山西省不同導線電線積冰特征對比分析

李亞軍　衛晉芳　張忠效　郭翠榮　管麗晶

摘 要：2011年，中國氣象局對電線積冰觀測規范進行了調整，將原4 mm導線更換為26.8 mm電纜。利用山西省積冰觀測站兩種導線的平行觀測資料，對比分析了其觀測結果的特征及差異。結果表明，兩種直徑導線的電線積冰觀測數據未出現較大差異，且雨凇情況下觀測數據的一致性比霧凇好。

關鍵詞：電線積冰；導線；觀測方法；數據統計

中圖分類號：P426.63 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.18.020

電線積冰是危害較嚴重的一種氣象災害，它的出現常導致電力和通訊線路損壞，妨礙了鐵路和公路運輸，其中，雨淞對農業和畜牧業的危害更大，它會壓死秋播作物，并使牲畜因吃不到草而導致大批死亡。氣象部門較早就開展了電線積冰觀測，積累了長期的觀測資料，為理論研究、工程設計和防災減災等工作提供了科學依據。

2010-11，為了滿足氣象服務與預報的需求，中國氣象局綜合觀測司下發了《關于電線積冰觀測業務調整有關事宜的通知》（氣測函〔2010〕253號），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的導線開展電線積冰觀測業務，所有電線積冰觀測臺站從2011-01-01起，采用26.8 mm電纜正式觀測、發報、存檔，并從2011-01-01起至春季電線積冰觀測結束期間開展4 mm和26.8 mm電線積冰對比觀測工作。下面將對比分析兩種導線上電線積冰的特征及其差異，評估其一致性。

1 電線積冰的觀測方法

電線積冰是一種雨凇、霧凇凝附在導線上或濕雪凍結在導線上的氣象災害。本文所用的4 mm和26.8 mm電線積冰觀測的要素包括電線積冰現象（雨凇、霧凇、濕雪）、電線積冰南北方向上的直徑、厚度、質量，電線積冰東西方向上的直徑、厚度、質量，電線積冰溫度、風向和風速。

積冰直徑：垂直于導線的切面上冰層積結的最大數值線，包括導線直徑在內，以mm為單位。

積冰厚度：導線切面上垂直于積冰直徑方向上冰層積結的最大數值線，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。

積冰質量：1 m長導線上冰層的質量，以g/m為單位。

2 對比統計方法

本文基于2011-01-01至春季兩種導線同期平行觀測數據，采用以下方法對觀測結果進行對比分析。

2.1 對比差值

3.2 對比分析

3.2.1 兩種導線觀測平均差值狀況

兩種導線的直徑（分別為26.8 mm、4 mm）差為22.8 mm，也就是說，兩種導線電線積冰的直徑或厚度差越接近22.8 mm，則偏差越小。通過對山西省2011-01—2011-04出現的9站次電線積冰觀測數據進行統計，計算出了兩種不同導線積冰結果的對比差值以及該差值與22.8 mm的離差，結果如表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，說明這兩種導線的觀測結果偏差較小，不足1.0 mm。所有觀測數據中離差最大的為第6組（長治站），結冰現象為霧凇，離差達-3.8～-2.8 mm，可能是由于積冰過程中的偶然因素造成的。從統計的差值標準差的平均值來看，在1.3～1.8 mm之間，說明觀測數據的離散程度較小，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導線進行電線積冰測量。

3.2.2 對比差值分布特征

電線積冰的形成過程受天氣條件的影響較大，形成雨凇時的典型天氣是微寒（0～3 ℃）、有雨、風力強、霧滴大。霧凇是在微風嚴寒（-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、微寒（-7～-2 ℃）的天氣里，由過冷卻霧滴直接凍結在物體的迎風面上形成。表3將觀測時次的溫度、風向、風速與統計的與22.8 mm的離差進行了對照。

從表3可以看出，由霧凇現象形成的電線結冰氣溫均較低，風速小的時候，對比差值偏大，與22.8 mm的離差達到1.8 mm或以上的為第2，5，6組，風速分別為1.1 m/s、0.2 m/s和1.0 m/s；由雨凇現象形成的電線積冰氣溫相對較高，風速偏低時，對比差值的離差相對較大，例如第7組，風速為1.4 m/s，與22.8 mm的離差為-0.8 mm；第8，9組風速均較大，與22.8 mm的離差僅為0.2 mm。

3.2.3 不同電線積冰現象的影響

2011-01—2011-04月觀測到的9站次電線積冰過程中，出現霧凇6次，雨凇3次，其中，五臺山出現4次霧凇天氣，河曲站出現1次霧凇天氣，長治站出現1次霧凇天氣、2次雨凇天氣，介休站出現1次雨凇天氣。

從表3統計的與直徑差值的離差來看，出現雨凇天氣現象（第7，8，9組）時，離差較小，也就是說，兩種導線測量的結果較為一致（離差絕對值為0.2～0.8 mm，平均值為0.4 mm）；而出現霧凇天氣現象時（第1～6組），離差較大，即兩種導線測量的結果差別較大（離差絕對值為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統計的與直徑差值的離差結果看，電線積冰直徑和厚度受風速、氣溫影響較明顯——風速大、氣溫高時，導線直徑大的測得的積冰直徑和厚度偏大；風速小、氣溫低時，導線直徑大的測得的積冰直徑和厚度偏小。

4 結果與討論

從標準差可以看出，樣本標準差基本在1～2 mm之間，兩種直徑的電線積冰觀測數據未出現大的差異，差值平均值都在兩種電纜直徑差（22.8 mm）左右。

從樣本個體來看，氣溫高、風速小的時候，對比差值偏大；溫度低、風速小的時候，對比差值偏小。對比差值與風向的關系不明顯。

從樣本個體來看，電線積冰直徑和厚度受風速和氣溫的影響較明顯。

當電線積冰現象為雨凇時，兩種導線測量的結果較為一致；而出現霧凇天氣現象時，兩種導線測量的結果差別較大。

由于樣本太少，無法分析觀測站點位置對對比差值平均值和對比差值標準差的影響。

根據上述評估結果，我們認為將電線積冰觀測導線由4 mm變更為26.8 mm，其觀測結果誤差在允許范圍內，但由于我省在對比觀測期內樣本太少，上述結論還需進一步驗證。

此項工作的完成，對山西省的電網規劃、建設及安全運行有著重要的現實意義，而且對今后新建線路的設計、合理選擇走徑、有效降低工程造價、提高線路的抗冰能力等也有較好的指導意義。

參考文獻

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