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摘要:该文章文对架空输电线路风速方面的问题进行了简要分析,介绍了风速监测记录仪的使用。
关键词：架空；输电线路；风速
中图分类号：U463.62 文献标识码：A 文章编号：
我国电力设计部门,输电线路设计风速的选取标准是按照《架空送电线路设计技术规程SDJ3一79》中的气象条件来设计的。规程中规定,35一330kV送电线路的最大设计风速,采用离地面高度15m处5,475d一遇10而n平均最大值,500kV线路采用离地面高度ZOm处7,300d一遇10而n平均最大值。对于山区、平原地区及特殊区段的送电线路最大设计风速的取值也做了相应的原则规定ll]。电力设计和输送电设备制造部门,按照规程规定和设计标准,采取种种措施,使设计最大风速符合实际输电线路运行环境,电力设备抗风强度满足设计要求。但是,资料表明全国各地由于大风致使高压架空送电线路倒杆塔事件时有发生,估计全国电网倒杆塔事故率为0.00052次/(km·365d),220kV线路近巧年来平均倒桿塔率0.0001次/(km·365d)。电力部门技术人员普遍认为大风倒杆塔的主要原因是输电线杆塔的抗风标准偏低,50年代所制定的技术规范离现实情况差距较大,另外,设计用最大风速的取值与局部地区实际运行最大风速值不一致,也是重要因素之一。
电力设计单位利用的气象条件均是来自线路经过地区附近气象台站提供的原始风向风速资料,经概率统计和计算求出的最大设计风速。
1设计风速的计算方法和存在问题
为了使线路、杆塔及金具的机械强度和绝缘配合能够适应气象变化,最大设计风速的收选取至关重要。在设计过程中,对搜集到的沿线气象资料,结合已有线路运行情况,合理组合大风、覆冰、气温设计用气象条件,使其具有代表性、严峻性和若干年一遇的保证率。
1.1设计用最大风速的确定
我国许多气象台站每天定时观测4次2而n平均风速值,若获得设计用风速需要经过次时换算、高度换算和若干年一遇保证率计算等较复杂的统计计算。
1.1.1次时换算
由定时4次Zn卫n平均风速观测值,通过相关分析,建立回规方程,利用回规方程式和原始记录数据,换算成连续自记10n卫n平均风速。对于不同地区由于考虑影响因素、影响程度不同,回规方程式有所差异。
1.1.2高度换算
将风速仪高度H0处连续自记10min平均风速换算为离地面标准高度处(15m或20m)的风速。常用计算公式如下:
其中为距地面标准高度H处的连续自计10min平均风速(m/s)。为风速仪高度处
的连续自记10min平均风速(m/s)。为地面状况系数。
1.1.3若干年一遇的最大设计风速
风速值的分布根据不同情况,作为连续随机变量分布或者当做指数型极大值的渐近分布来处理,利用皮尔逊111型曲线法或者耿贝尔分布曲线法求取X年一遇的最大设计风速。
1.1.4最大风速的确定
架空送电线路所经过地区地形千变万化,设计风速是从线路两侧多个气象台站定点定时观测的风速资料中,经过以上统计计算分别求出每个观测点的最大风速值,现采用的一般方法是求离散点的最大值,即V=而n{代,叭,矶,…},作为该区段送电线路的最大设计风速值,对微地形影响针对不同情况进行修正,以此值作为设计依据。
1.2存在问题
从以上风速观测值的搜集、统计整理及计算中,不难发现存在着许多问题,归纳如下:
1.2.1原始数据方面
设计风速的原始定点观测数据均取自电力线路两侧的附近气象台站,这些数据并不完全反映导线悬挂处的线路走廊实际风速,尤其是边远地区的送电线路,离气象台站较远,地形复杂,由气象台站观测的风速原始数据计算出的设计风速,偏差会更大;另一方面,利用定时观测数据求取若干年一遇最大风速,而不是长期连续观测的实际最大风速值,这也会导致设计风速有偏差。
1.2.2设计风速值计算方面
在设计风速计算过程中,利用的风速平均值,当作大小、方向不变的稳定风速处理,实际风速的脉动性很大,大小和方向的变化随机性也很大,变化风速与稳定风速对线路和杆塔的负载效应是不同的。杆塔荷载计算考虑了风压系数,而导线最大荷载计算没有计及风压系数的影响,且风压系数取值多大才能准确反映该区段输电线路走廊实际风速的脉动效应,也是需要解决的问题。
1.2.3风向方面
线路设备风荷载大小,不仅取决于风速大小,而且与风向有关,风向不论垂直、平行于线路走向还是相交某一角度,在计算杆塔或线路荷载时应该考虑风向不断变化的影响。为了解决以上问题,需要研究的最基本的问题是,输电线路所经区域导线悬挂处的实时风力气象资料。这些最原始的真实气象资料,对于设计风速的确定和倒杆塔事故原因分析,提供了基本条件和依据。针对这种情况,研制了微机型风向风速自动监测记录仪,该装置能实时的记录任何监测点的风向风速数据,并根据不同要求监测记录任何时间的定时值,任何时期的某时间内的风速平均最大值。基本上能满足各种风向风速的监测记录要求。
2实时风力监测仪的硬件配置
本系统采用CMOS单片计算机作为主机叹利用硬件时钟芯片提供系统的实时时钟;数据的存储采用外扩的EEPROM;供电主电源采用由太阳能电池浮充电的全封闭免维护铅酸蓄电池,相应设计了过充电和低电压保护电路;该记录仪具有人机接口功能的输人键盘和显示器;并且研制了PC机进行数据通讯的人机对话装置。
2.1主机系统
主机及外围芯片采用低功耗CMOS器件。由于该装置长期运行于室外输电线路杆塔塔头,工作环境恶劣、装置密封散热困难,采用低功耗芯片,降低了装置内温度,提高了运行可靠性。主机系统控制和协调各功能模块一致工作,完成风向风速的信号采集、数据计算和记录等工作。
2.2信号输入
监测点设置的风向风速传感器中风速信号对应的连续电信号,由屏蔽电缆输人给主机,经光电藕合、整形放大后送给CPU处理;风向信号由8路开关量组成,某个时刻的风向能够准确无误的通过1/0口输人到主机。
2.3硬件时钟
采用日历时钟芯片,配备标准外围芯片、时钟振荡器和备用电源。保证了时钟走时的准确性和风向风速数据记录的连续性。
2.4数据存储
风向风速实时监测数据,按照用户要求进行计算和存储。为了保证数据的连续性和非易失性,采用芯片存储方式。数据存储量大,并且在断电的情况下可以长时间保存。
2.5数据的打印输出
运行一段时期后,工作人员可以到监测点把存储芯片更换下来,插人数据通讯处理仪,与PC机连机后,风向风速实时监测记录数据,即可以按要求格式通过打印机打印输出,也可以把原始记录数据建立数据库长期存储到PC机硬盘或用户软盘中,以便今后查询使用。
2.6供电主电源
由于高压输电线路上的电源不能直接使用,供电主电源采用自备电源,由太阳能电池和密封铅酸蓄电池组成直流供电系统,并研制了蓄电池过充电和低电压减载保护电路。这套独立的电源系统,供电可靠,保证了记录仪工作的连续性。
2.7防止电磁干扰和适应工作环境的措施
2.7.1防止电磁干扰
采用屏蔽电缆进行信号传输;主机进行双层铁磁屏蔽,外壳和屏蔽层良好接地;信号通道与主机光电隔离。
2.7.2适应野外工作环境
监测记录仪主系统由于工作电流很小,功耗低,基本上没有温升,不需要采取散热措施;蓄电池充电保护电路的发热元件,其散热片与内层散热外壳连接,散热面积大,温升很小;该装置外壳密封,信号线由密封航空插头引人主机。
结论
(l)微机型风向风速自动监测记录仪经过现场试运行,达到了设计要求,测量记录准确,运行可靠。
(2)使用实时风向风速监测记录仪,可以获取已投运线路的实际运行环境中的风向风速气象资料,不仅可以为倒杆塔事故分析提供现场风速第一手资料,而且能够有选择的在几条输电线路上多点长期观测记录,为设计单位提供准确的风向风速资料,使新建输电线路的设计风速的选择更合理、更符合实际。
(3)利用各种环境下所监测记录的不同线路走廊的风向风速气象资料,与附近有关气象台站相同时间的风向风速气象资料进行相关分析,找出相关关系,可以更科学的利用有关气象台站的风力原始数据确定设计风速。
(4)结合温度、湿度、覆冰厚度等其它气象参数的实时测量记录,可以更合理的组合设计用其它气象条件。
(5)结合导线振动、导线舞动、导线悬挂点张力和悬垂绝缘子串纵横向偏移等参数的实时监测记录,可获取风力引起导线振动和舞动的资料,是防止导线振动、舞动的有效措施。
参考文献
[1] 郑江.送电线路大风倒杆塔事故原因分析.高电压技术,1993,(3):56一57
[2] 郭喜庆.架空送电线路设计原理.北京:农业出版社,1992.巧一23
[3] 何立民.单片机应用系统设计一系统配置与接口技术.北京:北京航空航天大学出社,1992.20~250
关键词：架空；输电线路；风速
中图分类号：U463.62 文献标识码：A 文章编号：
我国电力设计部门,输电线路设计风速的选取标准是按照《架空送电线路设计技术规程SDJ3一79》中的气象条件来设计的。规程中规定,35一330kV送电线路的最大设计风速,采用离地面高度15m处5,475d一遇10而n平均最大值,500kV线路采用离地面高度ZOm处7,300d一遇10而n平均最大值。对于山区、平原地区及特殊区段的送电线路最大设计风速的取值也做了相应的原则规定ll]。电力设计和输送电设备制造部门,按照规程规定和设计标准,采取种种措施,使设计最大风速符合实际输电线路运行环境,电力设备抗风强度满足设计要求。但是,资料表明全国各地由于大风致使高压架空送电线路倒杆塔事件时有发生,估计全国电网倒杆塔事故率为0.00052次/(km·365d),220kV线路近巧年来平均倒桿塔率0.0001次/(km·365d)。电力部门技术人员普遍认为大风倒杆塔的主要原因是输电线杆塔的抗风标准偏低,50年代所制定的技术规范离现实情况差距较大,另外,设计用最大风速的取值与局部地区实际运行最大风速值不一致,也是重要因素之一。
电力设计单位利用的气象条件均是来自线路经过地区附近气象台站提供的原始风向风速资料,经概率统计和计算求出的最大设计风速。
1设计风速的计算方法和存在问题
为了使线路、杆塔及金具的机械强度和绝缘配合能够适应气象变化,最大设计风速的收选取至关重要。在设计过程中,对搜集到的沿线气象资料,结合已有线路运行情况,合理组合大风、覆冰、气温设计用气象条件,使其具有代表性、严峻性和若干年一遇的保证率。
1.1设计用最大风速的确定
我国许多气象台站每天定时观测4次2而n平均风速值,若获得设计用风速需要经过次时换算、高度换算和若干年一遇保证率计算等较复杂的统计计算。
1.1.1次时换算
由定时4次Zn卫n平均风速观测值,通过相关分析,建立回规方程,利用回规方程式和原始记录数据,换算成连续自记10n卫n平均风速。对于不同地区由于考虑影响因素、影响程度不同,回规方程式有所差异。
1.1.2高度换算
将风速仪高度H0处连续自记10min平均风速换算为离地面标准高度处(15m或20m)的风速。常用计算公式如下:
其中为距地面标准高度H处的连续自计10min平均风速(m/s)。为风速仪高度处
的连续自记10min平均风速(m/s)。为地面状况系数。
1.1.3若干年一遇的最大设计风速
风速值的分布根据不同情况,作为连续随机变量分布或者当做指数型极大值的渐近分布来处理,利用皮尔逊111型曲线法或者耿贝尔分布曲线法求取X年一遇的最大设计风速。
1.1.4最大风速的确定
架空送电线路所经过地区地形千变万化,设计风速是从线路两侧多个气象台站定点定时观测的风速资料中,经过以上统计计算分别求出每个观测点的最大风速值,现采用的一般方法是求离散点的最大值,即V=而n{代,叭,矶,…},作为该区段送电线路的最大设计风速值,对微地形影响针对不同情况进行修正,以此值作为设计依据。
1.2存在问题
从以上风速观测值的搜集、统计整理及计算中,不难发现存在着许多问题,归纳如下:
1.2.1原始数据方面
设计风速的原始定点观测数据均取自电力线路两侧的附近气象台站,这些数据并不完全反映导线悬挂处的线路走廊实际风速,尤其是边远地区的送电线路,离气象台站较远,地形复杂,由气象台站观测的风速原始数据计算出的设计风速,偏差会更大;另一方面,利用定时观测数据求取若干年一遇最大风速,而不是长期连续观测的实际最大风速值,这也会导致设计风速有偏差。
1.2.2设计风速值计算方面
在设计风速计算过程中,利用的风速平均值,当作大小、方向不变的稳定风速处理,实际风速的脉动性很大,大小和方向的变化随机性也很大,变化风速与稳定风速对线路和杆塔的负载效应是不同的。杆塔荷载计算考虑了风压系数,而导线最大荷载计算没有计及风压系数的影响,且风压系数取值多大才能准确反映该区段输电线路走廊实际风速的脉动效应,也是需要解决的问题。
1.2.3风向方面
线路设备风荷载大小,不仅取决于风速大小,而且与风向有关,风向不论垂直、平行于线路走向还是相交某一角度,在计算杆塔或线路荷载时应该考虑风向不断变化的影响。为了解决以上问题,需要研究的最基本的问题是,输电线路所经区域导线悬挂处的实时风力气象资料。这些最原始的真实气象资料,对于设计风速的确定和倒杆塔事故原因分析,提供了基本条件和依据。针对这种情况,研制了微机型风向风速自动监测记录仪,该装置能实时的记录任何监测点的风向风速数据,并根据不同要求监测记录任何时间的定时值,任何时期的某时间内的风速平均最大值。基本上能满足各种风向风速的监测记录要求。
2实时风力监测仪的硬件配置
本系统采用CMOS单片计算机作为主机叹利用硬件时钟芯片提供系统的实时时钟;数据的存储采用外扩的EEPROM;供电主电源采用由太阳能电池浮充电的全封闭免维护铅酸蓄电池,相应设计了过充电和低电压保护电路;该记录仪具有人机接口功能的输人键盘和显示器;并且研制了PC机进行数据通讯的人机对话装置。
2.1主机系统
主机及外围芯片采用低功耗CMOS器件。由于该装置长期运行于室外输电线路杆塔塔头,工作环境恶劣、装置密封散热困难,采用低功耗芯片,降低了装置内温度,提高了运行可靠性。主机系统控制和协调各功能模块一致工作,完成风向风速的信号采集、数据计算和记录等工作。
2.2信号输入
监测点设置的风向风速传感器中风速信号对应的连续电信号,由屏蔽电缆输人给主机,经光电藕合、整形放大后送给CPU处理;风向信号由8路开关量组成,某个时刻的风向能够准确无误的通过1/0口输人到主机。
2.3硬件时钟
采用日历时钟芯片,配备标准外围芯片、时钟振荡器和备用电源。保证了时钟走时的准确性和风向风速数据记录的连续性。
2.4数据存储
风向风速实时监测数据,按照用户要求进行计算和存储。为了保证数据的连续性和非易失性,采用芯片存储方式。数据存储量大,并且在断电的情况下可以长时间保存。
2.5数据的打印输出
运行一段时期后,工作人员可以到监测点把存储芯片更换下来,插人数据通讯处理仪,与PC机连机后,风向风速实时监测记录数据,即可以按要求格式通过打印机打印输出,也可以把原始记录数据建立数据库长期存储到PC机硬盘或用户软盘中,以便今后查询使用。
2.6供电主电源
由于高压输电线路上的电源不能直接使用,供电主电源采用自备电源,由太阳能电池和密封铅酸蓄电池组成直流供电系统,并研制了蓄电池过充电和低电压减载保护电路。这套独立的电源系统,供电可靠,保证了记录仪工作的连续性。
2.7防止电磁干扰和适应工作环境的措施
2.7.1防止电磁干扰
采用屏蔽电缆进行信号传输;主机进行双层铁磁屏蔽,外壳和屏蔽层良好接地;信号通道与主机光电隔离。
2.7.2适应野外工作环境
监测记录仪主系统由于工作电流很小,功耗低,基本上没有温升,不需要采取散热措施;蓄电池充电保护电路的发热元件,其散热片与内层散热外壳连接,散热面积大,温升很小;该装置外壳密封,信号线由密封航空插头引人主机。
结论
(l)微机型风向风速自动监测记录仪经过现场试运行,达到了设计要求,测量记录准确,运行可靠。
(2)使用实时风向风速监测记录仪,可以获取已投运线路的实际运行环境中的风向风速气象资料,不仅可以为倒杆塔事故分析提供现场风速第一手资料,而且能够有选择的在几条输电线路上多点长期观测记录,为设计单位提供准确的风向风速资料,使新建输电线路的设计风速的选择更合理、更符合实际。
(3)利用各种环境下所监测记录的不同线路走廊的风向风速气象资料,与附近有关气象台站相同时间的风向风速气象资料进行相关分析,找出相关关系,可以更科学的利用有关气象台站的风力原始数据确定设计风速。
(4)结合温度、湿度、覆冰厚度等其它气象参数的实时测量记录,可以更合理的组合设计用其它气象条件。
(5)结合导线振动、导线舞动、导线悬挂点张力和悬垂绝缘子串纵横向偏移等参数的实时监测记录,可获取风力引起导线振动和舞动的资料,是防止导线振动、舞动的有效措施。
参考文献
[1] 郑江.送电线路大风倒杆塔事故原因分析.高电压技术,1993,(3):56一57
[2] 郭喜庆.架空送电线路设计原理.北京:农业出版社,1992.巧一23
[3] 何立民.单片机应用系统设计一系统配置与接口技术.北京:北京航空航天大学出社,1992.20~250