电线积冰及舞动高风险区域的数值模拟

导线覆冰舞动是一种影响电网正常运行的灾害性天气.通过对2018年1月25—29日长江中下游地区大范围导线覆冰舞动事故的天气形势、大气层结与云中水成物特征的分析,探讨了导线覆冰舞动的天气成因,进而利用耦合了电线覆冰增长模型的天气研究和预报模式,对导线覆冰厚度及舞动高风险区域的时空分布进行了模拟,结果表明:①冷空气与西南暖湿气流在长江中下游地区交汇,该区从地面到700 hPa的温度均低于0℃,冻雨为"过冷暖雨"机制;②模拟结果显示覆冰期间地面降水经历了"固态-混合态-固态"的相态转化过程,与观测结果较为一致;③耦合了积冰增长预报系统(IFAS)的WRF模式,模拟的各阶段电线积冰厚度的空间分布特征与监测到冻雨天气的气象站点分布较为吻合,覆冰厚度极值与观测结果接近;④利用耦合了美国空军气象局诊断方案的WRF模式,根据模拟的积冰厚度与瞬时最大风速,模拟出了导线覆冰舞动高风险区域分布,与电网的观测记录较为吻合.该研究表明模拟的导线覆冰厚度能够反映冻雨过程中电线积冰厚度的时空变化特征,特别是舞动高风险区域分布的成功模拟,对舞动进行提前预警进而降低舞动损失具有重要的实用价值.     

美国空军气象局冻雨预报系统对三次冻雨事件及电线积冰厚度的模拟

电线积冰是电网正常运行中最大的气象灾害之一,而冻雨是造成电线积冰事故的主要灾害性天气。利用耦合了中尺度天气研究和预报(weather research and forecasting, WRF)模式的美国空军气象局(Air Force Weather Agency, AWFA)冻雨预报系统,对发生在中国南方的3次冻雨事件进行预报,通过威胁指数(threat scores,TS)评分对AWFA系统在中国地区的冻雨预报能力进行了评估,并根据其输出的冻雨参数,用覆冰增长模型对三次冻雨过程中,电线积冰厚度进行了模拟。结果表明:冻雨事件的发生必须同时满足逆温层、空中高液态含水量和地温低于0℃这三个气象条件;AFWA冻雨预报系统对中国冻雨也有一定的预报能力,但预测范围较实际观测的区域偏大,三次冻雨事件预报TS评分在0.30～0.63,平均为0.45;模拟电线积冰厚度的范围与观测的冻雨密集区相当吻合,对明显的冻雨过程有较好的预报能力且能够获得电线积冰厚度的精细化分布。研究结果对中国南方冻雨预报、电线积冰预报有重大的参考价值,并为电网的防灾减灾提供了坚实的理论支撑。     

BP神经网络在电线积冰定量预报中的应用

对1970—2016年江西省电线积冰数据进行统计分析,得到其时空分布特征,并利用BP神经网络方法对电线积冰直径进行定量预报,得到结论如下：1）江西省电线积冰集中发生在12月到2月,占84.4%;以雨凇型积冰为主,占67.5%;江西省电线积冰事件多发生在赣北、赣中,大值区位于赣西北;2）江西省积冰观测站可分为3类,第1类...     

议地面气象观测中的电线积冰

2008年1月南方的罕见雪灾给人民的生命财产造成了重大损失,也凸现了电线积冰观测的重要性。本文根据现行规定,对观测中出现的概念混淆、判断不清进行了分析讨论,并结合工作实际,对不同情况下电线积冰的观测、记录、编报、输入提出了自己的看法。     

基于误差修正的电线覆冰厚度贝叶斯模型及分析

通过对已有的电线覆冰厚度数据进行分析,建立了电线覆冰厚度时间序列模型,对覆冰厚度进行贝叶斯统计推断,然后运用基于Gibbs抽样的MCMC方法对推断模型进行参数估计,并对MCMC模型进行误差修正.在此基础上,运用WINBUGS软件,对Gibbs抽样得到的预测结果与极大似然估计的预测结果进行比较.比较分析结果表明:通过误差...     

神农架地区输电线路覆冰厚度分区研究

在中重覆冰区的线路设计中,覆冰厚度的取值直接影响线路的安全性和经济性.以神农架某110 k V输电线路设计为例,分析附近已有线路的覆冰情况,探讨影响覆冰厚度的因素,主要包括气象条件的差异、海拔高程的影响、地形条件、导线悬挂高度、导线的截面和直径等.根据不同的海拔高度对设计线路进行冰区划分,并对覆冰过载能力进行计算,所得结果满足覆冰厚度要求.     

导线倾角与覆冰过程扭转因素对覆冰形状特性影响研究

输电导线覆冰严重威胁电网运行安全,准确预测导线覆冰形状和增长趋势,可以有效预防次生灾害的发生.已有输电导线覆冰增长预测模型较少考虑覆冰偏心扭转对导线表面覆冰形状的影响.为此,综合考虑覆冰偏心、风速等对导线的耦合扭转特性,建立输电导线动态扭转覆冰预测模型.基于预测模型对导线表面覆冰形状进行预测模拟并与文献实验数据对比,验证了模型的有效性.利用预测模型,进一步讨论导线倾角及温度、风速和MVD（水滴中值直径）对冰形和扭转速度的影响.研究发现,导线迎风面覆冰厚度随着倾斜角度的增加,分层现象逐渐明显.与水平布置（零倾角）导线对比,倾斜角度为60°时,导线覆冰面积分别增加18.26%（覆冰125 min）、26.30%（覆冰245 min）,扭转角度分别增加10.4°（覆冰125 min）、16.2°（覆冰245 min）,冰形呈“沟壑”状.     

新月形覆冰单导线静气动力特性的无网格数值模拟研究

覆冰导线在风激励下的气动力系数及其随风速攻角的变化规律是导线舞动的关键因素。论文采用基于LBM方法的无网格数值模拟软件Xflow对新月型覆冰单导线的静气动力特性进行研究,特定风速和冰厚条件下的数值模拟结果与文献风洞试验数据的高度吻合,验证了该方法的可靠性和准确性。进而开展的变风速和变冰厚条件下的导线气动力特性系数随攻角变化的规律,也与风洞试验结果呈现出一致的趋势。论文的研究表明,利用Xflow对覆冰导线气动力特性进行研究,不需要对覆冰导线周围的空气流场划分网格,提高了数值模拟的效率,为覆冰导线舞动机理的研究提供了新的、有效的途径。     

不同积冰参数对冰型的影响

在积冰生长模拟过程中引入了冻结系数的概念,使得能够模拟计算出不同积冰参数下的不同冰型。以NACA0012翼型为对象,计算不同条件下的积冰情况,发现温度是引起冰型变化的主要因素,其他积冰参数(气流速度、液态水含量、液滴直径)对积冰量有影响,但对冰型影响较小。     

准椭圆形覆冰导线气动力特性试验研究

通过刚性节段模型高频天平测力风洞试验,对圆形截面、裸导线截面及6种不同类型的准椭圆形覆冰导线气动力特性进行了研究,讨论了紊流度、风向角、覆冰饱满度、覆冰厚度等因素对导线气动力特性的影响以及准椭圆覆冰导线驰振稳定性的一般规律.结果表明,紊流度的增加使得模型力系数绝对值在一定范围内变小;覆冰形状和风向对导线气动力特性有很大影响;准椭圆形覆冰导线一定风向角范围内存在驰振可能.试验得到的数据和结论可以为这类覆冰导线的风致响应计算及破坏机制的分析提供基础数据.     

Expert System for Icing Prediction and Ice Melting Control

Atmospheric icing may have a great impact on the overall design and safety naming of power transmission lines or railway contact wires. For engineers attempting to determine ice loads to a specific area, knowledge of historical ice events and ice type for that area would be extremely valuable information. However, there is no systematic ice accretion database that can be used to help enginers.The prolonged 2008 ice storm of central and southern China caused extensive damage to the electrical installations and railway contact wires. As a result, the transmission provider of the state has deployed substantial efforts to mitigate the effects of future ice storms. This paper describes the development of a knowledge-based decision support system for icing prediction and melting control strategy. The knowledge acquisition process is conducted based on the experimental and theoretical research. The system can predict if icing presents in the current condition, and estimate the passible king types based on the meteorological parameters such as air temperature, relative humidity, wind speed, which are obtained by correspooding sensors. When icing presents, then the system will make a melting decision using the heat generated by the currents flowing in the wires based on the melting algorithm. Simultaneously the ice scene is monitored for security by real-time videos. This system can be used in power transmission lines or railway contact wires.     

不同覆冰状态下导线风致振动响应仿真

为研究动态风载作用下不同覆冰状态下输电导线的动力响应,利用谐波叠加法模拟多点相关的脉动风速时程曲线,得到不同覆冰形式下的风荷载,建立导线有限元模型,对不同覆冰状态下输电导线各特征参数和风速的相关性,并对导线振动特性以及动张力特性进行分析。结果表明：在随机风作用下,不均匀覆冰对风速的相关性最强;相同风速下,覆冰厚度和覆冰形式对导线振动特性影响不大;均匀覆冰时,导线张力峰值在15 mm覆冰时达到最大,张力峰值为69 180.4 N;不均匀覆冰状态下,中央重覆冰对导线张力的影响强于两侧重覆冰。     

基于高差系数的输电线路标准覆冰厚度模型及参数敏感性

目前现有覆冰监测系统覆冰厚度计算模型与实际情况相差较大,不能满足电网防冰抗冰实际需求的现状。基于现有拉力值反算覆冰厚度计算模型,提出拉力值质量控制方法,建立综合考虑线路设计冰厚、垂直档距、垂直荷载、水平应力等随覆冰厚度变化因素,同时提出杆塔高差系数对模型进行优化,减小模型参数过多造成计算结果不准确,并定量研究模型参数对计算结果的影响。研究表明:所建模型标准覆冰厚度结果与人工观冰之间的平均相对误差为14.09%,使原有模型计算准确度提高61%,更加接近于真实水平。同时,垂直档距随覆冰厚度呈非线性变化特征,在覆冰厚度为0～10 mm时垂直档距与覆冰厚度为二次函数关系,在10～40 mm时垂直档距与覆冰厚度为一次函数关系,覆冰厚度每增加1 mm,导致垂直档距减小约0.04 m。所得结论能够提升电力部门监测系统覆冰厚度计算准确性,同时能够为电力部门线路防冰、抗冰工作提供重要的科学指导意义。     

高寒高海拔地区输电线路覆冰在线监测系统的研究

针对输电线路覆冰对电网造成巨大损害,而目前没有较好的解决办法的问题,提出了一种基于神经网络的输电线路覆冰在线监测及其预警系统.该系统有机融合了甘孜州的地域气象特征、气象信息,同时考虑了导线拉力、倾斜角、微地理等因素,更把决策支持系统(DSS)引入到该系统中,通过记录大量的气象信息以及输电线路参数,对天气情况是否造成覆冰险情进行相应的预测与监测,做到防患于未然,从而降低了覆冰的危害程度.     

飞机机翼积冰表面粗糙度研究

本文对飞行过程中的飞机机翼积冰过程的数值模拟中的粗糙度计算提出了改进。此方法结合S-A湍流模型中改进的积冰表面粗糙度计算,对飞机机翼积冰过程进行了数值模拟。为验证方法的效果,本文计算了NACA0012翼型的积冰情况及对气动特性参数的影响,计算结果与试验数据结果进行了对比．并与目前国际上广泛采用的经验公式计算粗糙度的方法进行了对比讨论。结果表明改进的方法和文献中的试验数据吻合良好。     

Meteorological conditions of ice accretion based on real-time observation of high voltage transmission line

Meteorological conditions during ice accretion on the 500 kV high voltage transmission lines and test cables are presented, together with a calculation of liquid water content (LWC). The data include meteorological observations and real-time ice accretion on the transmission lines of the central China power grid, from 2008 to 2009 in Hubei Province. Also included are observations of ice thickness, microphysics of fog droplets, and other relevant data from a nearby automated weather station at Enshi radar station, from January to March 2009. Results show that temperature at Zhangen tower #307 was correlated with the temperature at Enshi radar station. The temperature on the surface of the high voltage transmission line was 2-4°C higher than ambient air temperature, although the temperatures were positively correlated. Ice formation temperature was about -2°C and ice shedding temperature was about -2 to -1°C on the high voltage transmission line, both of which were lower than the temperature threshold values on the test cable. Ice thickness was significantly affected by temperature variation when the ice was thin. The calculated LWC was correlated with observed LWC, although the calculated value was greater.     

计及电网停电风险的输电线路动态融冰决策方法

电网发生大面积冰灾情况时,多条输电线路存在覆冰故障隐患,电网稳定运行受到严重威胁,需要提前制定输电线路融冰方案,合理安排融冰顺序。针对此问题,分析输电线路覆冰继续运行给电网带来的停电风险,将与待融冰输电线路相关联的变电站的电气主接线展开,将传统削负荷模型改进后应用于输电网与变电站主接线的组合网络,建立断路器可靠性模型,计算靠后融冰线路因继续运行的电网停电风险;利用计及风速及降雨影响的输电线路覆冰增长预测模型,计算输电线路的覆冰率,根据覆冰率门槛值确定待融冰线路集,基于覆冰严重度模型构建系统全局的覆冰指数指标;综合考虑电网停电风险及系统全局覆冰指数建立输电线路融冰紧迫度指标,动态更新待融冰线路并决策融冰顺序。最后,以IEEE RBTS系统进行算例分析,验证了所提方法的可行性与合理性。     

基于微气象微地形的北京地区输电线路覆冰预测技术

实现输电线路覆冰预测是保障北京地区输电线路在覆冰季正常运行的关键技术。针对北京地区输电线路覆冰预测技术研究,采用皮尔逊相关系数和灰色系统关联度分析方法,利用历史数据研究覆冰厚度与微气象微地形的相关性,得出湿度、坡向、风向和高程对覆冰厚度影响程度较高;通过多种环境特征要素组合构建基于极限随机树模型和灰色系统预测模型的覆冰预测模型,对比不同模型的预测结果的均方根误差（RMSE）,得出由湿度和风向组合构建的灰色系统覆冰预测模型效果最佳。研究结果表明,与同类预测方法相比考虑了微地形对覆冰厚度预测的影响,得到北京地区输电线路覆冰厚度相关性较高的环境因素为湿度、坡向、风向和高程;对比多种环境要素构建的覆冰预测模型,湿度和风向组合的灰色系统预测模型的均方根误差明显优于其它组合,可以有效实现北京地区输电线路覆冰预测。     

自然条件下输电线路导线覆冰增长特性

输电线路导线覆冰严重威胁着电网安全运行.导线覆冰过程复杂,影响因素众多,对其覆冰增长规律的准确掌握是建立并优化导线覆冰数值计算模型的基础.从自然覆冰试验出发,依托雪峰山自然覆冰试验基地对不同种类的导线进行了自然覆冰观测试验,研究了导线直径、导线表面处理情况、覆冰类型及导线扭转对导线覆冰增长过程的影响.通过导线表面水滴碰撞系数的计算分析了不同直径导线覆冰的差异性.研究结果表明:自然环境条件下,风速对导线雾凇覆冰冰形起决定性作用,覆冰主要在导线迎风面(横向迎风侧)累积,而背风侧和纵向覆冰较少.覆冰厚度随时间非线性增长,导线直径越小,覆冰厚度增长越快.导线扭转使得导线背风侧向迎风侧转变,覆冰厚度增长速率加快.雨凇覆冰时,除迎风侧翼型覆冰外,导线下方易冻结形成冰棱,使得冰形结构更为复杂.     

架空输电线路覆冰和融冰仿真研究

为了辅助运行人员在冬季不同气象条件下对输电线路的覆冰危害进行定量分析,以及合理选择直流融冰电流和融冰时间,对架空线路的覆冰和融冰仿真软件进行了研究,提出了一种便于使用的考虑导线所处微地形环境和风向等综合因素的覆冰增长计算方法,并分析了覆冰仿真软件程序框图;利用载流导线的热平衡方程,选择导线最高允许运行温度为70℃,计算了导线的最大融冰电流并对计算误差进行了分析;利用覆冰导线表面冰融化时的热平衡方程,分析了覆冰导线融冰时间的计算方法,并分析了融冰仿真软件的程序框图。