李 強(qiáng)， 謝 君， 甄 黎

(1.西北電力設(shè)計(jì)院，陜西 西安 710032 ；2.甘肅電投炳靈水電開發(fā)有限責(zé)任公司， 甘肅 永靖 731600)

1 概述

導(dǎo)線覆冰在國(guó)內(nèi)外分布很普遍，我國(guó)是發(fā)生輸電線路覆冰事故較多的國(guó)家之一，覆冰事故已嚴(yán)重威脅了我國(guó)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，并造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。近30年來，大面積覆冰事故在全國(guó)各地時(shí)有發(fā)生，國(guó)家電網(wǎng)運(yùn)行管理處統(tǒng)計(jì)資料表明，2006年1月至2007年6月，由覆冰引起的500kV線路跳閘13次，占總跳閘數(shù)的8.84%，由覆冰引起的500 kV線路非計(jì)劃停運(yùn)4次，占總停運(yùn)次數(shù)的11.11%。可見，覆冰已經(jīng)成為危害線路安全運(yùn)行的主要原因之一。

750kV蘭州～平?jīng)觥h輸電線路所經(jīng)過的六盤山區(qū)，地形復(fù)雜，氣候多變，每年冬春季節(jié)，南北暖冷氣流交匯，霧氣凝滯，與適宜的溫度、濕度、風(fēng)速等氣象條件配合，易于形成導(dǎo)線覆冰。由于過去對(duì)導(dǎo)線覆冰的客觀規(guī)律認(rèn)識(shí)不足設(shè)計(jì)條件選擇不當(dāng)及缺乏抗冰經(jīng)驗(yàn)等原因，運(yùn)行線路遇到嚴(yán)重覆冰時(shí)，往往會(huì)發(fā)生電氣間隙距離不能保持，或因?qū)Ь€脫冰跳躍造成碰線短路，跳閘頻繁。導(dǎo)線覆冰超載還會(huì)引起大量倒桿、斷線等事故，發(fā)生事故時(shí)，一般氣候惡劣，冰雪封山交通受阻，通訊中斷，搶修十分困難，造成電網(wǎng)長(zhǎng)時(shí)間停電。六盤山重冰區(qū)受山地氣候的影響極為嚴(yán)重，研究該地區(qū)導(dǎo)線覆冰問題就必須從氣象角度出發(fā)來分析導(dǎo)線覆冰成因及其與氣象條件的關(guān)系。為研究六盤山導(dǎo)線覆冰的變化規(guī)律，西北電力設(shè)計(jì)院水文氣象專業(yè)組織人員從2004年12月28日至2005年3月31日，赴現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了為期3個(gè)月的觀測(cè)，以尋求六盤山導(dǎo)線覆冰與氣象條件的關(guān)系。

2 導(dǎo)線覆冰觀測(cè)站的地理位置及觀測(cè)項(xiàng)目

2.1 地理位置

六盤山氣象站觀測(cè)點(diǎn)位于寧夏回族自治區(qū)固原市隆德縣城東北方向的六盤山“山頂”，北緯35°13′，東經(jīng)106°12′，距離德隆縣城約10km，觀測(cè)場(chǎng)海拔高度2848m，周圍植被良好，主要以松樹為主。

分界嶺(以東為涇河水系，以西為葫蘆河水系)觀測(cè)點(diǎn)位于寧夏回族自治區(qū)固原市涇源縣縣城西約12 km的小山包上，北緯35°13′，東經(jīng)106°12′觀測(cè)場(chǎng)海拔高度2650m，周圍植被良好，主要以松樹為主。

大漫坡觀測(cè)點(diǎn)位于寧夏回族自治區(qū)固原市德隆縣山河鎮(zhèn)以東約4km的緩坡上，地勢(shì)略顯平緩，但相對(duì)周圍地勢(shì)仍較高，北緯35°13′，東經(jīng)106°12′觀測(cè)場(chǎng)海拔高度2400m，周圍植被良好，主要以松樹為主。

暖水測(cè)點(diǎn)位于觀測(cè)點(diǎn)位于寧夏回族自治區(qū)固原市涇源縣惠臺(tái)鄉(xiāng)暖水村西的一個(gè)小山包上，北緯35°13′，東經(jīng)106°12′觀測(cè)場(chǎng)海拔高度2300m，周圍只有少量的牧草或梯田，無樹木。

以上各個(gè)測(cè)點(diǎn)基本都處于山梁梁頂處，植被條件較好(暖水測(cè)點(diǎn)除外)，局部地區(qū)微氣象條件差異不大，只是海拔高度略有不同，各個(gè)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)位置關(guān)系見圖1。

圖1 各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的位置圖

2.2 觀測(cè)項(xiàng)目

每日08、14、20時(shí)(北京時(shí)間)定時(shí)觀測(cè)：空氣濕度和溫度(含水汽壓、相對(duì)濕度、飽和差和露點(diǎn)濕度)、風(fēng)向和風(fēng)速、降水、氣壓及天氣現(xiàn)象等。另外還配有氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)向和風(fēng)速的自動(dòng)記錄儀，進(jìn)行一日24h不間斷的測(cè)定，同時(shí)觀測(cè)導(dǎo)線覆冰的長(zhǎng)徑、短徑、質(zhì)量、風(fēng)向、溫度、覆冰時(shí)間。

3 數(shù)據(jù)與分析

3.1 導(dǎo)線覆冰與海拔高度的關(guān)系

根據(jù)《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》的具體要求，對(duì)觀測(cè)到的六盤山導(dǎo)線覆冰及氣象要素?cái)?shù)值做了整理，在覆冰觀測(cè)期間，觀測(cè)到多次覆冰現(xiàn)象。其中較為明顯的有兩次過程：2005年2月3日～2005年2月8日的霧凇與2005年的3月21日的雨凇。而2005年2月3日～2005年2月8日的霧凇在所有的觀測(cè)點(diǎn)都觀測(cè)到了覆冰情況，部分實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見表1。

表1 六盤山導(dǎo)線覆冰觀測(cè)數(shù)據(jù)

從上表可以看出，無論是暖水觀測(cè)點(diǎn)到六盤山氣象站觀測(cè)點(diǎn)，還是導(dǎo)線的方向，覆冰的長(zhǎng)徑、短徑、質(zhì)量都是隨著海拔高度的變化而變化的。其中，2005年2月5日從暖水觀測(cè)點(diǎn)到六盤山氣象站觀測(cè)點(diǎn)覆冰的長(zhǎng)徑、短徑、質(zhì)量都是隨著海拔高度的增加而增大的。2005年2月6日從暖水觀測(cè)點(diǎn)到六盤山氣象站觀測(cè)點(diǎn)覆冰的長(zhǎng)徑、短徑、質(zhì)量都是隨著海拔高度的增加呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)，同樣的觀測(cè)點(diǎn)不同時(shí)間的導(dǎo)線覆冰發(fā)生了變化。2月5日當(dāng)天的凝結(jié)高度為3000m左右，均高于各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的海拔高度；2月6日當(dāng)天的凝結(jié)高度為2700m左右，低于六盤山氣象站觀測(cè)點(diǎn)的海拔高度?？梢钥闯?，當(dāng)凝結(jié)高度大于觀測(cè)點(diǎn)的海拔高度時(shí)，導(dǎo)線覆冰隨著海拔高度的增大而增大；當(dāng)凝結(jié)高度小于觀測(cè)點(diǎn)的海拔高度時(shí)，導(dǎo)線覆冰隨著海拔高度的增大而減小。這與張巖等人的研究結(jié)論相同。

3.2 導(dǎo)線覆冰與導(dǎo)線架空高度的關(guān)系

導(dǎo)線覆冰不僅受海拔高度的影響，同時(shí)，也受導(dǎo)線架空高度的影響較大。同一地面不同的導(dǎo)向架空高度上導(dǎo)線的覆冰不同。觀測(cè)期間，對(duì)分界嶺架空高度為2m、5m的導(dǎo)線覆冰觀測(cè)數(shù)據(jù)詳見表2。

表2 分界嶺2m、5m導(dǎo)線覆冰觀測(cè)

從上表可以看出，分界嶺觀測(cè)點(diǎn)距離地面5m高處導(dǎo)線覆冰比距離地面2m高處導(dǎo)線覆冰嚴(yán)重。隨著觀測(cè)高度的升高，下墊面對(duì)于氣流的影響能力也就越小，地面摩擦阻力也就越小，而氣流的流動(dòng)速度越大，氣流向?qū)Ь€輸送水汽的能力也就越強(qiáng)，從而更加有利于覆冰的生成。導(dǎo)線覆冰厚度隨導(dǎo)線架空高度的增高而增加。其首要原因是積冰時(shí)風(fēng)速隨高度增加，風(fēng)速越大，水滴向電線的輸送量越大，單位時(shí)間內(nèi)覆冰厚度也越大。冰厚隨導(dǎo)線架空高度增加的第二個(gè)原因是積冰時(shí)空氣含水量隨高度增加。再有霧時(shí)，霧中的含水量是隨高度增加的。

3.3 氣象站實(shí)測(cè)覆冰資料的計(jì)算分析

由于本次覆冰觀測(cè)時(shí)間較短，無法真實(shí)客觀的反映六盤山地區(qū)的長(zhǎng)期覆冰分布情況，現(xiàn)根據(jù)六盤山氣象站提供的實(shí)測(cè)的歷年最大覆冰質(zhì)量成果，采用Gumbel極值(Ⅰ)型對(duì)其進(jìn)行分析計(jì)算，覆冰資料及計(jì)算成果詳見表3、表4、表5。

表3 六盤山氣象站1981～2002年最大覆冰質(zhì)量成果 單位：g/m

表4 六盤山氣象站各頻率計(jì)算成果表 單位：g/m

表5 不同頻率設(shè)計(jì)冰厚成果表 單位：mm

4 結(jié)語

依據(jù)《750kV架空送電線路設(shè)計(jì)暫行技術(shù)規(guī)定》，750kV蘭州～平?jīng)觥h輸電線路覆冰設(shè)計(jì)按50年一遇考慮，結(jié)合本次實(shí)地觀測(cè)的資料和六盤山氣象站1981年～2002年期間的覆冰資料，采用Gumbel極值(Ⅰ)型對(duì)其進(jìn)行分析計(jì)算，結(jié)果詳見表5。同時(shí)，考慮到線路所經(jīng)地段覆冰類型主要以霧凇為主，尤其是粒狀霧凇，因此當(dāng)覆冰增長(zhǎng)到一定程度后，受到自身重力及風(fēng)的影響，會(huì)出現(xiàn)脫落，冰厚的增長(zhǎng)受到了影響。通過參考本工程附近已建線路的設(shè)計(jì)條件和運(yùn)行情況，考慮近幾年六盤山地區(qū)冬季覆冰災(zāi)害天氣影響范圍和程度。經(jīng)對(duì)影響覆冰大小的各種因素進(jìn)行綜合分析和推求，最終確定750kV蘭州～平?jīng)觥h輸電線路六盤山地段，海拔在2300m以下，覆冰按10mm考慮；海拔2300～2500m之間取15mm；海拔2400～2500m取25mm；海拔2500～2600m取30mm；海拔2600m以上按35mm考慮。

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