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摘要：本文研究了高压输电塔体线缆与风激励的各要素相关关系，建立风激励高压输电塔线致灾因子数值模型、气象预警等级指标评估体系，设计了一套监控系统，为电力气象提供新的预警预报服务方法。
关键词：风激励；高压输电塔线；监控系统
中图分类号：TP277文献标识码：A国家标准学科分类与代码：510.4050
随着我国气象事业的发展，气象事业在国民生产和生活之中应用越來越广泛，通过气象信息监控灾害事件的发生更是成为人们普遍认可的安全防护重要举措。输电塔线缆系统作为一种高耸大跨结构，遭受的主要动力荷载有风载和振动作用。尽管风荷载没有地震那样强烈，但由于其作用频繁，因此风力产生的灾害比地震振动灾害多得多，对电力设施的破坏性也最大。风激励是造成线缆舞动现象的主要动力因素，舞动易造成相间闪络、跳闸停电、金具损坏、导线伤断和电塔倒塌等事故，给高压输电线路的运行安全构成威胁。本文研究了电力塔体线缆与风激励的各要素相关关系，建立风激励高压输电塔线致灾因子数值模型、建立气象预警等级指标评估体系，为电力气象提供新的预警预报服务方法。促进定点、沿线电力气象服务的进一步深入和发展，对于保证输电线路的安全可靠运行具有非常重要的意义。
1 风荷载与输电塔受力关系
风荷载模型建立。
在风的顺风向时程，风载荷分为两部分：平均风与脉动风。任意高度处风速可表达为平均风与脉动风速之和：，由空气动力学研究结果，风速与风压的关系为：ω=γν/2g，式中：ω为单位面积上的风压力；γ为空气容重。V为风速。 同样也可以将其分为平均风压和脉动风压之和：。而输电塔结构承受的顺风向脉动风是主要部分，输电塔所受风荷载主要考虑风荷载的竖向相关性，脉动风压的竖向相关性可表达为：，式中为脉动风压垂直方向的相关系数，代表垂直二点间距离。根据资料统计分析可知，大部分落在40～60之间，故取=50米[1]。
2 系统设计
针对输电塔体气象要素的实时监测，需要在塔体安装温度、湿度、压力传感器（见下图）。在塔体不同高度曾界面上分布风速风向传感器以便研究塔体不同高度所受风压。对塔体安装加速度、振动和位移传感器采集风载荷对塔体产生的影响量数据。
2.1 硬件设计
采用基于CortexTMM3内核的32位ARM处理器STM32F103RCT6为主控芯片，具有128*64中文图形液晶显示屏用于进行系统运行状态显示和通讯状态指示。系统外围扩展RS232接口接口，用于与本地监控计算机进行通信，方便检定数据的本地传输与存储。系统外围扩展RS485通讯接口，可用于监控数据的本地远程传输。系统外围扩展W5100单元，W5100是一款多功能的单片网络接口芯片，内部集成有10/100以太网控制器。
2.2 输电塔气象监测模型的建立
针对输电塔相关数据监测，由效应量（振幅、频率、位移等）和影响量（风速、气温、湿度、气压等）组成的输电塔体系安全预警信息表是研究对象的集合，可采用粗集理论处理。粗集理论直接对不完整不精确数据进行分析推理，可挖掘出输电塔体影响量域与效应量域间的约简映射关系。
2.3 输电塔安全评估模型的建立
设某一时刻t由预警模型求得输电塔体形变振幅、振动频率、振动加速度等效应量的计算值与该实测值进行比较，得到，根据概率统计理论，落入[0，2S]的概率为95.5%，落入[0，3S]的概率为99.7%，其中S为模型的标准差[2]。由此可按以下几种情况对输电塔体结构性态进行预警：
a.正常：；
b.基本正常：，且测值无趋势性变化；
c.低度危机：，但测值有趋势性变化；
d.高度危机：，应分析其成因。
3 结论
针对输电塔相关的效应量和影响量实时监测数据，组成输电塔体系安全预警信息表。对输电塔体系观测数据的效应量与影响量间映射关系建立输电塔安全评估模型，促进电力气象精细化预警服务的全面开展。
参考文献：
[1]郭勇.大跨越输电塔线体系的风振响应及振动控制研究[D]（博士学位论文）.浙江：浙江大学，2006.
[2]白海峰，李宏男.大跨越输电塔线体系随机脉动风场模拟研究[J].工程力学，2007.24（7）：146151.
作者简介：李建明（1961），男，本科，成都信息工程大学，大气探测专业，副研级高工，从事气象装备保障工作。
关键词：风激励；高压输电塔线；监控系统
中图分类号：TP277文献标识码：A国家标准学科分类与代码：510.4050
随着我国气象事业的发展，气象事业在国民生产和生活之中应用越來越广泛，通过气象信息监控灾害事件的发生更是成为人们普遍认可的安全防护重要举措。输电塔线缆系统作为一种高耸大跨结构，遭受的主要动力荷载有风载和振动作用。尽管风荷载没有地震那样强烈，但由于其作用频繁，因此风力产生的灾害比地震振动灾害多得多，对电力设施的破坏性也最大。风激励是造成线缆舞动现象的主要动力因素，舞动易造成相间闪络、跳闸停电、金具损坏、导线伤断和电塔倒塌等事故，给高压输电线路的运行安全构成威胁。本文研究了电力塔体线缆与风激励的各要素相关关系，建立风激励高压输电塔线致灾因子数值模型、建立气象预警等级指标评估体系，为电力气象提供新的预警预报服务方法。促进定点、沿线电力气象服务的进一步深入和发展，对于保证输电线路的安全可靠运行具有非常重要的意义。
1 风荷载与输电塔受力关系
风荷载模型建立。
在风的顺风向时程，风载荷分为两部分：平均风与脉动风。任意高度处风速可表达为平均风与脉动风速之和：，由空气动力学研究结果，风速与风压的关系为：ω=γν/2g，式中：ω为单位面积上的风压力；γ为空气容重。V为风速。 同样也可以将其分为平均风压和脉动风压之和：。而输电塔结构承受的顺风向脉动风是主要部分，输电塔所受风荷载主要考虑风荷载的竖向相关性，脉动风压的竖向相关性可表达为：，式中为脉动风压垂直方向的相关系数，代表垂直二点间距离。根据资料统计分析可知，大部分落在40～60之间，故取=50米[1]。
2 系统设计
针对输电塔体气象要素的实时监测，需要在塔体安装温度、湿度、压力传感器（见下图）。在塔体不同高度曾界面上分布风速风向传感器以便研究塔体不同高度所受风压。对塔体安装加速度、振动和位移传感器采集风载荷对塔体产生的影响量数据。
2.1 硬件设计
采用基于CortexTMM3内核的32位ARM处理器STM32F103RCT6为主控芯片，具有128*64中文图形液晶显示屏用于进行系统运行状态显示和通讯状态指示。系统外围扩展RS232接口接口，用于与本地监控计算机进行通信，方便检定数据的本地传输与存储。系统外围扩展RS485通讯接口，可用于监控数据的本地远程传输。系统外围扩展W5100单元，W5100是一款多功能的单片网络接口芯片，内部集成有10/100以太网控制器。
2.2 输电塔气象监测模型的建立
针对输电塔相关数据监测，由效应量（振幅、频率、位移等）和影响量（风速、气温、湿度、气压等）组成的输电塔体系安全预警信息表是研究对象的集合，可采用粗集理论处理。粗集理论直接对不完整不精确数据进行分析推理，可挖掘出输电塔体影响量域与效应量域间的约简映射关系。
2.3 输电塔安全评估模型的建立
设某一时刻t由预警模型求得输电塔体形变振幅、振动频率、振动加速度等效应量的计算值与该实测值进行比较，得到，根据概率统计理论，落入[0，2S]的概率为95.5%，落入[0，3S]的概率为99.7%，其中S为模型的标准差[2]。由此可按以下几种情况对输电塔体结构性态进行预警：
a.正常：；
b.基本正常：，且测值无趋势性变化；
c.低度危机：，但测值有趋势性变化；
d.高度危机：，应分析其成因。
3 结论
针对输电塔相关的效应量和影响量实时监测数据，组成输电塔体系安全预警信息表。对输电塔体系观测数据的效应量与影响量间映射关系建立输电塔安全评估模型，促进电力气象精细化预警服务的全面开展。
参考文献：
[1]郭勇.大跨越输电塔线体系的风振响应及振动控制研究[D]（博士学位论文）.浙江：浙江大学，2006.
[2]白海峰，李宏男.大跨越输电塔线体系随机脉动风场模拟研究[J].工程力学，2007.24（7）：146151.
作者简介：李建明（1961），男，本科，成都信息工程大学，大气探测专业，副研级高工，从事气象装备保障工作。