输电线路覆冰与导线温度和微气象参数关联分析
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摘 要 : 针对目前微气象参数等与覆冰的相关性分析不全面 、 不系统 , 无法确定主要影响因素的问题 。统计了贵 州电网输电线路覆冰在线监测系统于 2008 年冬末至 2009 年春末监测到的线路覆冰状况 ,指出线性相关分析定量 结果与定性分析不符 ,提出了一种邓氏灰色关联度和灰色斜率关联度相结合的灰色综合关联分析方法 ,并确定了 覆冰和各个参数 ( 导线温度和环境温度 、 相对湿度 、 风速等微气象参数等) 之间的关联度 。结果表明 : 海拔高度对覆 冰的严重程度和持续时间均有一定的影响 ; 环境温度 、 导线温度 、 相对湿度和风速均与覆冰存在较大相关性 , 其中 环境温度和导线温度与覆冰的相关性明显强于相对湿度和风速 ,即温度是影响覆冰的主要因素 。 关键词 : 覆冰 ; 导线温度 ; 环境温度 ; 相对湿度 ; 风速 ; 灰色综合关联分析 中图分类号 : TM726 ; TM75 文献标志码 : A 文章编号 : 100326520 ( 2010) 0320775207
基金资 助 项 目 : 国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 划 ( 973 计 划 )
(2009CB724507) ; 国家 “十一五” 科技支撑计划 (2009BAA23B02) 。 Project Supported by National Basic Research Program of China (973 Program) (2009CB724507) , National Elevent h2five Year Science and Technology Supporting Program of China (2009BAA23B02) .
776
高电压技术
2010 ,36 (3)
法 ,其对数据本身的要求严格 : 要求有大量数据等 , 并可能出现量化结果与定性分析结果不相符的现 象 [ 11 ] 。由于目前在线监测的覆冰数据有限 ,且传感 器本身精度问题等不确定性原因 ,数据灰度较大 ,因 此应当采用能够弥补以上不足的其他数学方法来分 析覆冰数据 。邓聚龙教授提出的灰色关联度分析法 是以 “小样本 、 贫信息” 下不确定性系统为研究对 象 [ 12 ,13 ] ,因而能较好地解决上述问题 。 结合覆冰在线监测系统 , 本文首先介绍了贵州 电网 2008 年冬末至 2009 年春末线路覆冰状况 。其 次指出了覆冰与影响参数 ( 导线温度和环境温度 、 相 对湿度 、 风速等微气象因素) 之间的统计学线性相关 分析结果与定性分析矛盾 , 并提出一种邓氏灰色关 联度和灰色斜率关联度方法相结合的灰色综合关联 分析方法 , 求解了覆冰和各个因素之间的关联度 。 最后对关联度结果进行分析和排序 , 找出主要影响 因素 ,为进一步研究线路覆冰状态评估和处置决策 等提供了各影响因素贡献的直接依据 。
弱大致可认为如下 :海拔高度大于导线直径大于电 场强度 。 1. 2 线路覆冰持续时间与海拔的关系 不同电压等级下线路覆冰持续时间与海拔的分 布直方图见图 3 。图 3 中 , 无论在高海拔还是低海 拔均有覆冰持续时间 > 7 d 的线路 , 这说明无论海 拔高低 , 只要存在符合结冰的微气象 、 微地形 , 都 可能发生线路覆冰 。 但海拔 > 1400 m 的线路中 , 覆 冰持续时间较长的线路比例较低海拔高 , 其原因是 高海拔下覆冰较严重 , 因而整体覆冰周期较长 。 因 此 , 海拔高度对覆冰严重程度和持续时间均有一定 的影响 。 1. 3 线路覆冰厚度 > 10 mm 数据统计 不同电压等级下线路覆冰厚度 > 10 mm 数据 统计如表 1 所示 。表 1 中 ,2008212222/ 23 的 2 d 同 时 有 3 条线路覆冰较重 , 其中 ,500 kV 线路的覆冰
冰速率之间的关系 , 并通过拟合回归曲线的方式建 立了评价线路覆冰的经验性数值模型[ 4 ,5 ] , 但缺少 对相对湿度的研究 。中国西南电力设计院根据三峡 观冰站的观测资料 , 研究了三峡地区导线覆冰与气 象要素的关系 ,并采用回归分析方法建立了冰重与 气象要素之间的定量关系 [ 7 ] , 但上述分析基于观冰 站 ,并非架空输电线路在线监测数据 ,因此与实际情 况不同 。西安工程大学基于现场监测数据进行了线 路覆冰与局部气象因素之间关系的研究 , 也利用线 性拟合的方式分别得到覆冰厚度与环境温度 、 相对 湿度和风速之间的关系式 ,但其相关性较差 [ 8 ] ,且分 析用数据样本容量过小 。 以上的研究均基于数理统计中的回归分析等方
0 引言
影响输电线路覆冰的因素有很多 ,如气象因素 、 海拔高度 、 导线直径 、 电场强度和微地形等 , 其中气 象因素对线路的覆冰起着决定性影响 [ 1210 ] 。 近年来国内外对线路覆冰与气象因素的关系进 行了大量的研究 : M. Farzaneh 等基于一个监测站 统计分析了两年内实时气象数据与架空输电线路覆
图1 贵州电网覆冰在线监测系统终端分布图
Fig. 1 Distribution graph of overhead transmission line on2line monitoring and precautions system at Guizhou Power G rid
1 贵州电网 2008211/ 2009205 线路覆冰特点
Abstract : Co rrelation between local meteo rology parameters and t he overhead t ransmissio n line icing was not com2 p rehensive and systemic currently , so t he p redo minate influential factor o n icing co uld not be co nfirmed. The over2 head t ransmission line icing stat us was statistically analyzed ,and t he data were reco rded during t he period between November 2008 and May 2009 at Guizho u Power Grid by means of o n2line monito ring and p recaution system. The re2 sult unco nformity between line correlation was qualitatively analyzed ,moreover , t he synt hetic grey relational analy2 sis , which combined general relational degree p ropo sed by Deng wit h slope relational degree , was co nst ructed to re2 alize t he relatio nship s amo ng t ransmission line icing , co nductor temperat ure and local meteorology parameters , such as ambient temperat ure , relative humidity , wind speed , etc. . The result s show altit ude affect s ice cover or duration to so me extent . There are relatively conspicuous correlations amo ng t ransmission line icing , conducto r temperat ure and local meteorology. And t he degree of relation between ice cover and conducto r temperat ure o r ambient tempera2 t ure is markedly higher t han relative humidity o r wind speed , indicating t hat temperat ure is t he decisive factor amo ng t hem. Key words : icing ; conducto r temperat ure ; ambient temperat ure ; relative humidity ; wind speed ; synt hetic grey rela2 tional analysis
高电压技术 第 36 卷 第 3 期 2010 年 3 月 31 日
High Voltage Engineering , Vol . 36 , No . 3 , Mar . 31 , 2010
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输电线路覆冰与导线温度和微气象参数关联分析
阳 林1 , 郝艳捧1 , 黎卫国1 , 李昭廷1 , 戴 栋1 , 李立浧1 , 罗 兵2 , 朱功辉2 ( 1. 华南理工大学电力学院 ,广州 510640 ;2. 南方电网技术研究中心 ,广州 510623)
Relationships Among Transmission Line Icing , Conductor Temperature and Local Meteorology Using Grey Relational பைடு நூலகம்nalysis
YAN G Lin1 , HAO Yan2peng1 , L I Wei2guo 1 , L I Zhao2ting1 , DA I Do ng1 , L I Li2cheng1 , L UO Bing2 , ZHU Go ng2hui2 ( 1. School of Elect ric power , So ut h China U niver sit y of Technology , Guangzho u 510640 , China ; 2. Technology Research Center , China So ut hern Grid , Guangzho u 510623 , China )
中国南方电网公司于 2008 年底建设完成了南 方电网覆冰预警系统主站系统 、 贵州电网主站系统 和贵州电网 30 个覆冰在线监测终端示范应用 [ 14 ] , 其中 30 个终端在贵州的分布如图 1 所示 。30 个终 端中除 3 个终端因故停测和 5 个终端位置未事实覆 冰外 ,其他 22 个终端均在 2008211/ 2009205 期间内 成功监测到多次线路覆冰事件 。
1. 1 线路覆冰厚度与海拔的关系
图2 最大覆冰厚度与海拔高度直方图
Fig. 2 Relationship of ice cover and altitude
研究表明 , 线路覆冰与导线直径大小和电场有 关 。相同电压等级下导线直径大小相同或相近 , 本 文近似认为相同 ,则 500 、 220 和 110 kV 3 个不同电 压等级下 ,22 个终端监测到的导线最大覆冰厚度随 海拔高度变化的直方图见图 2 。 图 2 中 ,3 个电压等级下导线最大覆冰厚度在 海拔高度 > 1400 m 时普遍较高 ,其中包含最大厚度 > 10 mm 的数据列 5 项 , 这说明海拔高度对线路覆 冰的形成有一定的影响 。 一般来说 ,电场强度越大 , 直径越小 , 覆冰积累 越少 。图 2 中在相近海拔下 500 kV 线路出现了最 大厚度 > 10 mm 的数据列 2 项 , 而 220 kV 线路仅 有 1 项 ,其原因可能是 500 kV 导线直径较大 , 直径 的影响较电场的影响明显 。但另一方面 110 kV 导 线最大覆冰厚度在海拔高达约 2350 m 时出现最大 厚度 > 10 mm 的数据列 2 项 , 表明海拔的影响要大 于导线直径 。因此在假定微气象环境比较接近的前 提下 ,本文中海拔 、 电场和导线直径对覆冰的影响强
基金资 助 项 目 : 国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 划 ( 973 计 划 )
(2009CB724507) ; 国家 “十一五” 科技支撑计划 (2009BAA23B02) 。 Project Supported by National Basic Research Program of China (973 Program) (2009CB724507) , National Elevent h2five Year Science and Technology Supporting Program of China (2009BAA23B02) .
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高电压技术
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法 ,其对数据本身的要求严格 : 要求有大量数据等 , 并可能出现量化结果与定性分析结果不相符的现 象 [ 11 ] 。由于目前在线监测的覆冰数据有限 ,且传感 器本身精度问题等不确定性原因 ,数据灰度较大 ,因 此应当采用能够弥补以上不足的其他数学方法来分 析覆冰数据 。邓聚龙教授提出的灰色关联度分析法 是以 “小样本 、 贫信息” 下不确定性系统为研究对 象 [ 12 ,13 ] ,因而能较好地解决上述问题 。 结合覆冰在线监测系统 , 本文首先介绍了贵州 电网 2008 年冬末至 2009 年春末线路覆冰状况 。其 次指出了覆冰与影响参数 ( 导线温度和环境温度 、 相 对湿度 、 风速等微气象因素) 之间的统计学线性相关 分析结果与定性分析矛盾 , 并提出一种邓氏灰色关 联度和灰色斜率关联度方法相结合的灰色综合关联 分析方法 , 求解了覆冰和各个因素之间的关联度 。 最后对关联度结果进行分析和排序 , 找出主要影响 因素 ,为进一步研究线路覆冰状态评估和处置决策 等提供了各影响因素贡献的直接依据 。
弱大致可认为如下 :海拔高度大于导线直径大于电 场强度 。 1. 2 线路覆冰持续时间与海拔的关系 不同电压等级下线路覆冰持续时间与海拔的分 布直方图见图 3 。图 3 中 , 无论在高海拔还是低海 拔均有覆冰持续时间 > 7 d 的线路 , 这说明无论海 拔高低 , 只要存在符合结冰的微气象 、 微地形 , 都 可能发生线路覆冰 。 但海拔 > 1400 m 的线路中 , 覆 冰持续时间较长的线路比例较低海拔高 , 其原因是 高海拔下覆冰较严重 , 因而整体覆冰周期较长 。 因 此 , 海拔高度对覆冰严重程度和持续时间均有一定 的影响 。 1. 3 线路覆冰厚度 > 10 mm 数据统计 不同电压等级下线路覆冰厚度 > 10 mm 数据 统计如表 1 所示 。表 1 中 ,2008212222/ 23 的 2 d 同 时 有 3 条线路覆冰较重 , 其中 ,500 kV 线路的覆冰
冰速率之间的关系 , 并通过拟合回归曲线的方式建 立了评价线路覆冰的经验性数值模型[ 4 ,5 ] , 但缺少 对相对湿度的研究 。中国西南电力设计院根据三峡 观冰站的观测资料 , 研究了三峡地区导线覆冰与气 象要素的关系 ,并采用回归分析方法建立了冰重与 气象要素之间的定量关系 [ 7 ] , 但上述分析基于观冰 站 ,并非架空输电线路在线监测数据 ,因此与实际情 况不同 。西安工程大学基于现场监测数据进行了线 路覆冰与局部气象因素之间关系的研究 , 也利用线 性拟合的方式分别得到覆冰厚度与环境温度 、 相对 湿度和风速之间的关系式 ,但其相关性较差 [ 8 ] ,且分 析用数据样本容量过小 。 以上的研究均基于数理统计中的回归分析等方
0 引言
影响输电线路覆冰的因素有很多 ,如气象因素 、 海拔高度 、 导线直径 、 电场强度和微地形等 , 其中气 象因素对线路的覆冰起着决定性影响 [ 1210 ] 。 近年来国内外对线路覆冰与气象因素的关系进 行了大量的研究 : M. Farzaneh 等基于一个监测站 统计分析了两年内实时气象数据与架空输电线路覆
图1 贵州电网覆冰在线监测系统终端分布图
Fig. 1 Distribution graph of overhead transmission line on2line monitoring and precautions system at Guizhou Power G rid
1 贵州电网 2008211/ 2009205 线路覆冰特点
Abstract : Co rrelation between local meteo rology parameters and t he overhead t ransmissio n line icing was not com2 p rehensive and systemic currently , so t he p redo minate influential factor o n icing co uld not be co nfirmed. The over2 head t ransmission line icing stat us was statistically analyzed ,and t he data were reco rded during t he period between November 2008 and May 2009 at Guizho u Power Grid by means of o n2line monito ring and p recaution system. The re2 sult unco nformity between line correlation was qualitatively analyzed ,moreover , t he synt hetic grey relational analy2 sis , which combined general relational degree p ropo sed by Deng wit h slope relational degree , was co nst ructed to re2 alize t he relatio nship s amo ng t ransmission line icing , co nductor temperat ure and local meteorology parameters , such as ambient temperat ure , relative humidity , wind speed , etc. . The result s show altit ude affect s ice cover or duration to so me extent . There are relatively conspicuous correlations amo ng t ransmission line icing , conducto r temperat ure and local meteorology. And t he degree of relation between ice cover and conducto r temperat ure o r ambient tempera2 t ure is markedly higher t han relative humidity o r wind speed , indicating t hat temperat ure is t he decisive factor amo ng t hem. Key words : icing ; conducto r temperat ure ; ambient temperat ure ; relative humidity ; wind speed ; synt hetic grey rela2 tional analysis
高电压技术 第 36 卷 第 3 期 2010 年 3 月 31 日
High Voltage Engineering , Vol . 36 , No . 3 , Mar . 31 , 2010
775
输电线路覆冰与导线温度和微气象参数关联分析
阳 林1 , 郝艳捧1 , 黎卫国1 , 李昭廷1 , 戴 栋1 , 李立浧1 , 罗 兵2 , 朱功辉2 ( 1. 华南理工大学电力学院 ,广州 510640 ;2. 南方电网技术研究中心 ,广州 510623)
Relationships Among Transmission Line Icing , Conductor Temperature and Local Meteorology Using Grey Relational பைடு நூலகம்nalysis
YAN G Lin1 , HAO Yan2peng1 , L I Wei2guo 1 , L I Zhao2ting1 , DA I Do ng1 , L I Li2cheng1 , L UO Bing2 , ZHU Go ng2hui2 ( 1. School of Elect ric power , So ut h China U niver sit y of Technology , Guangzho u 510640 , China ; 2. Technology Research Center , China So ut hern Grid , Guangzho u 510623 , China )
中国南方电网公司于 2008 年底建设完成了南 方电网覆冰预警系统主站系统 、 贵州电网主站系统 和贵州电网 30 个覆冰在线监测终端示范应用 [ 14 ] , 其中 30 个终端在贵州的分布如图 1 所示 。30 个终 端中除 3 个终端因故停测和 5 个终端位置未事实覆 冰外 ,其他 22 个终端均在 2008211/ 2009205 期间内 成功监测到多次线路覆冰事件 。
1. 1 线路覆冰厚度与海拔的关系
图2 最大覆冰厚度与海拔高度直方图
Fig. 2 Relationship of ice cover and altitude
研究表明 , 线路覆冰与导线直径大小和电场有 关 。相同电压等级下导线直径大小相同或相近 , 本 文近似认为相同 ,则 500 、 220 和 110 kV 3 个不同电 压等级下 ,22 个终端监测到的导线最大覆冰厚度随 海拔高度变化的直方图见图 2 。 图 2 中 ,3 个电压等级下导线最大覆冰厚度在 海拔高度 > 1400 m 时普遍较高 ,其中包含最大厚度 > 10 mm 的数据列 5 项 , 这说明海拔高度对线路覆 冰的形成有一定的影响 。 一般来说 ,电场强度越大 , 直径越小 , 覆冰积累 越少 。图 2 中在相近海拔下 500 kV 线路出现了最 大厚度 > 10 mm 的数据列 2 项 , 而 220 kV 线路仅 有 1 项 ,其原因可能是 500 kV 导线直径较大 , 直径 的影响较电场的影响明显 。但另一方面 110 kV 导 线最大覆冰厚度在海拔高达约 2350 m 时出现最大 厚度 > 10 mm 的数据列 2 项 , 表明海拔的影响要大 于导线直径 。因此在假定微气象环境比较接近的前 提下 ,本文中海拔 、 电场和导线直径对覆冰的影响强