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山西省不同导线电线积冰特征对比分析

2016-11-04李亚军卫晋芳张忠效郭翠荣管丽晶

科技与创新 2016年18期
关键词:数据统计导线

李亚军 卫晋芳 张忠效 郭翠荣 管丽晶

摘 要:2011年,中国气象局对电线积冰观测规范进行了调整,将原4 mm导线更换为26.8 mm电缆。利用山西省积冰观测站两种导线的平行观测资料,对比分析了其观测结果的特征及差异。结果表明,两种直径导线的电线积冰观测数据未出现较大差异,且雨凇情况下观测数据的一致性比雾凇好。

关键词:电线积冰;导线;观测方法;数据统计

中图分类号:P426.63 文献标识码:A DOI:10.15913/j.cnki.kjycx.2016.18.020

电线积冰是危害较严重的一种气象灾害,它的出现常导致电力和通讯线路损坏,妨碍了铁路和公路运输,其中,雨淞对农业和畜牧业的危害更大,它会压死秋播作物,并使牲畜因吃不到草而导致大批死亡。气象部门较早就开展了电线积冰观测,积累了长期的观测资料,为理论研究、工程设计和防灾减灾等工作提供了科学依据。

2010-11,为了满足气象服务与预报的需求,中国气象局综合观测司下发了《关于电线积冰观测业务调整有关事宜的通知》(气测函〔2010〕253号),用直径26.8 mm粗的220 kV电力传输主干线用电缆来代替原来直径为4 mm的导线开展电线积冰观测业务,所有电线积冰观测台站从2011-01-01起,采用26.8 mm电缆正式观测、发报、存档,并从2011-01-01起至春季电线积冰观测结束期间开展4 mm和26.8 mm电线积冰对比观测工作。下面将对比分析两种导线上电线积冰的特征及其差异,评估其一致性。

1 电线积冰的观测方法

电线积冰是一种雨凇、雾凇凝附在导线上或湿雪冻结在导线上的气象灾害。本文所用的4 mm和26.8 mm电线积冰观测的要素包括电线积冰现象(雨凇、雾凇、湿雪)、电线积冰南北方向上的直径、厚度、质量,电线积冰东西方向上的直径、厚度、质量,电线积冰温度、风向和风速。

积冰直径:垂直于导线的切面上冰层积结的最大数值线,包括导线直径在内,以mm为单位。

积冰厚度:导线切面上垂直于积冰直径方向上冰层积结的最大数值线,以mm为单位。直径是指与铁丝垂直截面上冰(含铁丝)的长径,厚度指短径。

积冰质量:1 m长导线上冰层的质量,以g/m为单位。

2 对比统计方法

本文基于2011-01-01至春季两种导线同期平行观测数据,采用以下方法对观测结果进行对比分析。

2.1 对比差值

3.2 对比分析

3.2.1 两种导线观测平均差值状况

两种导线的直径(分别为26.8 mm、4 mm)差为22.8 mm,也就是说,两种导线电线积冰的直径或厚度差越接近22.8 mm,则偏差越小。通过对山西省2011-01—2011-04出现的9站次电线积冰观测数据进行统计,计算出了两种不同导线积冰结果的对比差值以及该差值与22.8 mm的离差,结果如表2所示。

从表2中直径差值22.8 mm的离差平均值来看,在-0.7~-0.2 mm之间,说明这两种导线的观测结果偏差较小,不足1.0 mm。所有观测数据中离差最大的为第6组(长治站),结冰现象为雾凇,离差达-3.8~-2.8 mm,可能是由于积冰过程中的偶然因素造成的。从统计的差值标准差的平均值来看,在1.3~1.8 mm之间,说明观测数据的离散程度较小,具有较好的代表性,因此,可以用26.8 mm直径的电缆来替代4 mm导线进行电线积冰测量。

3.2.2 对比差值分布特征

电线积冰的形成过程受天气条件的影响较大,形成雨凇时的典型天气是微寒(0~3 ℃)、有雨、风力强、雾滴大。雾凇是在微风严寒(-15 ℃以下)的天气里,由空气中水汽直接凝华而成,也可以在浓雾、有风、微寒(-7~-2 ℃)的天气里,由过冷却雾滴直接冻结在物体的迎风面上形成。表3将观测时次的温度、风向、风速与统计的与22.8 mm的离差进行了对照。

从表3可以看出,由雾凇现象形成的电线结冰气温均较低,风速小的时候,对比差值偏大,与22.8 mm的离差达到1.8 mm或以上的为第2,5,6组,风速分别为1.1 m/s、0.2 m/s和1.0 m/s;由雨凇现象形成的电线积冰气温相对较高,风速偏低时,对比差值的离差相对较大,例如第7组,风速为1.4 m/s,与22.8 mm的离差为-0.8 mm;第8,9组风速均较大,与22.8 mm的离差仅为0.2 mm。

3.2.3 不同电线积冰现象的影响

2011-01—2011-04月观测到的9站次电线积冰过程中,出现雾凇6次,雨凇3次,其中,五台山出现4次雾凇天气,河曲站出现1次雾凇天气,长治站出现1次雾凇天气、2次雨凇天气,介休站出现1次雨凇天气。

从表3统计的与直径差值的离差来看,出现雨凇天气现象(第7,8,9组)时,离差较小,也就是说,两种导线测量的结果较为一致(离差绝对值为0.2~0.8 mm,平均值为0.4 mm);而出现雾凇天气现象时(第1~6组),离差较大,即两种导线测量的结果差别较大(离差绝对值为0.2~3.8 mm,平均值为1.5 mm)。

3.2.4 积冰过程气象条件的影响

从表2统计的与直径差值的离差结果看,电线积冰直径和厚度受风速、气温影响较明显——风速大、气温高时,导线直径大的测得的积冰直径和厚度偏大;风速小、气温低时,导线直径大的测得的积冰直径和厚度偏小。

4 结果与讨论

从标准差可以看出,样本标准差基本在1~2 mm之间,两种直径的电线积冰观测数据未出现大的差异,差值平均值都在两种电缆直径差(22.8 mm)左右。

从样本个体来看,气温高、风速小的时候,对比差值偏大;温度低、风速小的时候,对比差值偏小。对比差值与风向的关系不明显。

从样本个体来看,电线积冰直径和厚度受风速和气温的影响较明显。

当电线积冰现象为雨凇时,两种导线测量的结果较为一致;而出现雾凇天气现象时,两种导线测量的结果差别较大。

由于样本太少,无法分析观测站点位置对对比差值平均值和对比差值标准差的影响。

根据上述评估结果,我们认为将电线积冰观测导线由4 mm变更为26.8 mm,其观测结果误差在允许范围内,但由于我省在对比观测期内样本太少,上述结论还需进一步验证。

此项工作的完成,对山西省的电网规划、建设及安全运行有着重要的现实意义,而且对今后新建线路的设计、合理选择走径、有效降低工程造价、提高线路的抗冰能力等也有较好的指导意义。

参考文献

[1]中国气象局.地面气象观测规范[M].北京:气象出版社,2003.

[2]张国庆,张加昆,祁栋林,等.青海东部电线积冰的初步观测分析[J].应用气象学报,2006(4).

[3]王如荣,解朝真,张树林.南岭覆冰气象站观测资料分析与高压输电线路建设的探讨[J].山西气象,1997(4).

[4]李俊亭,郭建喜.河南雨凇天气的主要特征及成因分析[J].河南气象,1986(1).

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