微气象监测装置在新疆电网中的布点研究

王国江

（中国能源建设集团新疆电力设计院有限公司 新疆维吾尔自治区乌鲁木齐 830000）

新疆维吾尔自治区是中国陆地面积最大的省级行政区，国土面积为166 万km2，占中国陆地面积的1/6。根植于新疆的新疆电网，截至2018年底，已建成750kV 线路47 条，总长度6641.6km，500kV 线路5 条，总长度188.7km。220kV 线路566 条，总长度22431.6km，新疆农村电网线路长度已达10.83 万km。

新疆位于亚欧大陆中心，地域辽阔，地形复杂，由于“三山夹两盆”的特殊地形和独特的自然地理环境格局，地处于西风气流带下，南受青藏高原影响，时有副热带天气系统影响，复杂的地形和脆弱的生态环境系统造成新疆气象灾害种类多、发生频率高、强度大、范围广，造成损失严重。

而各类气象灾害的发生给新疆电网带来了巨大的损失，据不完全统计,新疆电网近五年输电线路故障由强风、覆冰造成的占比超过50%，随着新疆电网的不断发展，面临特殊天气逐渐增多，灾害性天气进一步给新疆电网安全运行带来了巨大的挑战。

1 新疆气象站点的现状

为保证输变电工程的安全运行，在输电线路设计之初就需要充分收集工程附近的长序列气象数据作为设计输入条件，但新疆现有的气象观测站数量和质量远远无法满足电网设计要求，截止至2017年，新疆现有国家气候观象台22 个，国家天气一级观测站65 个，国家天气二级观测站19 个，区域天气观测站6 个。

新疆气象站点主要建设于城镇周边，对长距离输电线路气象环境代表性不够充分，尤其是新疆部分城市相距较远，气象站点的不足导致输电线路局部气象参数的缺失，对线路设计影响极大。电网相关建设部门、运行部门和设计部门对气象数据的代表性和准确性要求一直在提高，但苦于气象站点建设的特殊性和局限性一直未能突破，直到输电线路微气象监测系统的成熟和普及。

2 微气象监测系统构成

输电线路微气象监测装置作为输电线路微气象在线监测系统的一部分，是专门为电力企业、生态监测等开发生产的多要素自动气象站。通过微气象在线监测输电线路走廊局部的环境温度、湿度、风速、风向和大气压力等参数（可根据需求定制其他测量要素），并通过4G/3G/GPRS/光缆等方式将监测信息发送给系统主站远程监控中心。

微气象系统主要由监测终端、通讯信道和系统主机三部分组成，其中监测终端安装在线路铁塔横担上，对环境温度、湿度、风速、风向和大气压力等参数进行实时监测。通讯信道一般内置在相应模块安装在监测终端，负责接收各监测点的数据及系统主站下发的命令。系统主站安装于监测中心计算机中，负责存储、分析、查询各种数据信息。通过对监测点的长期微气象数据积累、统计和分析，可为后期线路运行维护和其他新线路设计提供运行数据积累。系统工作流程图如图1所示。

3 微气象监测装置布点方案

微气象监测装置一般安装在输电线路铁塔横担或顶部等不影响输电线路安全的位置，依据相关规程和实际工作经验，对微气象监测装置的布设点位提出以下建议。

表1：输电线路周边可参考利用气象站信息

表2：微型气象装置布设一览表

图1：系统工作流程图

3.1 布设在微地形、微气象区域

微地形是相对于大的地形系统中一个局部狭小而又特殊的地形范围。微气象是指在近地面的大气层中，在系统性天气形势影响下，因受地形等因素的影响，使得该地点的某些气候因子（如风速、覆冰）特别强，超过一般地段的平均值。

微气象的不同特点，是由于热源和湿源湍流变换因地形的差异而造成的不同结果。根据地面高低起伏的趋势和形态的不同，微地形多种多样，针对输电线路易受微地形、微气候影响的一般规律，典型性的微地形、微气象类型如下。

（1）垭口型：在绵延的山脉所形成的垭口，是气流集中加速之处，当线路处于垭口或横跨垭口时，将导致风速增大或覆冰量增加。

（2）高山分水岭型：线路翻越分水岭，空旷开阔，容易出现强风及严重覆冰情况，尤其在山顶及迎风坡侧，含有过冷却水滴的气团在风力作用下，沿山坡强制上升而绝热膨胀，使得过冷却水滴含量增大，导致导线上覆冰加重。

（3）水汽增大型：输电线路临近较大的江湖水体，使空气中水汽增大，当寒潮入侵，气温下降至0℃以下时，由于空气湿度大，便容易出现严重覆冰现象。

（4）地形抬升型：平原或丘陵中拔地而起的突峰或盆地中一侧较低另一侧较高的台地及陡崖，因盆地水汽充足，湿度较大冷空气容易沿山坡上升，在顶部或台地上形成云雾，当冬季寒湖入侵时便会出现严重覆冰现象。

（5）峡谷风道型：线路横跨峡谷，两岸很高很陡，通过狭管效应产生较大的风速，将导致送电线路风荷载的大幅度增加。

微地形、微气象多种多样，但对输电线路的影响而言，影响较大的气象因子是覆冰、大风和雷电，因此在输电线路所经过地区中，那些有利于线路覆冰及大风生成、发展和加重的地段，容易发生雷击的局部地段，其气象特征值超过该地区一般线路段的气象条件设计值，从而可能危及线路安全运行的地点，就是线路设计中的微地形、微气象点。

在此类微地形、微气象点应考虑布设微气象监测装置。

3.2 布设在大范围地貌单元交界位置

输电线路作为长距离线型工程，有时会出现跨越多个地貌单元情况，这类地貌单元交界位置因地形影响，一般会出现风速突变、降雨突变等情况，因此在此类区域点应考虑布设微气象监测装置。

3.3 布设在气象站点空白区域

新疆的气象站点密度较低，尤其是在“三山两盆”中的两盆——准噶尔盆地和塔里木盆地腹地基本上都未建设有气象站点。准噶尔盆地腹地已建成五家渠-塔城高电压输电线路，中间有超过40km沙漠区域缺乏必要的气象观测数据，可考虑布设微气象监测站点，为未来输电线路设计提供参考依据。

3.4 布设在电网事故多发地带

微气象监测的一个重要作用就是为电网还原事故发生时的天气状况，为后续事故分析、处理和后评价提供翔实的气象资料。因此需在此类地段布设微气象监测装置。

4 微气象站点布设实例

新疆拟在伊犁哈萨克自治州和博尔塔拉蒙古自治州之间新建一条高电压等级输电线路项目。线路起自伊犁哈萨克自治州尼勒克县苏布台乡的伊犁变电站，自伊犁变电站出线后，一路向北，在博尔博松村东进入北天山，穿过库尔萨伊大阪的无人区后进入博尔塔拉蒙古自治州精河县，继续向北到达龙博州变电站，线路长约

82km。

4.1 周边气象站情况

该线路在设计过程中可供参考利用的气象站分别为伊宁县气象站、尼勒克县气象站和精河县气象站，三个气象站的信息如表1所示。

这3 个气象站建站于1960年及之前，从资料的序列时长上来看完全满足设计要求，但3 个气象站距离线路均超过35km，对线路的代表性较差，尤其考虑到本输电线路有近40km 需穿越海拔在1400-2400m 的博罗科努山脉（库尔萨伊大阪无人区），气象站与输电线路的海拔差异更是巨大。

4.2 微气象装置布设点位

考虑到未来周边还会有其他类似的项目，也为了给输电线路后期运行维护带来一定的便利条件，该线路在设计过程中就考虑布设5 处微型气象装置，定名为微型气象装置YB1-YB5，5 处微型气象装置布设情况如表2。

（1）微型气象装置YB1 安装在距离伊犁变电站约12km 的丘陵区，该点位布设原则如下：1）作为输电线路南侧区域第一个微型气象观测点位，该点位对周边的气候环境代表性较好；2）与伊宁县和尼勒克县气象站距离接近，尤其是海拔与尼勒克县气象站接近，可以作为气象数据对比站；3）该点位交通条件便利，有利于设备后期维护维修。

（2）YB2 安装在距离伊犁变电站约27km 的高山区，据线路运检人员和当地牧民介绍，该点位较为特殊，当有天气现象时，该区域的风速明显较周边山区略大，如出现大风雪，该区域的积雪明显比周边区域严重，曾发生过牧民和牲畜受困于此情形。

经现场调研，发现该点位并非线路沿线海拔最高区域，但因该点位西南侧正对一条长约20km、宽约20-400m 的山谷，当区域天气发生变化时，存在空气在峡谷中受到挤压，气流集中加速，进而大幅提高风速的情况，在伴随降雪天气时，在地势相对低洼处会形成大面积积雪。在微地形分类中，该类型被称之为垭口型地形，对于输电线路设计而言，应引起足够的重视。因此在该点位布设一套微型气象装置。

（3）YB3 安装在距离伊犁变电站约31km 的高山区，该点位为本输电线路海拔最高的位置，在微地形分类中，该类型被称之为高山分水岭型地形，线路在翻越分水岭时，一般存在地形突变，空旷开阔，容易出现强风及严重覆冰情况，尤其在山顶及迎风坡侧，含有过冷却水滴的气团在风力作用下，沿山坡强制上升而绝热膨胀，使得过冷却水滴含量增大，导致导线上覆冰加重。因此在该点位布设一套微型气象装置。

（4）YB4 安装在距离博乐变电站约10km 的山前冲洪积平原区域，该点位对该段冲洪积平原代表性较好，可作为一个气象对比站，为未来周边其他输电线路设计提供参考气象资料。

5 结语

新疆现有的气象站点相较于新疆广袤的国土面积而言显得较为稀疏，对部分长距离输电线路的气象代表性偏弱，尤其是对部分微地形、微气象地区的气象代表性严重不足，客观上也要求输电线路依托输电铁塔优势，在部分站点设置微气象监测装置，既可用于输电线路覆冰状态的分析和判决的依据，又可为灾害预测、状态检修等提供全面的信息。本文结合实际工程项目，针对新疆地形地貌特点，提出了在新疆电网中微气象监测设备的布点方案，可供相关设计和规划部门参考使用。