郭仁鴻 蘇瓊
摘要:通過馬鞍山區(qū)域附近氣象觀測資料估算導(dǎo)線覆冰厚度,并以覆冰調(diào)查資料和已建輸電線路冰災(zāi)資料,結(jié)合《電力工程氣象勘測技術(shù)規(guī)程》分析架空輸電線路的設(shè)計(jì)冰厚取值,并提出了云南西北地區(qū)高海拔區(qū)域架空輸電線路設(shè)計(jì)冰厚取值的建議和需進(jìn)一步研究的問題。
關(guān)鍵詞:設(shè)計(jì)冰厚;導(dǎo)線覆冰;輸電線路;冰災(zāi);高海拔。
云南省西北地區(qū)已建有多條輸電線路經(jīng)過3000m以上的高海拔地區(qū),高海拔地區(qū)降雪量大、低溫持續(xù)時間長,易形成較大的導(dǎo)線覆冰現(xiàn)象。云南西北地區(qū)已有多條輸電線路發(fā)生導(dǎo)線覆冰災(zāi)害事故,嚴(yán)重威脅了電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。導(dǎo)線設(shè)計(jì)冰厚取值直接影響到架空輸電線路工程的安全性、經(jīng)濟(jì)性和適用性,設(shè)計(jì)冰厚的合理取值有著非常重要的意義。
苗尾電站500kV交流過渡送出工程,線路起于大華橋水電站升壓站,止于500kV大理黃坪變電站,沿線海拔1600~3700m,線路全長139km。其中馬鞍山地段(本文重點(diǎn)論述)海拔3500m以上,長約5km,該段線路呈西北-東南走向。根據(jù)《110kV~750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定,本工程設(shè)計(jì)冰厚按10m高50年一遇設(shè)計(jì)。
1 地形條件及氣候特征
本工程線路所經(jīng)的馬鞍山區(qū)域地處云南大理州鶴慶縣和洱源縣的分水嶺,山脈呈南-北走向,最高峰海拔3998m。平均氣壓669.2hPa;多年平均氣溫8.4℃,冬季平均最低氣溫-8.1℃;多年平均相對濕度70%;平均風(fēng)速9.2m/s,主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)閃SW;氣候特點(diǎn)為:氣壓低、低溫持續(xù)時間長、降雪及積雪時間長、濕度大、風(fēng)能資源豐富、立體氣候較為明顯。
2 覆冰成因分析
馬鞍山區(qū)域冷空氣主要來源為:西伯利亞寒流南下,經(jīng)新疆向東南方向移動,跨越青藏高原南部,然后沿瀾滄江、怒江等南北走向的河谷南下,入侵到本工程區(qū)域。水汽來源主要為:印度洋—孟加拉灣地區(qū)向西南地區(qū)輸送的水汽,加之線路區(qū)域洱海、西洱湖等大型湖泊水汽蒸發(fā)效應(yīng),使得馬鞍山區(qū)域濕度較大。在冷空氣和水汽的共同影響下,形成降雪天氣過程,加之風(fēng)速的作用,易形成導(dǎo)線覆冰。根據(jù)附近區(qū)域洱源、鶴慶氣象站1971~2000年凍雨、降雪日數(shù)統(tǒng)計(jì)資料,區(qū)域內(nèi)未發(fā)生過凍雨天氣過程,并根據(jù)對馬鞍山區(qū)域附近村民的走訪調(diào)查,此區(qū)域的覆冰性質(zhì)主要為濕雪覆冰,密度約0.1~0.3g/cm3。
2 導(dǎo)線覆冰相關(guān)氣象要素分析
1) 氣溫
根據(jù)馬鞍山區(qū)域附近洱源氣象站(東經(jīng)99°58′,北緯26°07′)歷年各月平均最低氣溫資料,計(jì)算得馬鞍山地段月平均最低氣溫見表1。
表1 月平均最低氣溫計(jì)算成果表
馬鞍山地段 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
月最低氣溫(℃) -9.0 -6.9 -3.9 -0.6 3.6 7.5 7.9 7.1 5.4 1.5 -4.3 -8.6
2) 濕度
根據(jù)馬鞍山區(qū)域附近各氣象站1951~2005年降雪時段同時相對濕度均大于90%。另據(jù)馬鞍山區(qū)域附近恩兆山風(fēng)電場2014年2月16日~19日降雪天氣同時相對濕度觀測資料見表2。
表2 恩兆山風(fēng)電場一次降雪過程氣相對濕度統(tǒng)計(jì)表
日期 平均相對濕度(%) 最大相對濕度(%)
2014年2月16日 87.7 95.4
2014年2月17日 92.5 93.8
2014年2月18日 91.7 94.5
2014年2月19日 76.8 93.8
3) 風(fēng)速及風(fēng)向
馬鞍山區(qū)域0003號測風(fēng)塔(東經(jīng)100° 6',北緯26°13',海拔3706m)11月~次年4月平均風(fēng)速和主導(dǎo)風(fēng)向見表3。
表3 月平均風(fēng)速及主導(dǎo)風(fēng)向統(tǒng)計(jì)表
測風(fēng)塔 項(xiàng)目 11月 12月 1月 2月 3月 4月
0003號 風(fēng)速(m/s) 8.1 11.6 11.7 12.3 11.2 10.6
主導(dǎo)風(fēng)向 WSW WSW WSW WSW SW N
4) 降水
根據(jù)馬鞍山區(qū)域附近洱源氣象站降雪時段過程降水量資料系列,采用P-Ⅲ型進(jìn)行頻率計(jì)算,計(jì)算成果見表4, P-Ⅲ頻率曲線見圖1。
表4 各頻率月最大降水量表
重現(xiàn)期(年) 50 30 20 15 10 5 3
月平均降水量(mm) 93.3 84.0 75.5 70.9 61.8 75.5 37.7
圖2 11月~次年4月平均降水量頻率適線圖
5)氣象要素估算導(dǎo)線覆冰厚度
根據(jù)上述氣象資料分析,馬鞍山區(qū)域氣溫、濕度、風(fēng)速和降水均能夠滿足導(dǎo)線覆冰的條件,當(dāng)濕雪覆冰條件滿足時,導(dǎo)線覆冰厚度主要取決于過程降水量的大小?,F(xiàn)根據(jù)云南西北地區(qū)近期幾次強(qiáng)降雪天氣過程的降水量與導(dǎo)線覆冰厚度關(guān)系來估算馬鞍山地段50年一遇導(dǎo)線覆冰厚度,計(jì)算成果見表5。
表5 過程降水量與導(dǎo)線覆冰統(tǒng)計(jì)表
時間 地點(diǎn) 海拔(m) 過程降水量(mm) 標(biāo)準(zhǔn)冰厚(mm) 覆冰圖片
2011.1 碧落雪山 3500 72.3 25.5
2013.12 馬鞍山 3300 37.2 16.5
2014.2 恩兆山 3400 62.0 20.8
根據(jù)上表統(tǒng)計(jì)情況,導(dǎo)線覆冰厚度與降雪過程降水量呈正比關(guān)系,馬鞍山區(qū)域50年一遇月降雪時段過程降水量為93.3mm(此計(jì)算值為氣象站數(shù)據(jù)推算值,隨著海拔增加降水量還會相應(yīng)增大),故估算得馬鞍山區(qū)域(海拔3500m以上)50年一遇導(dǎo)線覆冰厚度將大于上述2011年1月發(fā)生的導(dǎo)線覆冰厚度25.5mm,達(dá)到30mm覆冰量級。
4 覆冰調(diào)查計(jì)算
根據(jù)馬鞍山附近區(qū)域較可靠的覆冰觀測及調(diào)查資料,采用《電力工程氣象勘測技術(shù)規(guī)范》(DL/T 5158-2012)覆冰計(jì)算公式,計(jì)算得到離地10m高50年一遇設(shè)計(jì)冰厚見表6。
表6 馬鞍山區(qū)域覆冰計(jì)算表
序號 調(diào)查區(qū)域 海拔
(m) 調(diào)查覆冰直徑
(mm) 標(biāo)準(zhǔn)冰厚
(mm) 50年一遇設(shè)計(jì)冰厚
(mm)
1 馬鞍山 3500 130 25.5 28.2
2 3600 150 30.0 28.4
3 3300 100 20.8 20.3
4 2900 80 16.5 18.2
5 已建線路設(shè)計(jì)冰厚及運(yùn)行情況
220kV騎龍山風(fēng)電場送出線路,海拔2900~3520m地段設(shè)計(jì)冰厚20mm,其余地段設(shè)計(jì)冰厚5mm和10mm,2011年投運(yùn),2014年2月大雪,導(dǎo)致N9號塔(海拔約3400m)三相導(dǎo)線脫落。
220kV金華風(fēng)電場送出線路工程,海拔2350~3800m,馬鞍山山梁地段(海拔3000~3800m)設(shè)計(jì)冰厚20mm,海拔3500m以上按25mm冰厚驗(yàn)算,其余地段設(shè)計(jì)冰厚10mm。
220kV劍川變~黃坪變Ⅱ回線路工程,海拔2200~3800m,翻越馬鞍山段(海拔3000~3800m)設(shè)計(jì)冰厚20mm,馬鞍山山梁段采取加強(qiáng)措施,其余地段設(shè)計(jì)冰厚10mm。
35kV石蒲塘風(fēng)電場集電線路,海拔3300~3700m,設(shè)計(jì)冰厚20mm,2011年12月風(fēng)電場區(qū)域發(fā)生覆冰壓斷導(dǎo)線的冰災(zāi)事故。
5 設(shè)計(jì)冰厚
根據(jù)馬鞍山區(qū)域覆冰成因分析、覆冰相關(guān)氣象要素計(jì)算成果、覆冰調(diào)查計(jì)算成果、已建線路設(shè)計(jì)冰厚及運(yùn)行情況,并結(jié)合馬鞍山區(qū)域地形條件、水汽情況、風(fēng)速及主導(dǎo)風(fēng)向、海拔等因素,綜合分析確定,本線路工程馬鞍山區(qū)域,海拔3400~3700m地段設(shè)計(jì)冰厚為30mm。
6 結(jié)語
本工程線路區(qū)域無觀冰站,通過氣象站、測風(fēng)塔觀測資料分析計(jì)算,馬鞍山區(qū)域能夠滿足較大導(dǎo)線覆冰的條件,且估算得馬鞍山區(qū)域海拔3500m以上地段50年一遇設(shè)計(jì)冰厚大于25.5mm;通過已建線路運(yùn)行冰災(zāi)事故資料計(jì)算得馬鞍山區(qū)域海拔3500m以上地段50年一遇設(shè)計(jì)冰厚已達(dá)30mm量級;并考慮到本工程線路馬鞍山段線路走向與冬季主導(dǎo)基本垂直,且處于分水嶺、風(fēng)口等地形,有利于風(fēng)速作用下形成導(dǎo)線覆冰,故本工程線路馬鞍山區(qū)域海拔3500m以上地段設(shè)計(jì)冰厚30mm取值依據(jù)是科學(xué)、合理的。
(2)馬鞍山區(qū)域地處大理州洱海周邊分水嶺地帶,本文論述成果可適用于大理州洱海分水嶺高海拔區(qū)域,可供其它輸電線路的設(shè)計(jì)參考。
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