李亞軍 衛(wèi)晉芳 張忠效 郭翠榮 管麗晶
摘 要:2011年,中國氣象局對電線積冰觀測規(guī)范進行了調(diào)整,將原4 mm導線更換為26.8 mm電纜。利用山西省積冰觀測站兩種導線的平行觀測資料,對比分析了其觀測結(jié)果的特征及差異。結(jié)果表明,兩種直徑導線的電線積冰觀測數(shù)據(jù)未出現(xiàn)較大差異,且雨凇情況下觀測數(shù)據(jù)的一致性比霧凇好。
關(guān)鍵詞:電線積冰;導線;觀測方法;數(shù)據(jù)統(tǒng)計
中圖分類號:P426.63 文獻標識碼:A DOI:10.15913/j.cnki.kjycx.2016.18.020
電線積冰是危害較嚴重的一種氣象災害,它的出現(xiàn)常導致電力和通訊線路損壞,妨礙了鐵路和公路運輸,其中,雨淞對農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)的危害更大,它會壓死秋播作物,并使牲畜因吃不到草而導致大批死亡。氣象部門較早就開展了電線積冰觀測,積累了長期的觀測資料,為理論研究、工程設計和防災減災等工作提供了科學依據(jù)。
2010-11,為了滿足氣象服務與預報的需求,中國氣象局綜合觀測司下發(fā)了《關(guān)于電線積冰觀測業(yè)務調(diào)整有關(guān)事宜的通知》(氣測函〔2010〕253號),用直徑26.8 mm粗的220 kV電力傳輸主干線用電纜來代替原來直徑為4 mm的導線開展電線積冰觀測業(yè)務,所有電線積冰觀測臺站從2011-01-01起,采用26.8 mm電纜正式觀測、發(fā)報、存檔,并從2011-01-01起至春季電線積冰觀測結(jié)束期間開展4 mm和26.8 mm電線積冰對比觀測工作。下面將對比分析兩種導線上電線積冰的特征及其差異,評估其一致性。
1 電線積冰的觀測方法
電線積冰是一種雨凇、霧凇凝附在導線上或濕雪凍結(jié)在導線上的氣象災害。本文所用的4 mm和26.8 mm電線積冰觀測的要素包括電線積冰現(xiàn)象(雨凇、霧凇、濕雪)、電線積冰南北方向上的直徑、厚度、質(zhì)量,電線積冰東西方向上的直徑、厚度、質(zhì)量,電線積冰溫度、風向和風速。
積冰直徑:垂直于導線的切面上冰層積結(jié)的最大數(shù)值線,包括導線直徑在內(nèi),以mm為單位。
積冰厚度:導線切面上垂直于積冰直徑方向上冰層積結(jié)的最大數(shù)值線,以mm為單位。直徑是指與鐵絲垂直截面上冰(含鐵絲)的長徑,厚度指短徑。
積冰質(zhì)量:1 m長導線上冰層的質(zhì)量,以g/m為單位。
2 對比統(tǒng)計方法
本文基于2011-01-01至春季兩種導線同期平行觀測數(shù)據(jù),采用以下方法對觀測結(jié)果進行對比分析。
2.1 對比差值
3.2 對比分析
3.2.1 兩種導線觀測平均差值狀況
兩種導線的直徑(分別為26.8 mm、4 mm)差為22.8 mm,也就是說,兩種導線電線積冰的直徑或厚度差越接近22.8 mm,則偏差越小。通過對山西省2011-01—2011-04出現(xiàn)的9站次電線積冰觀測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計,計算出了兩種不同導線積冰結(jié)果的對比差值以及該差值與22.8 mm的離差,結(jié)果如表2所示。
從表2中直徑差值22.8 mm的離差平均值來看,在-0.7~-0.2 mm之間,說明這兩種導線的觀測結(jié)果偏差較小,不足1.0 mm。所有觀測數(shù)據(jù)中離差最大的為第6組(長治站),結(jié)冰現(xiàn)象為霧凇,離差達-3.8~-2.8 mm,可能是由于積冰過程中的偶然因素造成的。從統(tǒng)計的差值標準差的平均值來看,在1.3~1.8 mm之間,說明觀測數(shù)據(jù)的離散程度較小,具有較好的代表性,因此,可以用26.8 mm直徑的電纜來替代4 mm導線進行電線積冰測量。
3.2.2 對比差值分布特征
電線積冰的形成過程受天氣條件的影響較大,形成雨凇時的典型天氣是微寒(0~3 ℃)、有雨、風力強、霧滴大。霧凇是在微風嚴寒(-15 ℃以下)的天氣里,由空氣中水汽直接凝華而成,也可以在濃霧、有風、微寒(-7~-2 ℃)的天氣里,由過冷卻霧滴直接凍結(jié)在物體的迎風面上形成。表3將觀測時次的溫度、風向、風速與統(tǒng)計的與22.8 mm的離差進行了對照。
從表3可以看出,由霧凇現(xiàn)象形成的電線結(jié)冰氣溫均較低,風速小的時候,對比差值偏大,與22.8 mm的離差達到1.8 mm或以上的為第2,5,6組,風速分別為1.1 m/s、0.2 m/s和1.0 m/s;由雨凇現(xiàn)象形成的電線積冰氣溫相對較高,風速偏低時,對比差值的離差相對較大,例如第7組,風速為1.4 m/s,與22.8 mm的離差為-0.8 mm;第8,9組風速均較大,與22.8 mm的離差僅為0.2 mm。
3.2.3 不同電線積冰現(xiàn)象的影響
2011-01—2011-04月觀測到的9站次電線積冰過程中,出現(xiàn)霧凇6次,雨凇3次,其中,五臺山出現(xiàn)4次霧凇天氣,河曲站出現(xiàn)1次霧凇天氣,長治站出現(xiàn)1次霧凇天氣、2次雨凇天氣,介休站出現(xiàn)1次雨凇天氣。
從表3統(tǒng)計的與直徑差值的離差來看,出現(xiàn)雨凇天氣現(xiàn)象(第7,8,9組)時,離差較小,也就是說,兩種導線測量的結(jié)果較為一致(離差絕對值為0.2~0.8 mm,平均值為0.4 mm);而出現(xiàn)霧凇天氣現(xiàn)象時(第1~6組),離差較大,即兩種導線測量的結(jié)果差別較大(離差絕對值為0.2~3.8 mm,平均值為1.5 mm)。
3.2.4 積冰過程氣象條件的影響
從表2統(tǒng)計的與直徑差值的離差結(jié)果看,電線積冰直徑和厚度受風速、氣溫影響較明顯——風速大、氣溫高時,導線直徑大的測得的積冰直徑和厚度偏大;風速小、氣溫低時,導線直徑大的測得的積冰直徑和厚度偏小。
4 結(jié)果與討論
從標準差可以看出,樣本標準差基本在1~2 mm之間,兩種直徑的電線積冰觀測數(shù)據(jù)未出現(xiàn)大的差異,差值平均值都在兩種電纜直徑差(22.8 mm)左右。
從樣本個體來看,氣溫高、風速小的時候,對比差值偏大;溫度低、風速小的時候,對比差值偏小。對比差值與風向的關(guān)系不明顯。
從樣本個體來看,電線積冰直徑和厚度受風速和氣溫的影響較明顯。
當電線積冰現(xiàn)象為雨凇時,兩種導線測量的結(jié)果較為一致;而出現(xiàn)霧凇天氣現(xiàn)象時,兩種導線測量的結(jié)果差別較大。
由于樣本太少,無法分析觀測站點位置對對比差值平均值和對比差值標準差的影響。
根據(jù)上述評估結(jié)果,我們認為將電線積冰觀測導線由4 mm變更為26.8 mm,其觀測結(jié)果誤差在允許范圍內(nèi),但由于我省在對比觀測期內(nèi)樣本太少,上述結(jié)論還需進一步驗證。
此項工作的完成,對山西省的電網(wǎng)規(guī)劃、建設及安全運行有著重要的現(xiàn)實意義,而且對今后新建線路的設計、合理選擇走徑、有效降低工程造價、提高線路的抗冰能力等也有較好的指導意義。
參考文獻
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