制了遼寧電網(wǎng)不同重現(xiàn)期電網(wǎng)舞動(dòng)區(qū)域分布圖，分別適用于各電壓等級(jí)架空輸電線路舞動(dòng)防治工作，對(duì)提升遼寧電網(wǎng)抵御覆冰舞動(dòng)災(zāi)害的能力具有重要作用。

　　1舞動(dòng)資料

　　1.1氣象臺(tái)站資料

　　選取遼寧省62個(gè)氣象臺(tái)站1999—2020年共計(jì)21年冬季逐日氣象資料。文獻(xiàn)[4]分析了氣壓、平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、水汽壓、相對(duì)濕度、最小相對(duì)濕度、20-20時(shí)降水、蒸發(fā)、風(fēng)速、日照、08-08時(shí)降水等12個(gè)單要素對(duì)覆冰舞動(dòng)的影響，發(fā)現(xiàn)最低氣溫、相對(duì)濕度和風(fēng)速在特定區(qū)間對(duì)覆冰舞動(dòng)較為敏感。因此，影響覆冰舞動(dòng)的主要?dú)庀笠蜃舆x定為最低溫度、相對(duì)濕度與風(fēng)速。鑒于遼寧省冬季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)，選取遼寧省冬季逐日西風(fēng)風(fēng)向下日最大風(fēng)速、日平均相對(duì)濕度、日最低溫度等氣象資料作為舞動(dòng)區(qū)域分布圖繪制的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

　　1.2線路運(yùn)行資料

　　截至2020年5月底，遼寧共有589條次66kV及以上架空輸電線路發(fā)生過舞動(dòng)。各地區(qū)500kV、220kV和66kV電壓等級(jí)舞動(dòng)條次規(guī)模。500kV架空輸電線路舞動(dòng)主要分布在沈陽(yáng)、遼陽(yáng)、營(yíng)口和錦州，占比約為83.3%;220kV架空輸電線路舞動(dòng)主要分布在大連和沈陽(yáng)，占比約為76.4%;66kV架空輸電線路舞動(dòng)主要分布在大連、營(yíng)口和盤錦，占比約為67.9%。

　　2統(tǒng)計(jì)方法

　　2.1舞動(dòng)氣象日期統(tǒng)計(jì)

　　對(duì)于遼寧省特定氣象臺(tái)站，當(dāng)某日氣象要素滿足相應(yīng)的閾值區(qū)間要求時(shí)，將該日統(tǒng)計(jì)為1個(gè)舞動(dòng)氣象日。遼寧地區(qū)覆冰舞動(dòng)多發(fā)生在秋冬季節(jié)和冬春季節(jié)轉(zhuǎn)換期間。考慮冬季舞動(dòng)季節(jié)的連貫性，統(tǒng)計(jì)每年冬季舞動(dòng)日數(shù)時(shí)，時(shí)間跨度取為當(dāng)年9月1日至次年5月31日。依據(jù)以上原則梳理，大洼氣象臺(tái)站2009—2010年冬季舞動(dòng)氣象日數(shù)為5，1999—2000年冬季舞動(dòng)氣象日數(shù)為4;瓦房店和盤山氣象臺(tái)站2009—2010年冬季舞動(dòng)氣象日數(shù)為4;沈陽(yáng)氣象臺(tái)站2011—2012年冬季舞動(dòng)氣象日數(shù)為4。統(tǒng)計(jì)后，遼寧省62個(gè)氣象臺(tái)站中共有28個(gè)氣象臺(tái)站有舞動(dòng)氣象日記錄。28個(gè)氣象臺(tái)站年舞動(dòng)氣象日數(shù)由大到小排列后。

　　2.2舞動(dòng)極值日數(shù)統(tǒng)計(jì)

　　常用的極值統(tǒng)計(jì)模型包括極值Ⅰ型、極值Ⅱ型和極值Ⅲ型分布。

　　3分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

　　架空輸電線路防舞設(shè)計(jì)規(guī)范明確規(guī)定了1級(jí)、2級(jí)和3級(jí)舞動(dòng)區(qū)應(yīng)采取的防舞動(dòng)措施。因此，將舞動(dòng)等級(jí)按舞動(dòng)極值日數(shù)分為0~3級(jí)。舞動(dòng)等級(jí)與舞動(dòng)極值日數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系應(yīng)符合相應(yīng)的規(guī)定。

　　4舞動(dòng)區(qū)域分布圖繪制

　　利用克里格插值方法，以62個(gè)氣象臺(tái)站特定重現(xiàn)期舞動(dòng)極值日數(shù)為基準(zhǔn)，得到氣象臺(tái)站周邊區(qū)域特定重現(xiàn)期舞動(dòng)極值日數(shù)。根據(jù)相應(yīng)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可確定遼寧省全域的特定重現(xiàn)期舞動(dòng)等級(jí)。

　　不難發(fā)現(xiàn)，遼寧地區(qū)0級(jí)舞動(dòng)區(qū)占比較大，2級(jí)和3級(jí)舞動(dòng)區(qū)占比較小;遼寧100年一遇舞動(dòng)區(qū)域分布級(jí)舞動(dòng)區(qū)主要集中在大連、瓦房店、營(yíng)口和沈陽(yáng)一帶，且三級(jí)區(qū)面積遠(yuǎn)多于30年和50年一遇的3級(jí)舞動(dòng)區(qū)面積。上述分布與表1反映等遼寧地區(qū)歷史舞動(dòng)記錄基本吻合。必要時(shí)，可以依據(jù)數(shù)據(jù)完善舞動(dòng)區(qū)域分布。

　　5結(jié)論

　　本文基于遼寧省1999—2020年21年間62個(gè)氣象臺(tái)站冬季歷史氣象數(shù)據(jù)，繪制了遼寧30年、50年和100年一遇電網(wǎng)舞動(dòng)區(qū)域分布圖，得到如下主要結(jié)論。

　　(1)引入了重現(xiàn)期概念，利用廣義極值分布模型計(jì)算了遼寧地區(qū)特定重現(xiàn)期舞動(dòng)極值日數(shù)，統(tǒng)一了電網(wǎng)冰區(qū)、風(fēng)區(qū)和舞動(dòng)區(qū)域分布圖的繪制體系與特定電壓等級(jí)架空輸電線路的防覆冰、防風(fēng)和防舞動(dòng)設(shè)計(jì)體系。(2)繪制的30年、50年和100年一遇電網(wǎng)舞動(dòng)區(qū)域分布圖分別適用于遼寧地區(qū)110~220kV、330~750kV、特高壓交直流線路的防舞動(dòng)設(shè)計(jì)及改造工作。(3)繪制的不同重現(xiàn)期電網(wǎng)舞動(dòng)區(qū)域分布圖與遼寧省歷史舞動(dòng)記錄基本吻合，拓展了舞動(dòng)區(qū)域分布圖的客觀性與實(shí)用性，有助于提升架空輸電線路抵御覆冰舞動(dòng)災(zāi)害的能力和水平。

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　　作者：李永勝1，楊加倫2，鄭維剛3，劉彬2，高正旭4

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