專利名稱：一種輸電線路覆冰等級劃分系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冰區(qū)劃分系統(tǒng)模塊，特別涉及一種輸電線路覆冰等級劃分系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
我國是輸電線路覆冰較為嚴(yán)重的國家之一。在最近的30年來，多次發(fā)生大面積冰災(zāi)事故，例如1984年1月，華東及貴州電網(wǎng)，因大面積覆冰導(dǎo)致電網(wǎng)解列事故；1996年初， 福建省35 220 kV線路因覆冰導(dǎo)致倒桿斷線200多處；2005年春節(jié)期間，在湖南、湖北、 貴州以及重慶地區(qū)，由于連續(xù)大范圍雨雪天氣，出現(xiàn)了 50年來最嚴(yán)重的冰災(zāi)，17條供電線路陷于癱瘓，影響生產(chǎn)和生活長達(dá)一個多月；2008年，由于持續(xù)的雨雪冰凍天氣，導(dǎo)致輸電線路大面積覆冰，輸電鐵塔不堪重負(fù)倒塌斷線，電力設(shè)施遭到前所未有的破壞，供電線路大范圍中斷，給人民的生產(chǎn)生活造成了巨大的災(zāi)害和損失，直接經(jīng)濟(jì)損失超過千億元。針對輸電線路覆冰的問題，國內(nèi)外都進(jìn)行了相關(guān)研究。圍繞著電力線路覆冰這個科學(xué)問題，氣象學(xué)者進(jìn)行了三種不同途徑的探索。第一種是氣候背景和天氣成因與預(yù)報的研究。氣候角度的分析，主要從前期大尺度環(huán)流和下墊面異常入手，研究導(dǎo)致降溫和降水的氣候背景。在天氣分析與預(yù)報方面，主要圍繞區(qū)域的直接天氣系統(tǒng)的生消演變進(jìn)行。第二種是從積冰理論和數(shù)值模擬實驗著手，分析某些氣象因子對積冰增長或積冰特征的影響，揭示氣象因子影響積冰厚度的一般規(guī)律。第三種是從實地觀測的覆冰數(shù)據(jù)和局地氣象要素數(shù)據(jù)著手，揭示氣象因子與覆冰的厚度和變化的相互關(guān)系。相關(guān)研究結(jié)果表明，影響覆冰的氣象因子主要有氣溫、風(fēng)速、濕度、云滴譜等。林智生最早討論了微地形、微氣候?qū)ι絽^(qū)輸電線路的影響。張巖等計算達(dá)坂山區(qū)導(dǎo)線覆冰的冰厚、覆冰密度、標(biāo)準(zhǔn)冰厚及其與氣象要素相關(guān)的系數(shù)，分析了導(dǎo)線覆冰隨方位、風(fēng)向等的變化規(guī)律，以及達(dá)坂山區(qū)導(dǎo)線覆冰與氣象條件的關(guān)系。黃新波等進(jìn)行了線路覆冰與局部氣象因素之間關(guān)系的研究，結(jié)果表明覆冰形成、自動脫落過程與氣象條件之間關(guān)系密切，線路覆冰形成需要特定的環(huán)境條件；采用單一環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)速等氣象要素進(jìn)行覆冰預(yù)測的可靠性差，尤其誤報率過高，采用多氣象因素進(jìn)行覆冰預(yù)測的準(zhǔn)確率較高。金西平對我國中緯度山地微地形微氣候區(qū)的架空電力線路覆冰特征及微地形微氣候?qū)?dǎo)線覆冰的影響進(jìn)行了初步分析，具體介紹了用山區(qū)觀冰站(點)的多年實測導(dǎo)線覆冰資料來準(zhǔn)確計算微氣候?qū)Ь€覆冰量級差異，進(jìn)行冰區(qū)劃分，合理確定設(shè)計冰厚并在工程實踐中的成功應(yīng)用實例。陶云等進(jìn)行了線路覆冰與局部氣象因素之間關(guān)系的研究，結(jié)果表明覆冰形成、自動脫落過程與氣象條件之間關(guān)系密切，線路覆冰形成需要特定的環(huán)境條件；黃浩輝等利用廣東省樂昌高山氣象站1972 1978年觀冰資料和氣候資料，分析了粵北地區(qū)導(dǎo)線覆冰的氣象特征，建立了導(dǎo)線覆冰標(biāo)準(zhǔn)冰厚的氣象推算模型。主導(dǎo)風(fēng)向、日最低氣溫、日降水量是影響導(dǎo)線覆冰厚度的主要氣象因素。蔡鋼等考察了云南山區(qū)小氣候特征對電線覆冰的影響，分析小氣候特征的典型事例及設(shè)計時應(yīng)對小氣候特征進(jìn)行研究。周紹毅等利用廣西90個氣象臺站40年的氣候資料和臺站地理信息數(shù)據(jù)，采用覆冰模型計算得到90個臺站的覆冰分布。相關(guān)研究為認(rèn)識局地氣象、地形要素對電力線路覆冰的影響和確定局地電力線路覆冰等級提供了重要的參考，但是這些研究一般都只考慮了部分影響覆冰的氣象或地形因素，需要進(jìn)一步建立系統(tǒng)化的的局地氣象和地形要素影響覆冰等級的等級劃分系統(tǒng)，從而為輸電線路的布置與設(shè)計提供支撐。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的在于針對上述存在的問題，提供一種輸電線路覆冰等級劃分系統(tǒng)，為現(xiàn)有輸電線路及新建輸電線路覆冰等級劃分提供支持，支撐輸電線路抗冰(防冰) 布置與設(shè)計。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)
一種輸電線路覆冰等級劃分系統(tǒng)，它包括有在CPU操縱控制下的線路覆冰等級劃分系統(tǒng)模塊，以及與這個模塊各輸入端分別連接的高分辨率再分析環(huán)流資料ERA - 40數(shù)據(jù)庫、 NCEP/NCAR再分析資料數(shù)據(jù)庫、區(qū)域覆冰觀測資料數(shù)據(jù)庫、區(qū)域氣象資料數(shù)據(jù)庫和區(qū)域地形資料數(shù)據(jù)庫，以及與所述系統(tǒng)模塊輸出端連接的顯示打印系統(tǒng)；所述系統(tǒng)模塊包括有區(qū)域選擇模塊、初始標(biāo)準(zhǔn)冰厚劃分計算模塊、區(qū)域地形網(wǎng)格單元模塊、訂正計算模塊、歸并及異常點訂正模塊、網(wǎng)格點覆冰顯示模塊和線路選擇各子模塊；
所述區(qū)域選擇模塊，通過所述系統(tǒng)模塊的輸入接口，調(diào)取高分辨率再分析環(huán)流資料 ERA - 40和NCEP/NCAR數(shù)據(jù)庫的相關(guān)數(shù)據(jù)資科，在項目區(qū)域內(nèi)劃分出冰厚大于或等于基準(zhǔn)冰厚的區(qū)域，然后將選定的冰厚區(qū)域資料數(shù)據(jù)輸入初始標(biāo)準(zhǔn)冰厚劃分計算模塊；
所述初始標(biāo)準(zhǔn)冰厚劃分計算模塊，通過所述系統(tǒng)模塊的另一輸入接口，調(diào)取區(qū)域覆冰觀測資料數(shù)據(jù)庫的相關(guān)覆冰觀測資料數(shù)據(jù)，計算出區(qū)域內(nèi)最大覆冰的海拔及其初始標(biāo)準(zhǔn)冰厚，然后將數(shù)據(jù)輸入?yún)^(qū)域地形網(wǎng)格單元模塊；
所述區(qū)域地形網(wǎng)格單元模塊，結(jié)合前述模塊計算出區(qū)域內(nèi)最大覆冰的海拔及其初始標(biāo)準(zhǔn)冰厚，將區(qū)域地形網(wǎng)格化形成計算出的方格地形冰厚，然后將結(jié)果輸入訂正計算模塊；
所述訂正計算模塊，通過所述系統(tǒng)模塊的第三個輸入接口，調(diào)取區(qū)域氣象資料數(shù)據(jù)庫和區(qū)域地形資料數(shù)據(jù)庫的相關(guān)數(shù)據(jù)，對輸入的區(qū)域方格地形冰厚進(jìn)行訂正，然后將訂正后的冰厚數(shù)據(jù)輸入歸并及異常點訂正模塊進(jìn)行處理；
所述歸并及異常點訂正模塊，對輸入的訂正后的方格冰厚數(shù)據(jù)進(jìn)行歸并，對異常點數(shù)據(jù)進(jìn)一步訂正，得到對區(qū)域方格冰厚的覆冰等級修正數(shù)據(jù)，將其輸入到網(wǎng)格點覆冰顯示模塊；
所述網(wǎng)格點覆冰顯示模塊，將項目區(qū)域的冰厚通過區(qū)域網(wǎng)格地形單元，表現(xiàn)出在該區(qū)域非正常氣侯條件下地形冰厚等級分布，得到區(qū)域地形網(wǎng)格描述的冰區(qū)所述線路選擇模塊，依椐網(wǎng)格點覆冰顯示模塊輸入的區(qū)域地形網(wǎng)格描述的冰區(qū)圖，選擇設(shè)計避免或減小冰災(zāi)的輸電線路；
最后通過與系統(tǒng)模塊輸出端連接的顯示打印系統(tǒng)，將所需冰區(qū)圖及選擇設(shè)計的輸電線路顯示或打印出來。所述初始標(biāo)準(zhǔn)冰厚劃分計算系統(tǒng)模塊，具有計算初始標(biāo)準(zhǔn)冰厚的如下計算程序
權(quán)利要求
1.一種輸電線路覆冰等級劃分系統(tǒng)，其特征在于它包括有在CPU操縱控制下的線路覆冰等級劃分系統(tǒng)模塊，以及與這個模塊各輸入端分別連接的高分辨率再分析環(huán)流資料 ERA - 40數(shù)據(jù)庫、NCEP/NCAR再分析資料數(shù)據(jù)庫、區(qū)域覆冰觀測資料數(shù)據(jù)庫、區(qū)域氣象資料數(shù)據(jù)庫和區(qū)域地形資料數(shù)據(jù)庫，以及與所述系統(tǒng)模塊輸出端連接的顯示打印系統(tǒng)；所述系統(tǒng)模塊包括有區(qū)域選擇模塊、初始標(biāo)準(zhǔn)冰厚劃分計算模塊、區(qū)域地形網(wǎng)格單元模塊、訂正計算模塊、歸并及異常點訂正模塊、網(wǎng)格點覆冰顯示模塊和線路選擇各子模塊；所述區(qū)域選擇模塊，通過所述系統(tǒng)模塊的輸入接口，調(diào)取高分辨率再分析環(huán)流資料 ERA - 40和NCEP/NCAR數(shù)據(jù)庫的相關(guān)數(shù)據(jù)資科，在項目區(qū)域內(nèi)劃分出冰厚大于或等于基準(zhǔn)冰厚的區(qū)域，然后將選定的冰厚區(qū)域資料數(shù)據(jù)輸入初始標(biāo)準(zhǔn)冰厚劃分計算模塊；所述初始標(biāo)準(zhǔn)冰厚劃分計算模塊，通過所述系統(tǒng)模塊的另一輸入接口，調(diào)取區(qū)域覆冰觀測資料數(shù)據(jù)庫的相關(guān)覆冰觀測資料數(shù)據(jù)，計算出區(qū)域內(nèi)最大覆冰的海拔及其初始標(biāo)準(zhǔn)冰厚，然后將數(shù)據(jù)輸入?yún)^(qū)域地形網(wǎng)格單元模塊；所述區(qū)域地形網(wǎng)格單元模塊，結(jié)合前述模塊計算出區(qū)域內(nèi)最大覆冰的海拔及其初始標(biāo)準(zhǔn)冰厚，將區(qū)域地形網(wǎng)格化形成計算出的方格地形冰厚，然后將結(jié)果輸入訂正計算模塊；所述訂正計算模塊，通過所述系統(tǒng)模塊的第三個輸入接口，調(diào)取區(qū)域氣象資料數(shù)據(jù)庫和區(qū)域地形資料數(shù)據(jù)庫的相關(guān)數(shù)據(jù)，對輸入的區(qū)域方格地形冰厚進(jìn)行訂正，然后將訂正后的冰厚數(shù)據(jù)輸入歸并及異常點訂正模塊進(jìn)行處理；所述歸并及異常點訂正模塊，對輸入的訂正后的方格冰厚數(shù)據(jù)進(jìn)行歸并，對異常點數(shù)據(jù)進(jìn)一步訂正，得到對區(qū)域方格冰厚的覆冰等級修正數(shù)據(jù)，將其輸入到網(wǎng)格點覆冰顯示模塊；所述網(wǎng)格點覆冰顯示模塊，將項目區(qū)域的冰厚通過區(qū)域網(wǎng)格地形單元，表現(xiàn)出在該區(qū)域非正常氣侯條件下地形冰厚等級分布，得到區(qū)域地形網(wǎng)格描述的冰區(qū)圖；所述線路選擇模塊，依椐網(wǎng)格點覆冰顯示模塊輸入的區(qū)域地形網(wǎng)格描述的冰區(qū)圖，選擇設(shè)計避免或減小冰災(zāi)的輸電線路；最后通過與系統(tǒng)模塊輸出端連接的顯示打印系統(tǒng)，將所需冰區(qū)圖及選擇設(shè)計的輸電線路顯示或打印出來。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸電線路覆冰等級劃分系統(tǒng)，其特征在于所述初始標(biāo)準(zhǔn)冰厚劃分計算系統(tǒng)模塊，具有計算初始標(biāo)準(zhǔn)冰厚的如下計算程序式中，Bs為初始標(biāo)準(zhǔn)冰厚(mm)，kh為高度換算系數(shù)，為線徑換算系數(shù)，B0為標(biāo)準(zhǔn)冰厚 (mm)；其中標(biāo)準(zhǔn)冰厚Bo按下述計算式任選其中之一 ①根據(jù)實測冰重計算標(biāo)準(zhǔn)冰厚公式②根據(jù)實測覆冰長、短徑計算標(biāo)準(zhǔn)冰厚公式③根據(jù)調(diào)查或?qū)崪y覆冰直徑計算標(biāo)準(zhǔn)冰厚公式式中，氏為標(biāo)準(zhǔn)冰厚(mm)，G為冰重(g)，兀為圓周率，Z為覆冰體長度(m)，r為導(dǎo)線半徑(mm)，P為覆冰密度(g/cm3)，a為覆冰長徑包括導(dǎo)線(mm)，力為覆冰短徑包括導(dǎo)線(mm)， Ks為覆冰形狀系數(shù)、覆冰短徑與覆冰長徑的比值，/P為覆冰半徑包括導(dǎo)線(mm)； 不同離地高度冰厚換算為離地IOm的計算公式式中Kh為高度換算系數(shù)，Zo為實測或調(diào)查覆冰附著物高度(m)； 不同導(dǎo)線線徑冰厚換算系數(shù)計算公式式中，Φ為設(shè)計導(dǎo)線直徑(mm)，Φ小于或等于40mm，Φ。為覆冰導(dǎo)線直徑(mm)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸電線路覆冰等級劃分系統(tǒng)，其特征在于，所述歸并及異常點訂正模塊，按下述原則進(jìn)行歸并計算出的冰厚冰厚小于17. 5mm (不含17. 5mm)歸為15mm，冰厚介于17. 5mm 22. 5mm (不含22. 5mm) 歸為20mm，冰厚介于22. 5mm 27. 5mm(不含27. 5mm)歸為25mm，冰厚介于27. 5mm 32. 5mm (不含32. 5mm)歸為30mm，冰厚介于32. 5mm 37. 5mm (不含37. 5mm)歸為:35mm，冰厚介于 37. 5mm 42. 5mm (不含 42. 5mm)歸為 40mm，冰厚介于 42. 5mm 47. 5mm (不含 47. 5mm)歸為45mm，冰厚介于47. 5mm 52. 5mm (不含52. 5mm)歸為50mm，冰厚介于52. 5mm 57. 5mm (不含57. 5mm)歸為55mm，冰厚介于57. 5mm 62. 5mm (不含62. 5mm)歸為60mm ；歸并及異常點訂正模塊，按下述原則進(jìn)行訂正計算出的厚冰異常點判斷某單個節(jié)點的冰厚是否明顯小于臨近兩點的冰厚，而臨近兩點的冰厚相等，則將此點的冰厚定義為異常點，其冰厚訂正為臨近兩點的冰厚；若某單個節(jié)點上的冰厚大于臨近兩點的冰厚，則不作調(diào)整。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸電線路覆冰等級劃分系統(tǒng)，其特征在于，所述訂正計算模塊由訂正模塊和計算模塊組成，其中所述訂正模塊包括如下八個基礎(chǔ)訂正子模塊海拔訂正模塊，坡度訂正模塊，坡向訂正模塊，地形訂正模塊，植被訂正模塊，溫度訂正模塊，風(fēng)速訂正模塊，濕度及降水訂正模塊；所述計算模塊，具有計算區(qū)域地形網(wǎng)格化的方格地形冰厚的下述計算程序式中，~為格點設(shè)計冰厚(mm)，Kt為重現(xiàn)期換算系數(shù)，fe為格點海拔訂正系數(shù)，fs為格點坡度訂正系數(shù)，&為格點坡向訂正系數(shù)，。為格點地形訂正系數(shù)，fv為格點植被訂正系數(shù)，ft為格點溫度訂正系數(shù)，fh為格點相對濕度訂正系數(shù)，fw為格點風(fēng)速訂正系數(shù)，Bs為初始標(biāo)準(zhǔn)冰厚(mm)；所述重現(xiàn)期換算系數(shù)Kt計算公式如下 330kV及以下等級輸電線路&計算公式
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的輸電線路覆冰等級劃分系統(tǒng)，其特征在于 所述海拔訂正模塊以最大覆冰的海拔為起始點，向下每100m，訂正系數(shù)遞減5% ；向上每200m，訂正系數(shù)遞減5% ；所述坡度訂正模塊的坡度訂正系數(shù)分別取1. 01 1. 10 ；所述坡向訂正模塊的訂正系數(shù)與坡度對應(yīng)坡度為平坦時，訂正系數(shù)為1 ；坡度為北時，訂正系數(shù)為1.3 ；坡度為東北時，訂正系數(shù)為1.4 ；坡度為東時，訂正系數(shù)為1.3 ；坡度為東南時，訂正系數(shù)為1. 2 ；坡度為南時，訂正系數(shù)為1. 1 ；坡度為西南時，訂正系數(shù)為0. 9 ；坡度為西時，訂正系數(shù)為1. 1 ；坡度為西北時，訂正系數(shù)為1. 2 ；所述地形訂正模塊的訂正系數(shù)與地形對應(yīng)地形為線路格點與左右兩側(cè)格點高差介于 100 150m之間時，訂正系數(shù)為1. 1 ；地形為線路格點與左右兩側(cè)格點高差大于150m時，訂正系數(shù)為1. 2 ；所述植被訂正模塊的訂正系數(shù)與植被的情況相對應(yīng)植被較差時，訂正系數(shù)為1. 0 ；植被較好時，訂正系數(shù)為1. 1 ；所述溫度訂正模塊的訂正系數(shù)與溫度相對應(yīng)①溫度0 _2°C，訂正系數(shù)為1. 1 ；②溫度-2 -6°C，訂正系數(shù)為1.2 ；③溫度-6 一 9°C，訂正系數(shù)為1. 1 ；④溫度低于一 9°C，訂正系數(shù)為1.0 ；所述風(fēng)速訂正模塊的訂正系數(shù)與風(fēng)速相對應(yīng)①風(fēng)速小于1. Om/s,訂正系數(shù)為1. O ； ②風(fēng)速介于1. O 5. Om/s,訂正系數(shù)為1. 2 ；③風(fēng)速介于5. O 8. Om/s,訂正系數(shù)為1. 1 ；④ 風(fēng)速大于8. Om/s,訂正系數(shù)為1. O ；所述濕度及降水訂正模塊的訂正系數(shù)與濕度相對應(yīng)①濕度小于80%的，訂正系數(shù)為 0. 85 ；②濕度介于80% 85%的，訂正系數(shù)為1 ；③濕度介于85% 90%的，訂正系數(shù)為 1.05 ；④濕度大于90%的，訂正系數(shù)為1. 1。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種輸電線路覆冰等級劃分系統(tǒng)，目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)沒有建立系統(tǒng)化的局地氣象和地形要素影響覆冰等級的覆冰等級劃分系統(tǒng)的問題，包括有在CPU操縱控制下的線路覆冰等級劃分系統(tǒng)模塊，以及與這個模塊各輸入端分別連接的高分辨率再分析環(huán)流資料ERA－40數(shù)據(jù)庫、NCEP/NCAR再分析資料數(shù)據(jù)庫、區(qū)域覆冰觀測資料數(shù)據(jù)庫、區(qū)域氣象資料數(shù)據(jù)庫和區(qū)域地形資料數(shù)據(jù)庫，以及與所述系統(tǒng)模塊輸出端連接的顯示打印系統(tǒng)。本發(fā)明能夠在保證輸電線路安全運行的前提下，節(jié)約工程投資，減少后期的維護(hù)成本，延長線路的使用壽命，對今后輸電線路的設(shè)計提供先進(jìn)適用的技術(shù)方法，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
文檔編號G06F17/50GK102156793SQ201110115379
公開日2011年8月17日 申請日期2011年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月5日
發(fā)明者劉渝, 吳國強(qiáng), 熊海星, 董一平, 郭躍明, 金西平, 陳權(quán)亮, 黃志洲 申請人:中國電力工程顧問集團(tuán)西南電力設(shè)計院