摘 要

随着经济社会的不断进步和发展，社会生产生活中对电力的需求不断增大。近几年来，台风灾害频发，给沿海电网带来巨大的运行风险和造成巨额的经济损失。因此灾害天气下电力系统的稳定和安全运行成为一个越来越重要的研究课题。架空线路作为最重要的输变电设备，也作为电网的重要组成部分，因直接暴露在外部各种环境之中，缺乏直接有效的防护措施，已成为台风灾害下，受损最为严重的设备。基于台风的架空线路损毁动态过程预测和台风灾害下架空线路可靠性研究，对提高电网御灾能力和保证电网安全稳定运行，具有重大意义。

论文采用台风灾害下架空线路实际承受风荷载这一变量的动态变化来进行架空线路损毁过程预测研究。为计算架空线路风荷载，建立了台风风场模型，对台风风参数进行预测计算。而台风灾害下架空线路的损毁不仅和线路实际承受风荷载有关，还与线路设计风荷载标准值密切相关。为科学合理评估台风灾害下线路风险水平，结合线路自身设计水平，依据结构可靠性原理，建立了架空线路停运概率模型，完成了基于台风影响的架空线路可靠度和损毁概率的分析和计算。

关键词：架空线路；风荷载；台风；停运概率模型

Abstract

With the development of economy and society, the demand for electricity in social production and life has been increasing. In recent years, frequent typhoon disasters have brought huge operational risks and huge economic losses to the coastal power grid. Therefore, the stability and safe operation of power system under severe weather has become a more and more important research topic. Overhead lines as the most important power transmission equipment, but also as an important part of the grid, due to direct exposure to the external environment, the lack of effective protection measures, has become the typhoon disaster, the most serious damage to the equipment. The prediction of the dynamic damage process of overhead lines based on typhoon and the study of the reliability of overhead lines under typhoon disasters are of great significance to improve the ability to withstand disasters and ensure the safe and stable operation of power grid.

In this undergraduate thesis, the dynamic change of the actual wind load on the overhead line under typhoon disaster is used to predict the damage process of overhead lines. In order to calculate the wind load of overhead lines, a typhoon wind field model is established, and the typhoon wind parameters are predicted and calculated. The damage of overhead lines in typhoon disaster is not only related to the actual wind load, but also closely related to the design of wind load and the standard values of wind load. Scientific and reasonable assessment of typhoon disaster risk level line, line with their design level, based on the principle of structural reliability, established the overhead line outage probability model, complete the analysis and calculation of overhead line typhoon based on reliability and probability of damage.

Key words: overhead lines; wind load; typhoon ;outage probability model

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题的背景和研究意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 台风风场研究现状 1

1.2.2 台风灾害下架空线路停运模型研究现状 2

1.3 本文主要工作和章节安排 4

第2章 台风模拟及预测 5

2.1 引言 5

2.2 台风特点及分析 5

2.3 Batts风场模型及计算 6

2.4 本章小结 8

第3章 基于台风的架空线路损毁过程研究 9

3.1 引言 9

3.2 架空线路损毁预测 9

3.2.1 架空线路风荷载概念 9

3.2.2 线路风荷载计算 10

3.3 架空线路停运概率模型 11

3.3.1 可靠度概念及计算 11

3.3.2 线路停运概率建模 13

3.4 本章小结 16

第4章 算例分析 17

第5章 总结与展望 22

5.1 本文研究工作总结 22

5.2 进一步工作展望 22

参考文献 24

致 谢 26

第1章 绪论

1.1 课题的背景和研究意义

我国位于西北太平洋西岸，是世界上受台风影响最为频繁、损失也最为严重的国家之一^[1]。近年来，台风灾害频发，台风等级也越来越高，对我国沿海地区电力系统带来巨大的运行风险和巨额的经济损失。2006年超强台风“桑美”登陆我国浙江省，登陆实测风速高达60m/s,被认定为建国以来登陆我国的最强台风。受台风“桑美”的侵袭，温州电网损失惨重；单就温州南部电网，500kV线路跳闸2次，220kV线路跳闸5次，220kV主变停役3台，110kV线路跳闸24次，拉停4次，110kV变电所全停13座；35kV线路跳闸57次，拉停7次，35kV主变跳闸停电12台，拉停14台，35kV变电所全停23座；35kV及以上线路损坏260km，10kV线路损坏620km，致使温州电网直接经济损失超过2亿元^[2]。2008年9月第14号强台风“黑格比”登陆广东省，阳江、茂名等地电网遭到严重破坏，损失巨大，造成大量输电线路发生跳闸和停运故障现象，低压配电线路大面积损毁，线路直接发生断线、倒杆、断杆等故障现象^[3]。阳江电网10 kV 线路跳闸多达207次，损毁10kV配电网线路损坏525.8km，倒、断杆塔 4 997 基，配电网遭受严重破坏^[4]。又如2014年第9号超强台风“威马逊”登陆广东省，造成线路大量跳闸，地区大面积停电，10kV及以上输电线路跳闸竟高达758次，倒杆（倒塔）6530基，损坏线路1986km，受灾用户超过200万^[5]。随着全球气候变暖，极端天气灾害频发，台风对我国电网威胁也越来越大，因此对于台风灾害的认识和研究必须更加重视起来。

上述实例表明，在大风灾害下，输变电设备故障率明显增加，给电力系统的安全和运行带来巨大的威胁，严重影响和危害居民的生活。虽然极端气候灾害如风灾、雪灾等为小概率事件，发生的几率极低，但危害巨大，造成的损失绝不容忽视。台风登陆风速过大远超电网设备设计标准是设备损毁的最主要因素。随着电网设备设计标准的不断提高，抵抗强风的能力也会有所改善，但生产成本也会大幅增加。