山西省不同導(dǎo)線電線積冰特征對(duì)比分析

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(duì)電線積冰觀測(cè)規(guī)范進(jìn)行了調(diào)整，將原4 mm導(dǎo)線更換為26.8 mm電纜。利用山西省積冰觀測(cè)站兩種導(dǎo)線的平行觀測(cè)資料，對(duì)比分析了其觀測(cè)結(jié)果的特征及差異。結(jié)果表明，兩種直徑導(dǎo)線的電線積冰觀測(cè)數(shù)據(jù)未出現(xiàn)較大差異，且雨凇情況下觀測(cè)數(shù)據(jù)的一致性比霧凇好。

關(guān)鍵詞：電線積冰；導(dǎo)線；觀測(cè)方法；數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

中圖分類號(hào)：P426.63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.18.020

電線積冰是危害較嚴(yán)重的一種氣象災(zāi)害，它的出現(xiàn)常導(dǎo)致電力和通訊線路損壞，妨礙了鐵路和公路運(yùn)輸，其中，雨淞對(duì)農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)的危害更大，它會(huì)壓死秋播作物，并使牲畜因吃不到草而導(dǎo)致大批死亡。氣象部門較早就開展了電線積冰觀測(cè)，積累了長期的觀測(cè)資料，為理論研究、工程設(shè)計(jì)和防災(zāi)減災(zāi)等工作提供了科學(xué)依據(jù)。

2010-11，為了滿足氣象服務(wù)與預(yù)報(bào)的需求，中國氣象局綜合觀測(cè)司下發(fā)了《關(guān)于電線積冰觀測(cè)業(yè)務(wù)調(diào)整有關(guān)事宜的通知》（氣測(cè)函〔2010〕253號(hào)），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(dǎo)線開展電線積冰觀測(cè)業(yè)務(wù)，所有電線積冰觀測(cè)臺(tái)站從2011-01-01起，采用26.8 mm電纜正式觀測(cè)、發(fā)報(bào)、存檔，并從2011-01-01起至春季電線積冰觀測(cè)結(jié)束期間開展4 mm和26.8 mm電線積冰對(duì)比觀測(cè)工作。下面將對(duì)比分析兩種導(dǎo)線上電線積冰的特征及其差異，評(píng)估其一致性。

1 電線積冰的觀測(cè)方法

電線積冰是一種雨凇、霧凇凝附在導(dǎo)線上或濕雪凍結(jié)在導(dǎo)線上的氣象災(zāi)害。本文所用的4 mm和26.8 mm電線積冰觀測(cè)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(fēng)向和風(fēng)速。

積冰直徑：垂直于導(dǎo)線的切面上冰層積結(jié)的最大數(shù)值線，包括導(dǎo)線直徑在內(nèi)，以mm為單位。

積冰厚度：導(dǎo)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(dǎo)線上冰層的質(zhì)量，以g/m為單位。

2 對(duì)比統(tǒng)計(jì)方法

本文基于2011-01-01至春季兩種導(dǎo)線同期平行觀測(cè)數(shù)據(jù)，采用以下方法對(duì)觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。

2.1 對(duì)比差值

3.2 對(duì)比分析

3.2.1 兩種導(dǎo)線觀測(cè)平均差值狀況

兩種導(dǎo)線的直徑（分別為26.8 mm、4 mm）差為22.8 mm，也就是說，兩種導(dǎo)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(duì)山西省2011-01—2011-04出現(xiàn)的9站次電線積冰觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算出了兩種不同導(dǎo)線積冰結(jié)果的對(duì)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(dǎo)線的觀測(cè)結(jié)果偏差較小，不足1.0 mm。所有觀測(cè)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(dá)-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(jì)的差值標(biāo)準(zhǔn)差的平均值來看，在1.3～1.8 mm之間，說明觀測(cè)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(dǎo)線進(jìn)行電線積冰測(cè)量。

3.2.2 對(duì)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(shí)的典型天氣是微寒（0～3 ℃）、有雨、風(fēng)力強(qiáng)、霧滴大。霧凇是在微風(fēng)嚴(yán)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(fēng)、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(fēng)面上形成。表3將觀測(cè)時(shí)次的溫度、風(fēng)向、風(fēng)速與統(tǒng)計(jì)的與22.8 mm的離差進(jìn)行了對(duì)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(fēng)速小的時(shí)候，對(duì)比差值偏大，與22.8 mm的離差達(dá)到1.8 mm或以上的為第2，5，6組，風(fēng)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(duì)較高，風(fēng)速偏低時(shí)，對(duì)比差值的離差相對(duì)較大，例如第7組，風(fēng)速為1.4 m/s，與22.8 mm的離差為-0.8 mm；第8，9組風(fēng)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(cè)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(tái)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(jì)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(shí)，離差較小，也就是說，兩種導(dǎo)線測(cè)量的結(jié)果較為一致（離差絕對(duì)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(shí)（第1～6組），離差較大，即兩種導(dǎo)線測(cè)量的結(jié)果差別較大（離差絕對(duì)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(jì)的與直徑差值的離差結(jié)果看，電線積冰直徑和厚度受風(fēng)速、氣溫影響較明顯——風(fēng)速大、氣溫高時(shí)，導(dǎo)線直徑大的測(cè)得的積冰直徑和厚度偏大；風(fēng)速小、氣溫低時(shí)，導(dǎo)線直徑大的測(cè)得的積冰直徑和厚度偏小。

4 結(jié)果與討論

從標(biāo)準(zhǔn)差可以看出，樣本標(biāo)準(zhǔn)差基本在1～2 mm之間，兩種直徑的電線積冰觀測(cè)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(gè)體來看，氣溫高、風(fēng)速小的時(shí)候，對(duì)比差值偏大；溫度低、風(fēng)速小的時(shí)候，對(duì)比差值偏小。對(duì)比差值與風(fēng)向的關(guān)系不明顯。

從樣本個(gè)體來看，電線積冰直徑和厚度受風(fēng)速和氣溫的影響較明顯。

當(dāng)電線積冰現(xiàn)象為雨凇時(shí)，兩種導(dǎo)線測(cè)量的結(jié)果較為一致；而出現(xiàn)霧凇天氣現(xiàn)象時(shí)，兩種導(dǎo)線測(cè)量的結(jié)果差別較大。

由于樣本太少，無法分析觀測(cè)站點(diǎn)位置對(duì)對(duì)比差值平均值和對(duì)比差值標(biāo)準(zhǔn)差的影響。

根據(jù)上述評(píng)估結(jié)果，我們認(rèn)為將電線積冰觀測(cè)導(dǎo)線由4 mm變更為26.8 mm，其觀測(cè)結(jié)果誤差在允許范圍內(nèi)，但由于我省在對(duì)比觀測(cè)期內(nèi)樣本太少，上述結(jié)論還需進(jìn)一步驗(yàn)證。

此項(xiàng)工作的完成，對(duì)山西省的電網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)及安全運(yùn)行有著重要的現(xiàn)實(shí)意義，而且對(duì)今后新建線路的設(shè)計(jì)、合理選擇走徑、有效降低工程造價(jià)、提高線路的抗冰能力等也有較好的指導(dǎo)意義。

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