電網(wǎng)的大氣覆冰

前言

　　大氣覆冰有各種各樣的形式，通常是非常美麗并且無(wú)害的。但有時(shí)也可能對(duì)許多類(lèi)型的人造設(shè)施，包括電網(wǎng)和運(yùn)輸系統(tǒng)等構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。如果冰或黏性積雪附著在輸電線路上，會(huì)增加輸電導(dǎo)線的質(zhì)量，在風(fēng)載荷作用下就有可能打破輸電線路平衡系統(tǒng)的穩(wěn)定，最終導(dǎo)致其部分或全部崩潰。覆冰還可能產(chǎn)生其他影響，例如冰塊或濕雪附著在絕緣子上可最終彌合棚間距，從而導(dǎo)致閃絡(luò)和停電事故。劇烈冰暴還可能造成更嚴(yán)重的損失，甚至導(dǎo)致生命的喪失，最近，人們正在努力減輕其危害。這也是我們出版本書(shū)的目的。　　首先，我們看到，盡管在專(zhuān)業(yè)刊物和會(huì)議記錄上有許多技術(shù)報(bào)告和論文，但都沒(méi)有對(duì)大氣覆冰現(xiàn)象作出一個(gè)全面綜合的研究，不能給輸電線路設(shè)計(jì)提供幫助。鑒于此，本書(shū)旨在填補(bǔ)這一領(lǐng)域的空白。此外，目前戶(hù)外架空輸電線路設(shè)計(jì)方法和標(biāo)準(zhǔn)大多是基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)正在努力把概率分布理論運(yùn)用到該領(lǐng)域。設(shè)計(jì)專(zhuān)家們需要了解概率分布理論是怎么來(lái)的，而且還要知道怎么運(yùn)用?！　∫虼?，一批大氣覆冰領(lǐng)域方面的專(zhuān)家應(yīng)邀作了相應(yīng)領(lǐng)域的概述，對(duì)國(guó)際上最先進(jìn)的導(dǎo)線覆冰、除冰、在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、理論模擬及預(yù)防技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明。從本質(zhì)上說(shuō)，我們希望從氣象學(xué)輻射到各種學(xué)科，并最終完成設(shè)計(jì)。鑒于此，第一章是現(xiàn)代氣象學(xué)和覆冰氣候，講述如何更好地了解某一地區(qū)的天氣條件，并幫助氣象學(xué)工程師和設(shè)計(jì)師更好地規(guī)劃電力線路。第二章是基于輸電線路設(shè)計(jì)目的的覆冰事件數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，作者描述了如何通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)收集冰暴數(shù)據(jù)，為覆冰事件多發(fā)區(qū)建立了設(shè)計(jì)參數(shù)。第三章是電網(wǎng)設(shè)備覆冰的數(shù)值模擬，討論為什么覆冰數(shù)值模擬已成為該領(lǐng)域必不可少的工具，因?yàn)槟M觀察和測(cè)量的極端事件已經(jīng)超出我們的經(jīng)驗(yàn)估計(jì)范圍。第四章是架空線路覆濕雪，分析了雪的物理特性，特別是輸電線路覆濕雪，無(wú)論是在大風(fēng)條件下還是在自然條件下，都會(huì)造成線路超載的危害。第五章是輸電線路覆冰雪的動(dòng)力學(xué)分析，分析了輸電線路在覆冰雪或大風(fēng)引起的舞動(dòng)條件下的可靠性、壽命以及預(yù)測(cè)方法。第六章是架空線路防冰與除冰技術(shù)，其中描述了各種方法所使用的公用設(shè)施。第七章是覆冰雪對(duì)電網(wǎng)絕緣子的影響，詳細(xì)介紹了覆冰雪條件下絕緣子的安裝，這需要我們經(jīng)過(guò)建模、測(cè)試、設(shè)計(jì)和緩解階段。最后，第八章是覆冰氣候條件下的輸電線路設(shè)計(jì)，描述了在冰雪超載和其他極端天氣條件下的輸電線路設(shè)計(jì)。總而言之，這本書(shū)對(duì)覆冰氣候進(jìn)行了全面和詳盡的講述，包括其產(chǎn)生的原因、影響以及如何最好地減輕其造成的各種災(zāi)害。

內(nèi)容概要

本書(shū)對(duì)國(guó)際上最先進(jìn)的導(dǎo)線覆冰、除冰、在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、理論模擬及預(yù)防技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明。從本質(zhì)上說(shuō)，本書(shū)從氣象學(xué)輻射到各種學(xué)科，并最終完成輸電線路設(shè)計(jì)。本書(shū)共八章。第一章介紹現(xiàn)代氣象學(xué)和大氣結(jié)冰。第二章給出基于輸電線路設(shè)計(jì)用途的覆冰事件數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。第三章是電網(wǎng)設(shè)備覆冰的數(shù)學(xué)建模。第四章講述架空線路后濕雪積雪。第五章是冰雪對(duì)輸電線路導(dǎo)線動(dòng)力學(xué)的影響。第六章講述架空線路防冰與除冰技術(shù)。第七章介紹冰雪對(duì)電網(wǎng)絕緣子電氣性能的影響。第八章描述了大氣覆冰的輸電線路設(shè)計(jì)。總而言之，本書(shū)對(duì)覆冰氣候進(jìn)行了全面和詳盡的講述，包括其產(chǎn)生的原因、影響、以及如何最好地減輕其造成的各種災(zāi)害。    本書(shū)可為電力系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員制定覆冰領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)提供指導(dǎo)，亦可供電力網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)人員、運(yùn)行、管理人員參考使用，同時(shí)可作為高等院校輸電方面的研究人員和學(xué)生的指導(dǎo)教材。

作者簡(jiǎn)介

Masoud Faraneh 1973年獲得巴黎綜合理工大學(xué)電氣工程學(xué)位，后來(lái)獲得法國(guó)圖魯茲第三大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位。他現(xiàn)在是國(guó)際電力系統(tǒng)大氣覆冰和工程研究中心的主任和奠基者，是加拿大自然科學(xué)與工程研究委員會(huì)主席，加拿大國(guó)家公共事業(yè)魁北克水力公司主席，電力系統(tǒng)大氣結(jié)冰加拿大研究分會(huì)(INGIVRE)主席。1982年來(lái)到加拿大，并加人魁北克大學(xué)西庫(kù)蒂米分校(作為一名研究教授，此后，成為全職教授，目前是該校碩士學(xué)位教育中心主任，是眾多科技雜志的作者和合作作者。 
    Faraneh博士是IEE會(huì)士，加拿大工程研究院院士，以及紐約科學(xué)院、美國(guó)科學(xué)促進(jìn)協(xié)會(huì)、加拿大國(guó)際科技發(fā)展學(xué)會(huì)(IASTED)、國(guó)際海洋與極地工程協(xié)會(huì)(等機(jī)構(gòu)的會(huì)員。他是IEEE絕緣體與電絕緣匯刊的副主編和若干雜志的編輯，并從事IEEt：和CIGRE有關(guān)大氣結(jié)冰問(wèn)題的研究。

書(shū)籍目錄

譯者序原版前言第1章  現(xiàn)代氣象學(xué)和大氣結(jié)冰  1.1  導(dǎo)論  1.2  大氣覆冰——覆冰過(guò)程及其各種氣象因素的簡(jiǎn)明調(diào)查  1.3  覆冰模型  1.4  數(shù)字天氣預(yù)報(bào)模型介紹  1.5  精細(xì)尺度模型的一些初步應(yīng)用  1.6  與覆冰預(yù)測(cè)相關(guān)的數(shù)值天氣預(yù)測(cè)模型中的簡(jiǎn)要計(jì)劃  1.7  案例研究：利用數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模型預(yù)測(cè)大氣凍霧覆冰  1.8  本章小結(jié)第2章  基于輸電線路設(shè)計(jì)用途的覆冰事件數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析  2.1  緒論  2.2  測(cè)量和數(shù)據(jù)庫(kù)  2.3  架空輸電線路覆冰荷載的統(tǒng)計(jì)分析與建模  2.4  結(jié)論第3章  電網(wǎng)設(shè)備覆冰的數(shù)學(xué)建模  3.1  緒論  3.2  覆冰過(guò)程的基本公式  3.3  覆冰率的計(jì)算  3.4  數(shù)值模擬  3.5  結(jié)論第4章  架空線路的濕雪積雪  4.1  引言  4.2  濕雪的微觀物理學(xué)  4.3  熱交換的熱力學(xué)分析  4.4  雪套圓柱生長(zhǎng)的模擬  4.5  在風(fēng)洞條件下增長(zhǎng)機(jī)理的模擬  4.6  在自然氣候條件下增長(zhǎng)機(jī)理的觀察  4.7  濕雪過(guò)載危害的預(yù)報(bào)、預(yù)防和繪制的應(yīng)用第5章  冰雪對(duì)輸電線路導(dǎo)線動(dòng)力學(xué)的影響  5.1  引言  5.2  風(fēng)激振動(dòng)  5.3  尾跡引發(fā)的振動(dòng)  5.4  導(dǎo)線舞動(dòng)  5.5  舞動(dòng)的保護(hù)方法  5.6  舞動(dòng)幅度  5.7  覆冰的脫落  5.8  束轉(zhuǎn)動(dòng)  5.9  結(jié)論第6章  架空線路防冰與除冰技術(shù)  6.1  引言  6.2  防冰技術(shù)  6.3  除冰技術(shù)  6.4  焦耳效應(yīng)方法  6.5  限制覆冰生長(zhǎng)重量的措施  6.6  實(shí)際問(wèn)題  6.7  防冰方法的新進(jìn)展  6.8  結(jié)論第7章  冰雪對(duì)電網(wǎng)絕緣子電氣性能的影響  7.1  引言  7.2  絕緣子的功能、規(guī)格和材料  7.3  絕緣子上冰雪的增長(zhǎng)  7.4  覆冰閃絡(luò)的過(guò)程和機(jī)理  7.5    冷霧閃絡(luò)的過(guò)程和機(jī)理  7.6  雪閃的過(guò)程和機(jī)理  7.7  覆冰雪絕緣子閃絡(luò)的數(shù)學(xué)模型  7.8  推薦的測(cè)試方法  7.9  覆冰雪條件下絕緣子的選擇  7.10  提高電網(wǎng)在冬季閃絡(luò)情況下可靠性的緩解措施  7.11  結(jié)語(yǔ)和建議第8章  大氣覆冰的輸電線路設(shè)計(jì)  8.1  簡(jiǎn)介  8.2  大氣覆冰增長(zhǎng)類(lèi)型  8.3  架空導(dǎo)線以及其他結(jié)構(gòu)上的覆冰增長(zhǎng)  8.4  覆冰載荷測(cè)量  8.5  覆冰載荷標(biāo)準(zhǔn)  8.6  輸電線路系統(tǒng)  8.7  設(shè)計(jì)方法  8.8  確定性的設(shè)計(jì)方法  8.9  基于可靠性設(shè)計(jì)(RBD)的方法  8.10  循環(huán)周期  8.11  構(gòu)件強(qiáng)度的變化  8.12  其他載荷  8.13  覆冰雪積聚抑制技術(shù)  8.14  1998年冰雪風(fēng)暴的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)  8.15  結(jié)論附錄中英文對(duì)照及索引

章節(jié)摘錄

　　數(shù)值預(yù)報(bào)模型中微物理過(guò)程的參數(shù)化方法在過(guò)去幾十年已得到很大改善。隨著計(jì)算能力的增加，將幾個(gè)微物理過(guò)程嵌入到數(shù)值預(yù)報(bào)模型已經(jīng)成為可能，包括明確計(jì)算混合比例、水氣變量和濃度數(shù)據(jù)，這樣能更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)降雨和云層。可以期待出現(xiàn)這樣的一個(gè)潛在趨勢(shì)，就是用包含這么多詳細(xì)微物理過(guò)程的數(shù)值預(yù)報(bào)模型來(lái)預(yù)測(cè)大氣覆冰?！　≡谶@項(xiàng)研究中，一個(gè)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模型[天氣研究和預(yù)報(bào)模型系統(tǒng)（WRF）]重點(diǎn)對(duì)凍霧覆冰進(jìn)行高分辨率模擬。WRF是一個(gè)非流體靜力學(xué)的中尺度數(shù)值預(yù)報(bào)模型，是美國(guó)的幾個(gè)機(jī)構(gòu)共同開(kāi)發(fā)的。該模型的目的是逐步取代其前期版本MM5模型，MM5模型已被廣泛應(yīng)用于氣象預(yù)報(bào)和各種與天氣相關(guān)工程中。通過(guò)對(duì)選定的案例進(jìn)行模擬，與水云和凍霧覆冰測(cè)量結(jié)果相比，模擬結(jié)果相當(dāng)不錯(cuò)?！　榱搜芯窟@個(gè)模型的微觀物理效果，對(duì)兩個(gè)不同的參數(shù)化方案進(jìn)行了測(cè)試。應(yīng)用在云層微觀物理學(xué)上的Thompson計(jì)劃，包括預(yù)測(cè)計(jì)算冰粒子數(shù)濃度在內(nèi)，在控制模擬上付出了許多努力（Thompson等，2004年）。

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