秦岭山区导线覆冰与气象条件的关系

李 强

(西北电力设计院，陕西 西安 710032)

1 概述

导线覆冰在国内外分布很普遍，我国是发生输电线路覆冰事故较多的国家之一，覆冰事故已严重威胁了我国电力系统的安全运行，并造成了巨大的经济损失。近30年来，大面积覆冰事故在全国各地时有发生，国家电网运行管理处统计资料表明，2006年1月至2007年6年，由覆冰引起的500 kV线路跳闸13次，占总跳闸数的8.84%，由覆冰引起的500 kV线路非计划停运4次，占总停运次数的11.11%。可见，覆冰已经成为危害线路安全运行的主要原因之一。

德阳～宝鸡±500kV直流输电线路所经过的秦岭区，地形复杂，气候多变，每年冬春季节，南北暖冷气流交汇，雾气凝滞，与适宜的温度、湿度、风速等气象条件配合，易于形成导线覆冰。由于过去对导线覆冰的客观规律认识不足设计条件选择不当及缺乏抗冰经验等原因，运行线路遇到严重覆冰时，往往会发生电气间隙距离不能保持，或因导线脱冰跳跃造成碰线短路，跳闸频繁。导线覆冰超载还会引起大量倒杆、断线等事故，发生事故时，一般气候恶劣，冰雪封山交通受阻，通讯中断，抢修十分困难，造成电网长时间停电。秦岭山区覆冰受山地气候的影响极为严重，研究该地区导线覆冰问题就必须从气象角度出发来分析导线覆冰成因及其与气象条件的关系。为研究秦岭导线覆冰的变化规律，西北电力设计院水文气象专业组织人员从2006年10月～2007年3月，赴现场进行了为期6个月的观测，以寻求秦岭导线覆冰与气象条件的关系。

2 导线覆冰观测站的地理位置及观测项目

2.1 地理位置

秦岭观测点位于陕西省宝鸡市北的秦岭山顶嘉陵江源头风景管理站山头上，210省道的旁边，交通方便。观测场海拔1650m，地处主峰的风口，周围灌木茂盛。

东河桥村观测点位于秦岭南坡的宝鸡市黄牛铺镇东河桥村山坡上，观测点海拔为1450m，山坡，迎风面开阔，周围松树茂盛。

黄牛铺观测点位于秦岭南坡宝鸡市凤县黄牛铺镇长滩坝村山头，观测点海拔为1300m，秦岭南坡中高海拔山区；山顶，迎风面开阔，周围灌木茂盛。

青石崖观测点位于秦岭北坡的宝鸡市渭滨区青石崖，观测点海拔1240m，山坡，川道，周围是灌木丛林。

观音山村观测点位于宝鸡市渭滨区神农镇观音山村，观测点海拔1070m，山坡平台、川道。

二里关村观测点位于宝鸡市渭滨区神农镇二里关村，观测点海拔910m，川道，周围是灌木丛林。各个观测点的相对位置关系见图1。

图1 各个观测点的位置图

2.2 观测项目

每日08、14、20时(北京时间)定时观测：空气的湿度和温度(含水汽压、相对湿度、饱和差和露点湿度)、风向和风速、降水、气压及天气现象等。另外还配有气温、相对湿度、风向和风速的自动记录仪，进行一日24h不间断的测定。同时观测导线覆冰的长径、短径、质量、风向、温度、覆冰时间。

3 数据与分析

3.1 导线覆冰与海拔高度的关系

根据《地面气象观测规范》的具体要求，对观测到的秦岭导线覆冰及气象要素数值做了整理，在覆冰观测期间，观测到多次覆冰现象。其中较为严重的一次过程：2007年3月2日～2007年3月3日的雾凇与2005年的3月21日的雨凇。现将所有的观测点观测到的覆冰情况列于表1中。

表1 秦岭导线覆冰观测数据

续表1

从表1可以看出，无论是暖水观测点到秦岭气象站观测点，还是导线的方向，覆冰的长径、短径、质量都是随着海拔高度的变化而变化的。其中，2007年3月2日从二里关观测点到秦岭观测点覆冰的长径、短径、质量都是随着海拔高度的增加而增大的。2007年3月3日从二里关观测点到秦岭观测点覆冰的长径、短径、质量都是随着海拔高度的增加呈现出先增大后减小的趋势，同样的观测点不同时间的导线覆冰发生了变化。3月2日当天的凝结高度为3000m左右，均高于各个观测点的海拔高度；3月3日当天的凝结高度为2700m左右，低于六盘山气象站观测点的海拔高度。可以看出，当凝结高度大于观测点的海拔高度时，导线覆冰随着海拔高度的增大而增大；当凝结高度小于观测点的海拔高度时，导线覆冰随着海拔高度的增大而减小。这与张岩等人的研究结论相同。

3.2 导线覆冰与导线架空高度的关系

导线覆冰不仅受海拔高度的影响，同时，也受导线架空高度的影响较大。同一地面不同的导向架空高度上导线的覆冰不同。观测期间，对秦岭观冰站架空高度为2m、5m的导线覆冰观测数据详见表2。

表2 秦岭观冰站2m、5m导线覆冰观测

从表2可以看出，距离地面5m高处导线覆冰比距离地面2m高处导线覆冰严重。随着高度的升高，下垫面对于气流的影响能力也就越小，地面摩擦阻力也就越小，而气流的流动速度越大，气流向导线输送水汽的能力也就越强，从而更加有利于覆冰的生成。导线覆冰厚度随电线架空高度增高而增加。其首要原因是积冰时风速随高度增加，风速越大，水滴向电线的输送量越大，单位时间内覆冰厚度也越大。冰厚随导线架空高度增加的第二个原因是积冰时空气含水量随高度增加。再有雾时，雾中的含水量是随高度增加的。

3.3 气象站实测覆冰资料的计算分析

由于本次覆冰观测时间较短，无法真实客观的反映秦岭地区的长期覆冰分布情况，现根据秦岭气象站提供的实测的历年最大覆冰质量成果，采用Gumbel极值(Ⅰ)型对其进行分析计算，覆冰资料及计算成果详见表3、表4、表5。

表3 秦岭气象站1981～2001年最大覆冰质量成果

表4 秦岭气象站各频率计算成果 单位：g/m

表5 不同频率设计冰厚成果 单位：mm

4 结论

依据《500kV架空送电线路技术规定》，德阳～宝鸡±500kV直流输电线路覆冰设计按30年一遇考虑，但是通过实地调查发现，秦岭山区的其他线路每年都发生覆冰且情况较为严重。为了线路的安全运行，德阳～宝鸡±500kV直流输电线路覆冰设计按50年一遇考虑。结合本次实地观测的资料和秦岭气象站1974～2001年期间的覆冰资料，采用Gumbel极值(Ⅰ)型对其进行分析计算，结果详见表5。同时，考虑到线路所经地段覆冰类型主要以雾凇和混合积冰为主，因此当覆冰增长到一定程度后，受到自身重力及风的影响，会出现脱落，冰厚的增长受到了影响。通过参考本工程附近已建线路的设计条件和运行情况，考虑近几年秦岭地区冬季覆冰灾害天气影响范围和程度。经对影响覆冰大小的各种因素进行综合分析和推求，最终确定德阳～宝鸡±500kV直流输电线路秦岭段，海拔1000m以下，覆冰按10mm考虑；海拔1000m～1200m取15mm；海拔1200m～1400m取20mm；海拔1400～1500m取30mm；海拔1500m～1800m取40mm；海拔1800m以上按45mm考虑。

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