郭仁鴻 蘇瓊

摘要：通過馬鞍山區(qū)域附近氣象觀測資料估算導(dǎo)線覆冰厚度，并以覆冰調(diào)查資料和已建輸電線路冰災(zāi)資料，結(jié)合《電力工程氣象勘測技術(shù)規(guī)程》分析架空輸電線路的設(shè)計(jì)冰厚取值，并提出了云南西北地區(qū)高海拔區(qū)域架空輸電線路設(shè)計(jì)冰厚取值的建議和需進(jìn)一步研究的問題。

關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)冰厚；導(dǎo)線覆冰；輸電線路；冰災(zāi)；高海拔。

云南省西北地區(qū)已建有多條輸電線路經(jīng)過3000m以上的高海拔地區(qū)，高海拔地區(qū)降雪量大、低溫持續(xù)時(shí)間長，易形成較大的導(dǎo)線覆冰現(xiàn)象。云南西北地區(qū)已有多條輸電線路發(fā)生導(dǎo)線覆冰災(zāi)害事故，嚴(yán)重威脅了電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。導(dǎo)線設(shè)計(jì)冰厚取值直接影響到架空輸電線路工程的安全性、經(jīng)濟(jì)性和適用性，設(shè)計(jì)冰厚的合理取值有著非常重要的意義。

苗尾電站500kV交流過渡送出工程，線路起于大華橋水電站升壓站，止于500kV大理黃坪變電站，沿線海拔1600～3700m，線路全長139km。其中馬鞍山地段（本文重點(diǎn)論述）海拔3500m以上，長約5km，該段線路呈西北-東南走向。根據(jù)《110kV～750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，本工程設(shè)計(jì)冰厚按10m高50年一遇設(shè)計(jì)。

1 地形條件及氣候特征

本工程線路所經(jīng)的馬鞍山區(qū)域地處云南大理州鶴慶縣和洱源縣的分水嶺，山脈呈南-北走向，最高峰海拔3998m。平均氣壓669.2hPa；多年平均氣溫8.4℃，冬季平均最低氣溫-8.1℃；多年平均相對(duì)濕度70%；平均風(fēng)速9.2m/s，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)閃SW；氣候特點(diǎn)為：氣壓低、低溫持續(xù)時(shí)間長、降雪及積雪時(shí)間長、濕度大、風(fēng)能資源豐富、立體氣候較為明顯。

2 覆冰成因分析

馬鞍山區(qū)域冷空氣主要來源為：西伯利亞寒流南下，經(jīng)新疆向東南方向移動(dòng)，跨越青藏高原南部，然后沿瀾滄江、怒江等南北走向的河谷南下，入侵到本工程區(qū)域。水汽來源主要為：印度洋—孟加拉灣地區(qū)向西南地區(qū)輸送的水汽，加之線路區(qū)域洱海、西洱湖等大型湖泊水汽蒸發(fā)效應(yīng)，使得馬鞍山區(qū)域濕度較大。在冷空氣和水汽的共同影響下，形成降雪天氣過程，加之風(fēng)速的作用，易形成導(dǎo)線覆冰。根據(jù)附近區(qū)域洱源、鶴慶氣象站1971～2000年凍雨、降雪日數(shù)統(tǒng)計(jì)資料，區(qū)域內(nèi)未發(fā)生過凍雨天氣過程，并根據(jù)對(duì)馬鞍山區(qū)域附近村民的走訪調(diào)查，此區(qū)域的覆冰性質(zhì)主要為濕雪覆冰，密度約0.1～0.3g/cm3。

2 導(dǎo)線覆冰相關(guān)氣象要素分析

1） 氣溫

根據(jù)馬鞍山區(qū)域附近洱源氣象站（東經(jīng)99°58′，北緯26°07′）歷年各月平均最低氣溫資料，計(jì)算得馬鞍山地段月平均最低氣溫見表1。

表1 月平均最低氣溫計(jì)算成果表

馬鞍山地段 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

月最低氣溫（℃） -9.0 -6.9 -3.9 -0.6 3.6 7.5 7.9 7.1 5.4 1.5 -4.3 -8.6

2） 濕度

根據(jù)馬鞍山區(qū)域附近各氣象站1951～2005年降雪時(shí)段同時(shí)相對(duì)濕度均大于90%。另據(jù)馬鞍山區(qū)域附近恩兆山風(fēng)電場2014年2月16日～19日降雪天氣同時(shí)相對(duì)濕度觀測資料見表2。

表2 恩兆山風(fēng)電場一次降雪過程氣相對(duì)濕度統(tǒng)計(jì)表

日期 平均相對(duì)濕度（%） 最大相對(duì)濕度（%）

2014年2月16日 87.7 95.4

2014年2月17日 92.5 93.8

2014年2月18日 91.7 94.5

2014年2月19日 76.8 93.8

3） 風(fēng)速及風(fēng)向

馬鞍山區(qū)域0003號(hào)測風(fēng)塔（東經(jīng)100° 6'，北緯26°13'，海拔3706m）11月～次年4月平均風(fēng)速和主導(dǎo)風(fēng)向見表3。

表3 月平均風(fēng)速及主導(dǎo)風(fēng)向統(tǒng)計(jì)表

測風(fēng)塔 項(xiàng)目 11月 12月 1月 2月 3月 4月

0003號(hào) 風(fēng)速（m/s） 8.1 11.6 11.7 12.3 11.2 10.6

主導(dǎo)風(fēng)向 WSW WSW WSW WSW SW N

4） 降水

根據(jù)馬鞍山區(qū)域附近洱源氣象站降雪時(shí)段過程降水量資料系列，采用P-Ⅲ型進(jìn)行頻率計(jì)算，計(jì)算成果見表4， P-Ⅲ頻率曲線見圖1。

表4 各頻率月最大降水量表

重現(xiàn)期（年） 50 30 20 15 10 5 3

月平均降水量（mm） 93.3 84.0 75.5 70.9 61.8 75.5 37.7

圖2 11月～次年4月平均降水量頻率適線圖

5）氣象要素估算導(dǎo)線覆冰厚度

根據(jù)上述氣象資料分析，馬鞍山區(qū)域氣溫、濕度、風(fēng)速和降水均能夠滿足導(dǎo)線覆冰的條件，當(dāng)濕雪覆冰條件滿足時(shí)，導(dǎo)線覆冰厚度主要取決于過程降水量的大小。現(xiàn)根據(jù)云南西北地區(qū)近期幾次強(qiáng)降雪天氣過程的降水量與導(dǎo)線覆冰厚度關(guān)系來估算馬鞍山地段50年一遇導(dǎo)線覆冰厚度，計(jì)算成果見表5。

表5 過程降水量與導(dǎo)線覆冰統(tǒng)計(jì)表

時(shí)間 地點(diǎn) 海拔（m） 過程降水量（mm） 標(biāo)準(zhǔn)冰厚（mm） 覆冰圖片

2011.1 碧落雪山 3500 72.3 25.5

2013.12 馬鞍山 3300 37.2 16.5

2014.2 恩兆山 3400 62.0 20.8

根據(jù)上表統(tǒng)計(jì)情況，導(dǎo)線覆冰厚度與降雪過程降水量呈正比關(guān)系，馬鞍山區(qū)域50年一遇月降雪時(shí)段過程降水量為93.3mm（此計(jì)算值為氣象站數(shù)據(jù)推算值，隨著海拔增加降水量還會(huì)相應(yīng)增大），故估算得馬鞍山區(qū)域（海拔3500m以上）50年一遇導(dǎo)線覆冰厚度將大于上述2011年1月發(fā)生的導(dǎo)線覆冰厚度25.5mm，達(dá)到30mm覆冰量級(jí)。

4 覆冰調(diào)查計(jì)算

根據(jù)馬鞍山附近區(qū)域較可靠的覆冰觀測及調(diào)查資料，采用《電力工程氣象勘測技術(shù)規(guī)范》（DL/T 5158-2012）覆冰計(jì)算公式，計(jì)算得到離地10m高50年一遇設(shè)計(jì)冰厚見表6。

表6 馬鞍山區(qū)域覆冰計(jì)算表

序號(hào) 調(diào)查區(qū)域 海拔

（m） 調(diào)查覆冰直徑

（mm） 標(biāo)準(zhǔn)冰厚

（mm） 50年一遇設(shè)計(jì)冰厚

（mm）

1 馬鞍山 3500 130 25.5 28.2

2 3600 150 30.0 28.4

3 3300 100 20.8 20.3

4 2900 80 16.5 18.2

5 已建線路設(shè)計(jì)冰厚及運(yùn)行情況

220kV騎龍山風(fēng)電場送出線路，海拔2900～3520m地段設(shè)計(jì)冰厚20mm，其余地段設(shè)計(jì)冰厚5mm和10mm，2011年投運(yùn)，2014年2月大雪，導(dǎo)致N9號(hào)塔（海拔約3400m）三相導(dǎo)線脫落。

220kV金華風(fēng)電場送出線路工程，海拔2350～3800m，馬鞍山山梁地段（海拔3000～3800m）設(shè)計(jì)冰厚20mm，海拔3500m以上按25mm冰厚驗(yàn)算，其余地段設(shè)計(jì)冰厚10mm。

220kV劍川變～黃坪變Ⅱ回線路工程，海拔2200～3800m，翻越馬鞍山段（海拔3000～3800m）設(shè)計(jì)冰厚20mm，馬鞍山山梁段采取加強(qiáng)措施，其余地段設(shè)計(jì)冰厚10mm。

35kV石蒲塘風(fēng)電場集電線路，海拔3300～3700m，設(shè)計(jì)冰厚20mm，2011年12月風(fēng)電場區(qū)域發(fā)生覆冰壓斷導(dǎo)線的冰災(zāi)事故。

5 設(shè)計(jì)冰厚

根據(jù)馬鞍山區(qū)域覆冰成因分析、覆冰相關(guān)氣象要素計(jì)算成果、覆冰調(diào)查計(jì)算成果、已建線路設(shè)計(jì)冰厚及運(yùn)行情況，并結(jié)合馬鞍山區(qū)域地形條件、水汽情況、風(fēng)速及主導(dǎo)風(fēng)向、海拔等因素，綜合分析確定，本線路工程馬鞍山區(qū)域，海拔3400～3700m地段設(shè)計(jì)冰厚為30mm。

6 結(jié)語

本工程線路區(qū)域無觀冰站，通過氣象站、測風(fēng)塔觀測資料分析計(jì)算，馬鞍山區(qū)域能夠滿足較大導(dǎo)線覆冰的條件，且估算得馬鞍山區(qū)域海拔3500m以上地段50年一遇設(shè)計(jì)冰厚大于25.5mm；通過已建線路運(yùn)行冰災(zāi)事故資料計(jì)算得馬鞍山區(qū)域海拔3500m以上地段50年一遇設(shè)計(jì)冰厚已達(dá)30mm量級(jí)；并考慮到本工程線路馬鞍山段線路走向與冬季主導(dǎo)基本垂直，且處于分水嶺、風(fēng)口等地形，有利于風(fēng)速作用下形成導(dǎo)線覆冰，故本工程線路馬鞍山區(qū)域海拔3500m以上地段設(shè)計(jì)冰厚30mm取值依據(jù)是科學(xué)、合理的。

（2）馬鞍山區(qū)域地處大理州洱海周邊分水嶺地帶，本文論述成果可適用于大理州洱海分水嶺高海拔區(qū)域，可供其它輸電線路的設(shè)計(jì)參考。

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