李建明　彭相瑜　蔣濤??

摘要：本文研究了高壓輸電塔體線纜與風(fēng)激勵(lì)的各要素相關(guān)關(guān)系，建立風(fēng)激勵(lì)高壓輸電塔線致災(zāi)因子數(shù)值模型、氣象預(yù)警等級(jí)指標(biāo)評(píng)估體系，設(shè)計(jì)了一套監(jiān)控系統(tǒng)，為電力氣象提供新的預(yù)警預(yù)報(bào)服務(wù)方法。

關(guān)鍵詞：風(fēng)激勵(lì)；高壓輸電塔線；監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP277文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)科分類與代碼：510.4050

隨著我國氣象事業(yè)的發(fā)展，氣象事業(yè)在國民生產(chǎn)和生活之中應(yīng)用越來越廣泛，通過氣象信息監(jiān)控災(zāi)害事件的發(fā)生更是成為人們普遍認(rèn)可的安全防護(hù)重要舉措。輸電塔線纜系統(tǒng)作為一種高聳大跨結(jié)構(gòu)，遭受的主要?jiǎng)恿奢d有風(fēng)載和振動(dòng)作用。盡管風(fēng)荷載沒有地震那樣強(qiáng)烈，但由于其作用頻繁，因此風(fēng)力產(chǎn)生的災(zāi)害比地震振動(dòng)災(zāi)害多得多，對(duì)電力設(shè)施的破壞性也最大。風(fēng)激勵(lì)是造成線纜舞動(dòng)現(xiàn)象的主要?jiǎng)恿σ蛩兀鑴?dòng)易造成相間閃絡(luò)、跳閘停電、金具損壞、導(dǎo)線傷斷和電塔倒塌等事故，給高壓輸電線路的運(yùn)行安全構(gòu)成威脅。本文研究了電力塔體線纜與風(fēng)激勵(lì)的各要素相關(guān)關(guān)系，建立風(fēng)激勵(lì)高壓輸電塔線致災(zāi)因子數(shù)值模型、建立氣象預(yù)警等級(jí)指標(biāo)評(píng)估體系，為電力氣象提供新的預(yù)警預(yù)報(bào)服務(wù)方法。促進(jìn)定點(diǎn)、沿線電力氣象服務(wù)的進(jìn)一步深入和發(fā)展，對(duì)于保證輸電線路的安全可靠運(yùn)行具有非常重要的意義。

1 風(fēng)荷載與輸電塔受力關(guān)系

風(fēng)荷載模型建立。

在風(fēng)的順風(fēng)向時(shí)程，風(fēng)載荷分為兩部分：平均風(fēng)與脈動(dòng)風(fēng)。任意高度處風(fēng)速可表達(dá)為平均風(fēng)與脈動(dòng)風(fēng)速之和：，由空氣動(dòng)力學(xué)研究結(jié)果，風(fēng)速與風(fēng)壓的關(guān)系為：ω=γν/2g，式中：ω為單位面積上的風(fēng)壓力；γ為空氣容重。V為風(fēng)速。 同樣也可以將其分為平均風(fēng)壓和脈動(dòng)風(fēng)壓之和：。而輸電塔結(jié)構(gòu)承受的順風(fēng)向脈動(dòng)風(fēng)是主要部分，輸電塔所受風(fēng)荷載主要考慮風(fēng)荷載的豎向相關(guān)性，脈動(dòng)風(fēng)壓的豎向相關(guān)性可表達(dá)為：，式中為脈動(dòng)風(fēng)壓垂直方向的相關(guān)系數(shù)，代表垂直二點(diǎn)間距離。根據(jù)資料統(tǒng)計(jì)分析可知，大部分落在40～60之間，故取=50米[1]。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)輸電塔體氣象要素的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，需要在塔體安裝溫度、濕度、壓力傳感器（見下圖）。在塔體不同高度曾界面上分布風(fēng)速風(fēng)向傳感器以便研究塔體不同高度所受風(fēng)壓。對(duì)塔體安裝加速度、振動(dòng)和位移傳感器采集風(fēng)載荷對(duì)塔體產(chǎn)生的影響量數(shù)據(jù)。

2.1 硬件設(shè)計(jì)

采用基于CortexTMM3內(nèi)核的32位ARM處理器STM32F103RCT6為主控芯片，具有128*64中文圖形液晶顯示屏用于進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)顯示和通訊狀態(tài)指示。系統(tǒng)外圍擴(kuò)展RS232接口接口，用于與本地監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，方便檢定數(shù)據(jù)的本地傳輸與存儲(chǔ)。系統(tǒng)外圍擴(kuò)展RS485通訊接口，可用于監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的本地遠(yuǎn)程傳輸。系統(tǒng)外圍擴(kuò)展W5100單元，W5100是一款多功能的單片網(wǎng)絡(luò)接口芯片，內(nèi)部集成有10/100以太網(wǎng)控制器。

2.2 輸電塔氣象監(jiān)測(cè)模型的建立

針對(duì)輸電塔相關(guān)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，由效應(yīng)量（振幅、頻率、位移等）和影響量（風(fēng)速、氣溫、濕度、氣壓等）組成的輸電塔體系安全預(yù)警信息表是研究對(duì)象的集合，可采用粗集理論處理。粗集理論直接對(duì)不完整不精確數(shù)據(jù)進(jìn)行分析推理，可挖掘出輸電塔體影響量域與效應(yīng)量域間的約簡(jiǎn)映射關(guān)系。

2.3 輸電塔安全評(píng)估模型的建立

設(shè)某一時(shí)刻t由預(yù)警模型求得輸電塔體形變振幅、振動(dòng)頻率、振動(dòng)加速度等效應(yīng)量的計(jì)算值與該實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較，得到，根據(jù)概率統(tǒng)計(jì)理論，落入[0，2S]的概率為95.5%，落入[0，3S]的概率為99.7%，其中S為模型的標(biāo)準(zhǔn)差[2]。由此可按以下幾種情況對(duì)輸電塔體結(jié)構(gòu)性態(tài)進(jìn)行預(yù)警：

a.正常：；

b.基本正常：，且測(cè)值無趨勢(shì)性變化；

c.低度危機(jī)：，但測(cè)值有趨勢(shì)性變化；

d.高度危機(jī)：，應(yīng)分析其成因。

3 結(jié)論

針對(duì)輸電塔相關(guān)的效應(yīng)量和影響量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，組成輸電塔體系安全預(yù)警信息表。對(duì)輸電塔體系觀測(cè)數(shù)據(jù)的效應(yīng)量與影響量間映射關(guān)系建立輸電塔安全評(píng)估模型，促進(jìn)電力氣象精細(xì)化預(yù)警服務(wù)的全面開展。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭勇.大跨越輸電塔線體系的風(fēng)振響應(yīng)及振動(dòng)控制研究[D]（博士學(xué)位論文）.浙江：浙江大學(xué)，2006.

[2]白海峰，李宏男.大跨越輸電塔線體系隨機(jī)脈動(dòng)風(fēng)場(chǎng)模擬研究[J].工程力學(xué)，2007.24（7）：146151.

作者簡(jiǎn)介：李建明（1961），男，本科，成都信息工程大學(xué)，大氣探測(cè)專業(yè)，副研級(jí)高工，從事氣象裝備保障工作。