甘肅地區氣溫變化對±1100 kV特高壓直流輸電工程線路的影響

陳彥求，保承家，何愛歡

（1.蘭州交通大學自動化與電氣工程學院，甘肅蘭州730070；2.國網甘肅省電力公司檢修公司，甘肅蘭州730050）

近百年來，地球表面的氣候正經歷了一次顯著的變暖，全國以及西北地區的氣溫在近年呈上升趨勢，最低氣溫有顯著增高趨勢[1-6]。陳隆勛等[7]指出，西北西部地區在變暖，35毅N以南、南嶺以北地區在變冷。氣溫變化對于人們的工作與生活影響較大。

氣溫的變化會影響輸電工程，高溫天氣影響導線的弧垂，氣溫越高，弧垂越大，即導線對地距離越小，對地安全距離不滿足規定要求時，存在安全隱患，可能產生放電現象和電擊觸電事故。環境溫度和導線溫度是輸電線路覆冰的主要影響因素[8]。所以，低溫天氣可能造成導線覆冰。氣溫對特高壓直流輸電線路的導線壽命也有一定的影響。因此，對線路工程途徑甘肅地區溫度變化趨勢分析的研究十分必要。

準東—華東（皖南）依1100 kV特高壓直流輸電工程線路工程起于新疆準東將軍廟換流站，終于安徽皖南換流站。沿線途經新疆、甘肅、寧夏、陜西、河南、安徽6省，線路全長約3 256.5 km（含長江大跨越3.143 km），航空線長度為2 963.8 km，海拔0~2300 m之間。送端換流站接入750 kV交流電網，受端換流站分層接入500/1000 kV交流電網。甘肅段全長1 276.9 km（甘肅省的跨距最長），途徑甘肅省酒泉市、張掖市、金昌市、武威市、白銀市、慶陽市、平涼市。甘肅北段線路起于新疆維吾爾自治區與甘肅省界，途經甘肅省敦煌市、瓜州縣，止于瓜州縣境內蘭新鐵路金泉站。

本文旨在對準東—華東（皖南）依1100 kV特高壓直流輸電工程線路工程途徑甘肅的18個氣象臺站收集的數據進行統計與分析，得到各臺站氣溫變化趨勢，為項目施工與設備選擇提供一定參考依據。

1 基于相關系數法的數據處理

1.1 羅曼諾夫斯基準則的數據剔除法

氣溫數據的處理經常采用氣象數據處理的方法。在10 a氣溫數據的測量過程中，由于儀器的變更，導致測量儀器的精度與原理不一致。處理數據時，必須將多年資料進行均一化處理。國外許多氣候學家在研究判斷非均一性的方法上做了大量工作[9-10]。

在數據采集過程中，由于操作者的失誤、外界條件等原因可能會產生較大誤差。含有較大誤差的測量數據是對測量數據的一種嚴重扭曲，必須予以剔除，保證數據處理的精確性。

在采樣次數較少（n臆10）的情況下，應用羅曼諾夫斯基準則處理數據可以得到穩定、可靠的數據處理結果。本文將采用諾曼諾夫斯基準則對18個臺站2006—2015年（n=10）每月的氣溫數據進行處理分析，剔除錯誤數據。

處理數據之前，一般認為測量數據符合正態分布，但是數理統計學可以證明，在測量次數較少的情況下，t分布更符合實際分布，羅曼諾夫斯基準則就是以t分布依據建立的。在一定測量次數n下，設等精度獨立測得的一組數據x1，x2,…xn，若對某一數據xk有懷疑，可以按照如下步驟判別：

（a）先將懷疑數據xk去掉，計算出不含xk的測量數據的算數平均值憶：

（b）計算出不包含xk的殘差在內的標準偏差s'：

（c）根據選定的顯著水平琢和測量次數n，在t分布表中查出檢測系數K（琢，n），啄=K（琢，n）s'。

具體剔除數據過程如下：

（1）在matlab中編輯程序，并通過判別步驟確定存在有誤數據的年份（n=10）；

（2）在存在有誤數據的年份中再進行判別，得到存在數據有誤的月份（n=6）；

（3）最后在這些月份中剔除存在問題的日平均氣溫數據（n=10）。

通過上述方法對各個臺站日平均氣溫數據值進行數據剔除，得到剔除結果（表1）。

通過采用羅曼諾夫斯基準則的數據剔除法，有效剔除了可疑數據，提高了后期數據處理的結果的可靠性。

表1 日平均氣溫數據剔除結果

1.2 相關系數法

氣溫—時間相關系數Rxt的定義為n個時刻（年）的要素序列與自然數列1，2，3，……，n的相關系數：

其中n為年數，xi是第i年要素值，為其樣本平均值顯然，當Rxt為正時，表示該要素在所計算的年內有線性增加的趨勢。反之，表示該要素在所計算的年內有線性減少的趨勢。通過計算本項目工程途徑地區各氣象臺站10 a數據的Rxt，得該地區的氣溫變化趨勢。

2 基于SPSS軟件的數據分析

將18個氣象臺站數據導入到SPSS軟件，并對各臺站氣溫數據進行分析，計算氣候趨勢系數。以敦煌為例，數據經過SPSS軟件分析處理得到敦煌10 a氣溫變化的曲線（圖1）。

圖1 敦煌10 a每月氣溫變化

趨勢分析：由圖1可得，敦煌地區1—6月氣溫呈增加趨勢，7—12月呈逐漸減小趨勢。

通過將敦煌10 a的數據代入相關系數公式，可以計算出敦煌的氣溫—時間系數Rxt=-0.200，得出敦煌地區近10 a氣溫有下降的趨勢。

由圖2可知敦煌10 a氣溫的平均值為10.8益，標準差為1.224，標準差值較大，可見敦煌地區近10 a氣溫值波動偏大。

圖2 敦煌10 a氣溫的平均值頻率分布

表2是18個臺站溫度平均值，平均最低氣溫，平均最高氣溫和氣溫與時間的相關系數。

表2 18個臺站10 a氣溫數據計算結果

由表2可得各個地區10 a氣溫的年平均值，平均最低氣溫以及最高氣溫。整個線路10 a的平均最低氣溫為-24.7益，平均最高氣溫為32.8益。敦煌、安西、玉門、金塔、酒泉、高臺、張掖、鎮原、涇川、靈臺等地氣溫—時間系數為負值，近10 a氣溫呈下降趨勢，其余地區氣溫呈上升趨勢。

結合表1計算結果得到工程沿線區域氣溫年平均值分布圖（圖3）。

圖3 依1100 kV特高壓直流輸電工程線路工程途徑甘肅地區18個臺站平均溫度分布

3 結論與討論

（1）通過對18個臺站氣溫數據處理，可得甘肅省近10 a平均氣溫的最大值空間變化特征，存在自西北向東南逐漸降低的趨勢，變化可能與海拔相關。而近10 a平均氣溫的最小值，則跟近10 a平均氣溫的最大值變化趨勢相反，呈自西北向東南逐漸增加的趨勢。

（2）敦煌、安西、靖遠、鎮原、涇川、靈臺、民勤等地平均氣溫最高，對于輸電線路的絕緣老化程度影響最大。永昌、古浪等地平均氣溫最低，設計與施工時應注意線路工程在上述地區的春季，冬季的覆冰天氣。

（3）張掖、靈臺、敦煌、高臺等地近年最高氣溫都高于30益，且氣溫—時間相關系數均為負，上述地區高溫危害風險將會有所減緩。民勤、武威、景泰、靖遠等地近年最高氣溫都高于30益，且氣溫—時間相關系數均為正，所以上述地區的高溫危害風險會更加嚴重。

（4）山丹、臨澤、永昌、古浪、民勤等地近年最低氣溫都低于-20益，且氣溫—時間相關系數均為正值，所以上述地區的低溫危害風險將有所減緩。安西、玉門、金塔、酒泉、高臺、張掖等地近年氣溫最小值低于-20益，且氣溫—時間相關系數均為負值，上述地區的低溫危害風險會更加嚴重。

（5）敦煌、安西、玉門、金塔、酒泉、高臺、張掖、鎮原、涇川、靈臺等地的氣溫有下降趨勢。由于金塔、酒泉等地近10 a最低氣溫在-24益左右，且氣溫有下降趨勢，在低溫天氣時，有可能造成輸電線路覆冰致使線路損壞和桿塔受力過大而倒塌，施工時應考慮桿塔承受能力和導線的拉伸能力。武威、臨澤、永昌、古浪、民勤、武威、景泰、靖遠等地的溫度有上升趨勢。整個沿線區域的氣溫有上升趨勢，由于民勤、靖遠等地近10 a最高氣溫在32益左右，且氣溫有上升趨勢，在高溫天氣時，有可能造成輸電線路軟化而形成弧垂，使輸電線路絕緣老化，帶來安全隱患，設計與施工時應盡量考慮輸電導線絕緣材料的耐熱性。

參考文獻：

[1]郝宏飛，辜永強，郝宏蕾.巴楚縣冬小麥生育期氣溫變化及其對小麥產量的影響 [J].沙漠與綠洲氣象，2016，10（5）：52-57.

[2]戴湘艷，呂衡彥，余華.吐魯番盆地冬季氣溫變化及特色林果冬季凍害指標分析[J].沙漠與綠洲氣象，2014，8（1）：51-56.

[3]張瑞波.尚華明，魏文壽，等.樹輪.啄13C記錄的阿勒泰地區近160 a 夏季氣溫變化[J].沙漠與綠洲氣象，2014，8（2）：34-40.

[4]李煥，白松竹，王干成.阿勒泰地區1961-2007年夏季平均最高氣溫及高溫日數變化特征 [J].沙漠與綠洲氣象，2014，8（3）：56-60.

[5]李海花，李煥，葛洪燕，等.阿勒泰地區冬季極端最低氣溫變化分析[J].沙漠與綠洲氣象，2012，6（6）：41-44.

[6]任國玉，初子瑩，國雅清，等.中國氣溫變化研究最新進展[J].氣候與環境研究，2005，10（4）：702-716.

[7]陳隆勛，近四十年我國氣候變化的初步分析[J].應用氣象學報.1991，2（2）：164-174.

[8]謝運華，三峽地區導線覆冰與氣象要素的關系[J].中國電力，2005，38（3）：35-39.

[9]Potter k W.Illustration of a new test for detecting a shift in mean precipitation series[J].Mon Wea Rev，1981，109：2040-2045.

[10]Easterling D R，Peterson T C.Techniques for detecting and adjusting for artificial discontinuities in climatological Time series：//Fifth International Meeting on Statistical Climatology[C]，1992：28-32.

[11]Easterling D R，Peterson T C.A new method for detecting undocumented discontinuities in climatological time series[J].J Climatol，1995（15）：369-377.

[12]李棟梁，彭素琴，姚輝.我國西北地區冬季平均氣溫的氣候特征[J].大氣科學.1995，19（2）：192-199.

[13]于淑秋.近50年我國平均溫度的氣候變化.應用氣象學報，2005，16（6）：787-793.

[14]馬柱國，符淙斌，任小波，等.中國北方年極端溫度的變化趨勢與區域增暖的聯系[J].地理學報.2003，58：11-20.

[15]朱飆，馬鵬里.甘肅省風速變化趨勢分析[J].干旱區資源與環境.2012，26（12）：90-95.

[16]楊萍，劉偉東.近40年我國極端溫度變化趨勢和季節特征[J].2010，21（1）：29-35.

[17]Karl T R，Kukla G，Razuvayev V N，et al.Global warming：Evidence for asymmetric diurnal temperature change[J].Geophys Res Lett，1991（18）：2253-2256.

[18]唐紅玉，翟盤茂.1951—2002年中國平均最高、最低氣溫及日較差變化[J].氣候與環境研究，2003，10（4）：731-735.

[19]周垚.高壓輸電線路導線溫度在線監測系統研究與實現[D].北京：北京交通大學，2009.

[20]王紹武，聞新，宇羅勇，等.近千年全球溫度變化研究的新進展[J].氣候變化研究進展，2007，3（1）：14-19.

[21]張輝.運行條件下輸電線路熱載荷能力研究[D].山東：山東大學，2008.

[22]唐國利，丁一匯.近44年南京溫度變化的特征及其可能原因的分析[J].大氣科學，2006，30（1）：56-68.

[23]白虎志，任國玉，張愛英，等.城市熱島效應對甘肅省溫度序列的影響[J].高原氣象，2006，25（1）：90-94.

[24]唐紅玉，李錫福.青海高原近40年來最高和最低溫度變化趨勢的初步分析[J].高原氣象，1999，18（2）：230-235.