遼寧省特定重現期舞動區域分布圖繪制

　　摘要：電網舞動區域分布圖對架空輸電線路的防舞設計和改造工作具有重要的指導意義，如何科學合理的繪制電網舞動區域分布圖成為亟需解決的問題。基于遼寧62個氣象臺站1999—2020年冬季歷史氣象資料，利用廣義極值分布模型計算了各氣象臺站30年、50年和100年一遇舞動極值日數，制定了電網舞動分級原則，利用克里格插值方法得到了氣象臺站周邊地區特定重現期舞動極值日數。最終，根據舞動分級原則繪制了遼寧30年、50年和100年一遇電網舞動區域分布圖，分別適用于110~220kV、330~750kV和特高壓交直流線路的防舞動工作。繪制的特定重現期電網舞動區域分布圖與遼寧地區歷史舞動記錄基本吻合，有助于提升電網抵御覆冰舞動災害的能力。

　　關鍵詞:舞動;舞動區域分布圖;重現期;架空輸電線路;氣象閾值區間

　　0引言

　　嚴重的架空輸電線路舞動可以給電網造成電氣和機械方面的故障，導致巨大的經濟損失和社會影響[1-9]。2020年2月14—17日，環渤海地區發生了大面積舞動事故，涉及國網天津、冀北、河北、遼寧和山東電力的架空輸電線路，波及了10~500kV交流線路，以及1000kV特高壓交流線路和±800kV特高壓直流線路，給電網的安全穩定運行帶來了較大影響。

　　為降低舞動災害對電網安全穩定運行的影響，科研和工程技術人員針對舞動防治工作開展了大量研究工作[10-14]。實際上，舞動防治工作貫穿架空輸電線路的規劃、設計、基建、運維與檢修等各個環節。舞動區域分布圖客觀反映了架空輸電線路舞動發生頻率大小和強弱程度，是開展線路防舞動設計和舞動治理工作的重要依據，有效促進了中國架空輸電線路防舞動技術水平的提升。

　　目前，電網災害分布圖主要有冰區[15-16]、風區[17-18]、舞動區[1-3]、污區[19-20]、雷區[21-22]、涉鳥故障分布[23-24]等。其中，電網冰區、風區和舞動區分布圖依據氣象數據繪制而成，且冰區和風區分布圖均包括30年、50年和100年3種重現期，分別適用于110~220kV、330~750kV和特高壓交直流線路。電網舞動區域分布圖未涉及重現期的概念，應用時未區分架空輸電線路的電壓等級，導致難以根據不同電壓等級線路開展針對性的防舞動工作。

　　常用的舞動區域劃分方法包括發生頻次法[3]、舞動系數法[8]和氣象地理法[3]。發生頻次法是將一定時間段內(一般為5年或10年)輸電線路舞動事故發生的平均次數作為分區的指標，例如，蘇聯的舞動區劃標準是舞動周期每5年1次以上的為多舞動區，特別強烈的為強舞動區;每5~10年不多于1次的為輕舞動區;每10年少于1次的為少舞動區。舞動系數法是指依據舞動發生的條件(誘因)及氣象、地理情況的調研分析，結合實際線路的舞動情況，采用舞動系數進行舞動強度表示的方法。該方法相對較復雜，需估算舞動系數，但這種方法更能反映某地區導線舞動的實際情況，對尚未建成大量線路的地方同樣具有指導作用。

　　氣象地理法綜合考慮氣象和地理因素對舞動區域劃分的作用，通過統計分析歷史氣象資料，得到10年舞動氣象日數，再結合地形特征，對10年舞動氣象日數進行修訂，得到修訂后的10年舞動日數，按照舞動日數的多少劃分舞動區域，再結合運行維護經驗，對劃分不合理的舞動區域進行調整，最終得到舞動區域分布圖。本文在電網舞動區域分布圖繪制中引入重現期的概念，基于廣義極值分布模型計算遼寧省62個氣象臺站30年、50年和100年一遇的舞動極值日數，繪制了遼寧電網不同重現期電網舞動區域分布圖，分別適用于各電壓等級架空輸電線路舞動防治工作，對提升遼寧電網抵御覆冰舞動災害的能力具有重要作用。

　　1舞動資料

　　1.1氣象臺站資料

　　選取遼寧省62個氣象臺站1999—2020年共計21年冬季逐日氣象資料。文獻[4]分析了氣壓、平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、水汽壓、相對濕度、最小相對濕度、20-20時降水、蒸發、風速、日照、08-08時降水等12個單要素對覆冰舞動的影響，發現最低氣溫、相對濕度和風速在特定區間對覆冰舞動較為敏感。因此，影響覆冰舞動的主要氣象因子選定為最低溫度、相對濕度與風速。鑒于遼寧省冬季主導風向為西北風，選取遼寧省冬季逐日西風風向下日最大風速、日平均相對濕度、日最低溫度等氣象資料作為舞動區域分布圖繪制的基礎數據。

　　1.2線路運行資料

　　截至2020年5月底，遼寧共有589條次66kV及以上架空輸電線路發生過舞動。各地區500kV、220kV和66kV電壓等級舞動條次規模。500kV架空輸電線路舞動主要分布在沈陽、遼陽、營口和錦州，占比約為83.3%;220kV架空輸電線路舞動主要分布在大連和沈陽，占比約為76.4%;66kV架空輸電線路舞動主要分布在大連、營口和盤錦，占比約為67.9%。

　　2統計方法

　　2.1舞動氣象日期統計

　　對于遼寧省特定氣象臺站，當某日氣象要素滿足相應的閾值區間要求時，將該日統計為1個舞動氣象日。遼寧地區覆冰舞動多發生在秋冬季節和冬春季節轉換期間。考慮冬季舞動季節的連貫性，統計每年冬季舞動日數時，時間跨度取為當年9月1日至次年5月31日。依據以上原則梳理，大洼氣象臺站2009—2010年冬季舞動氣象日數為5，1999—2000年冬季舞動氣象日數為4;瓦房店和盤山氣象臺站2009—2010年冬季舞動氣象日數為4;沈陽氣象臺站2011—2012年冬季舞動氣象日數為4。統計后，遼寧省62個氣象臺站中共有28個氣象臺站有舞動氣象日記錄。28個氣象臺站年舞動氣象日數由大到小排列后。

　　2.2舞動極值日數統計

　　常用的極值統計模型包括極值Ⅰ型、極值Ⅱ型和極值Ⅲ型分布。

　　3分級標準

　　架空輸電線路防舞設計規范明確規定了1級、2級和3級舞動區應采取的防舞動措施。因此，將舞動等級按舞動極值日數分為0~3級。舞動等級與舞動極值日數對應關系應符合相應的規定。

　　4舞動區域分布圖繪制

　　利用克里格插值方法，以62個氣象臺站特定重現期舞動極值日數為基準，得到氣象臺站周邊區域特定重現期舞動極值日數。根據相應的分級標準，可確定遼寧省全域的特定重現期舞動等級。

　　不難發現，遼寧地區0級舞動區占比較大，2級和3級舞動區占比較小;遼寧100年一遇舞動區域分布級舞動區主要集中在大連、瓦房店、營口和沈陽一帶，且三級區面積遠多于30年和50年一遇的3級舞動區面積。上述分布與表1反映等遼寧地區歷史舞動記錄基本吻合。必要時，可以依據數據完善舞動區域分布。

　　5結論

　　本文基于遼寧省1999—2020年21年間62個氣象臺站冬季歷史氣象數據，繪制了遼寧30年、50年和100年一遇電網舞動區域分布圖，得到如下主要結論。

　　(1)引入了重現期概念，利用廣義極值分布模型計算了遼寧地區特定重現期舞動極值日數，統一了電網冰區、風區和舞動區域分布圖的繪制體系與特定電壓等級架空輸電線路的防覆冰、防風和防舞動設計體系。(2)繪制的30年、50年和100年一遇電網舞動區域分布圖分別適用于遼寧地區110~220kV、330~750kV、特高壓交直流線路的防舞動設計及改造工作。(3)繪制的不同重現期電網舞動區域分布圖與遼寧省歷史舞動記錄基本吻合，拓展了舞動區域分布圖的客觀性與實用性，有助于提升架空輸電線路抵御覆冰舞動災害的能力和水平。

　　參考文獻：

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　　[5]吳邊,黃俊杰,阮羚,等.基于最小二乘法的湖北電網舞動區域分布圖局部訂正研究[J].電網與清潔能源,2014,30(10):42-45.

　　作者：李永勝1，楊加倫2，鄭維剛3，劉彬2，高正旭4

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