王國江

（中國能源建設集團新疆電力設計院有限公司 新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊 830000）

新疆維吾爾自治區(qū)是中國陸地面積最大的省級行政區(qū)，國土面積為166 萬km2，占中國陸地面積的1/6。根植于新疆的新疆電網(wǎng)，截至2018年底，已建成750kV 線路47 條，總長度6641.6km，500kV 線路5 條，總長度188.7km。220kV 線路566 條，總長度22431.6km，新疆農村電網(wǎng)線路長度已達10.83 萬km。

新疆位于亞歐大陸中心，地域遼闊，地形復雜，由于“三山夾兩盆”的特殊地形和獨特的自然地理環(huán)境格局，地處于西風氣流帶下，南受青藏高原影響，時有副熱帶天氣系統(tǒng)影響，復雜的地形和脆弱的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)造成新疆氣象災害種類多、發(fā)生頻率高、強度大、范圍廣，造成損失嚴重。

而各類氣象災害的發(fā)生給新疆電網(wǎng)帶來了巨大的損失，據(jù)不完全統(tǒng)計,新疆電網(wǎng)近五年輸電線路故障由強風、覆冰造成的占比超過50%，隨著新疆電網(wǎng)的不斷發(fā)展，面臨特殊天氣逐漸增多，災害性天氣進一步給新疆電網(wǎng)安全運行帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

1 新疆氣象站點的現(xiàn)狀

為保證輸變電工程的安全運行，在輸電線路設計之初就需要充分收集工程附近的長序列氣象數(shù)據(jù)作為設計輸入條件，但新疆現(xiàn)有的氣象觀測站數(shù)量和質量遠遠無法滿足電網(wǎng)設計要求，截止至2017年，新疆現(xiàn)有國家氣候觀象臺22 個，國家天氣一級觀測站65 個，國家天氣二級觀測站19 個，區(qū)域天氣觀測站6 個。

新疆氣象站點主要建設于城鎮(zhèn)周邊，對長距離輸電線路氣象環(huán)境代表性不夠充分，尤其是新疆部分城市相距較遠，氣象站點的不足導致輸電線路局部氣象參數(shù)的缺失，對線路設計影響極大。電網(wǎng)相關建設部門、運行部門和設計部門對氣象數(shù)據(jù)的代表性和準確性要求一直在提高，但苦于氣象站點建設的特殊性和局限性一直未能突破，直到輸電線路微氣象監(jiān)測系統(tǒng)的成熟和普及。

2 微氣象監(jiān)測系統(tǒng)構成

輸電線路微氣象監(jiān)測裝置作為輸電線路微氣象在線監(jiān)測系統(tǒng)的一部分，是專門為電力企業(yè)、生態(tài)監(jiān)測等開發(fā)生產(chǎn)的多要素自動氣象站。通過微氣象在線監(jiān)測輸電線路走廊局部的環(huán)境溫度、濕度、風速、風向和大氣壓力等參數(shù)（可根據(jù)需求定制其他測量要素），并通過4G/3G/GPRS/光纜等方式將監(jiān)測信息發(fā)送給系統(tǒng)主站遠程監(jiān)控中心。

微氣象系統(tǒng)主要由監(jiān)測終端、通訊信道和系統(tǒng)主機三部分組成，其中監(jiān)測終端安裝在線路鐵塔橫擔上，對環(huán)境溫度、濕度、風速、風向和大氣壓力等參數(shù)進行實時監(jiān)測。通訊信道一般內置在相應模塊安裝在監(jiān)測終端，負責接收各監(jiān)測點的數(shù)據(jù)及系統(tǒng)主站下發(fā)的命令。系統(tǒng)主站安裝于監(jiān)測中心計算機中，負責存儲、分析、查詢各種數(shù)據(jù)信息。通過對監(jiān)測點的長期微氣象數(shù)據(jù)積累、統(tǒng)計和分析，可為后期線路運行維護和其他新線路設計提供運行數(shù)據(jù)積累。系統(tǒng)工作流程圖如圖1所示。

3 微氣象監(jiān)測裝置布點方案

微氣象監(jiān)測裝置一般安裝在輸電線路鐵塔橫擔或頂部等不影響輸電線路安全的位置，依據(jù)相關規(guī)程和實際工作經(jīng)驗，對微氣象監(jiān)測裝置的布設點位提出以下建議。

表1：輸電線路周邊可參考利用氣象站信息

表2：微型氣象裝置布設一覽表

圖1：系統(tǒng)工作流程圖

3.1 布設在微地形、微氣象區(qū)域

微地形是相對于大的地形系統(tǒng)中一個局部狹小而又特殊的地形范圍。微氣象是指在近地面的大氣層中，在系統(tǒng)性天氣形勢影響下，因受地形等因素的影響，使得該地點的某些氣候因子（如風速、覆冰）特別強，超過一般地段的平均值。

微氣象的不同特點，是由于熱源和濕源湍流變換因地形的差異而造成的不同結果。根據(jù)地面高低起伏的趨勢和形態(tài)的不同，微地形多種多樣，針對輸電線路易受微地形、微氣候影響的一般規(guī)律，典型性的微地形、微氣象類型如下。

（1）埡口型：在綿延的山脈所形成的埡口，是氣流集中加速之處，當線路處于埡口或橫跨埡口時，將導致風速增大或覆冰量增加。

（2）高山分水嶺型：線路翻越分水嶺，空曠開闊，容易出現(xiàn)強風及嚴重覆冰情況，尤其在山頂及迎風坡側，含有過冷卻水滴的氣團在風力作用下，沿山坡強制上升而絕熱膨脹，使得過冷卻水滴含量增大，導致導線上覆冰加重。

（3）水汽增大型：輸電線路臨近較大的江湖水體，使空氣中水汽增大，當寒潮入侵，氣溫下降至0℃以下時，由于空氣濕度大，便容易出現(xiàn)嚴重覆冰現(xiàn)象。

（4）地形抬升型：平原或丘陵中拔地而起的突峰或盆地中一側較低另一側較高的臺地及陡崖，因盆地水汽充足，濕度較大冷空氣容易沿山坡上升，在頂部或臺地上形成云霧，當冬季寒湖入侵時便會出現(xiàn)嚴重覆冰現(xiàn)象。

（5）峽谷風道型：線路橫跨峽谷，兩岸很高很陡，通過狹管效應產(chǎn)生較大的風速，將導致送電線路風荷載的大幅度增加。

微地形、微氣象多種多樣，但對輸電線路的影響而言，影響較大的氣象因子是覆冰、大風和雷電，因此在輸電線路所經(jīng)過地區(qū)中，那些有利于線路覆冰及大風生成、發(fā)展和加重的地段，容易發(fā)生雷擊的局部地段，其氣象特征值超過該地區(qū)一般線路段的氣象條件設計值，從而可能危及線路安全運行的地點，就是線路設計中的微地形、微氣象點。

在此類微地形、微氣象點應考慮布設微氣象監(jiān)測裝置。

3.2 布設在大范圍地貌單元交界位置

輸電線路作為長距離線型工程，有時會出現(xiàn)跨越多個地貌單元情況，這類地貌單元交界位置因地形影響，一般會出現(xiàn)風速突變、降雨突變等情況，因此在此類區(qū)域點應考慮布設微氣象監(jiān)測裝置。

3.3 布設在氣象站點空白區(qū)域

新疆的氣象站點密度較低，尤其是在“三山兩盆”中的兩盆——準噶爾盆地和塔里木盆地腹地基本上都未建設有氣象站點。準噶爾盆地腹地已建成五家渠-塔城高電壓輸電線路，中間有超過40km沙漠區(qū)域缺乏必要的氣象觀測數(shù)據(jù)，可考慮布設微氣象監(jiān)測站點，為未來輸電線路設計提供參考依據(jù)。

3.4 布設在電網(wǎng)事故多發(fā)地帶

微氣象監(jiān)測的一個重要作用就是為電網(wǎng)還原事故發(fā)生時的天氣狀況，為后續(xù)事故分析、處理和后評價提供翔實的氣象資料。因此需在此類地段布設微氣象監(jiān)測裝置。

4 微氣象站點布設實例

新疆擬在伊犁哈薩克自治州和博爾塔拉蒙古自治州之間新建一條高電壓等級輸電線路項目。線路起自伊犁哈薩克自治州尼勒克縣蘇布臺鄉(xiāng)的伊犁變電站，自伊犁變電站出線后，一路向北，在博爾博松村東進入北天山，穿過庫爾薩伊大阪的無人區(qū)后進入博爾塔拉蒙古自治州精河縣，繼續(xù)向北到達龍博州變電站，線路長約

82km。

4.1 周邊氣象站情況

該線路在設計過程中可供參考利用的氣象站分別為伊寧縣氣象站、尼勒克縣氣象站和精河縣氣象站，三個氣象站的信息如表1所示。

這3 個氣象站建站于1960年及之前，從資料的序列時長上來看完全滿足設計要求，但3 個氣象站距離線路均超過35km，對線路的代表性較差，尤其考慮到本輸電線路有近40km 需穿越海拔在1400-2400m 的博羅科努山脈（庫爾薩伊大阪無人區(qū)），氣象站與輸電線路的海拔差異更是巨大。

4.2 微氣象裝置布設點位

考慮到未來周邊還會有其他類似的項目，也為了給輸電線路后期運行維護帶來一定的便利條件，該線路在設計過程中就考慮布設5 處微型氣象裝置，定名為微型氣象裝置YB1-YB5，5 處微型氣象裝置布設情況如表2。

（1）微型氣象裝置YB1 安裝在距離伊犁變電站約12km 的丘陵區(qū)，該點位布設原則如下：1）作為輸電線路南側區(qū)域第一個微型氣象觀測點位，該點位對周邊的氣候環(huán)境代表性較好；2）與伊寧縣和尼勒克縣氣象站距離接近，尤其是海拔與尼勒克縣氣象站接近，可以作為氣象數(shù)據(jù)對比站；3）該點位交通條件便利，有利于設備后期維護維修。

（2）YB2 安裝在距離伊犁變電站約27km 的高山區(qū)，據(jù)線路運檢人員和當?shù)啬撩窠榻B，該點位較為特殊，當有天氣現(xiàn)象時，該區(qū)域的風速明顯較周邊山區(qū)略大，如出現(xiàn)大風雪，該區(qū)域的積雪明顯比周邊區(qū)域嚴重，曾發(fā)生過牧民和牲畜受困于此情形。

經(jīng)現(xiàn)場調研，發(fā)現(xiàn)該點位并非線路沿線海拔最高區(qū)域，但因該點位西南側正對一條長約20km、寬約20-400m 的山谷，當區(qū)域天氣發(fā)生變化時，存在空氣在峽谷中受到擠壓，氣流集中加速，進而大幅提高風速的情況，在伴隨降雪天氣時，在地勢相對低洼處會形成大面積積雪。在微地形分類中，該類型被稱之為埡口型地形，對于輸電線路設計而言，應引起足夠的重視。因此在該點位布設一套微型氣象裝置。

（3）YB3 安裝在距離伊犁變電站約31km 的高山區(qū)，該點位為本輸電線路海拔最高的位置，在微地形分類中，該類型被稱之為高山分水嶺型地形，線路在翻越分水嶺時，一般存在地形突變，空曠開闊，容易出現(xiàn)強風及嚴重覆冰情況，尤其在山頂及迎風坡側，含有過冷卻水滴的氣團在風力作用下，沿山坡強制上升而絕熱膨脹，使得過冷卻水滴含量增大，導致導線上覆冰加重。因此在該點位布設一套微型氣象裝置。

（4）YB4 安裝在距離博樂變電站約10km 的山前沖洪積平原區(qū)域，該點位對該段沖洪積平原代表性較好，可作為一個氣象對比站，為未來周邊其他輸電線路設計提供參考氣象資料。

5 結語

新疆現(xiàn)有的氣象站點相較于新疆廣袤的國土面積而言顯得較為稀疏，對部分長距離輸電線路的氣象代表性偏弱，尤其是對部分微地形、微氣象地區(qū)的氣象代表性嚴重不足，客觀上也要求輸電線路依托輸電鐵塔優(yōu)勢，在部分站點設置微氣象監(jiān)測裝置，既可用于輸電線路覆冰狀態(tài)的分析和判決的依據(jù)，又可為災害預測、狀態(tài)檢修等提供全面的信息。本文結合實際工程項目，針對新疆地形地貌特點，提出了在新疆電網(wǎng)中微氣象監(jiān)測設備的布點方案，可供相關設計和規(guī)劃部門參考使用。