甘肅地區(qū)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(xué)自動化與電氣工程學(xué)院，甘肅蘭州730070；2.國網(wǎng)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(jīng)歷了一次顯著的變暖，全國以及西北地區(qū)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(qū)在變暖，35毅N以南、南嶺以北地區(qū)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(dǎo)線的弧垂，氣溫越高，弧垂越大，即導(dǎo)線對地距離越小，對地安全距離不滿足規(guī)定要求時，存在安全隱患，可能產(chǎn)生放電現(xiàn)象和電擊觸電事故。環(huán)境溫度和導(dǎo)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(dǎo)線覆冰。氣溫對特高壓直流輸電線路的導(dǎo)線壽命也有一定的影響。因此，對線路工程途徑甘肅地區(qū)溫度變化趨勢分析的研究十分必要。

準(zhǔn)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(zhǔn)東將軍廟換流站，終于安徽皖南換流站。沿線途經(jīng)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(wǎng)，受端換流站分層接入500/1000 kV交流電網(wǎng)。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?jīng)鍪?。甘肅北段線路起于新疆維吾爾自治區(qū)與甘肅省界，途經(jīng)甘肅省敦煌市、瓜州縣，止于瓜州縣境內(nèi)蘭新鐵路金泉站。

本文旨在對準(zhǔn)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(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，得到各臺站氣溫變化趨勢，為項(xiàng)目施工與設(shè)備選擇提供一定參考依據(jù)。

1 基于相關(guān)系數(shù)法的數(shù)據(jù)處理

1.1 羅曼諾夫斯基準(zhǔn)則的數(shù)據(jù)剔除法

氣溫?cái)?shù)據(jù)的處理經(jīng)常采用氣象數(shù)據(jù)處理的方法。在10 a氣溫?cái)?shù)據(jù)的測量過程中，由于儀器的變更，導(dǎo)致測量儀器的精度與原理不一致。處理數(shù)據(jù)時，必須將多年資料進(jìn)行均一化處理。國外許多氣候?qū)W家在研究判斷非均一性的方法上做了大量工作[9-10]。

在數(shù)據(jù)采集過程中，由于操作者的失誤、外界條件等原因可能會產(chǎn)生較大誤差。含有較大誤差的測量數(shù)據(jù)是對測量數(shù)據(jù)的一種嚴(yán)重扭曲，必須予以剔除，保證數(shù)據(jù)處理的精確性。

在采樣次數(shù)較少（n臆10）的情況下，應(yīng)用羅曼諾夫斯基準(zhǔn)則處理數(shù)據(jù)可以得到穩(wěn)定、可靠的數(shù)據(jù)處理結(jié)果。本文將采用諾曼諾夫斯基準(zhǔn)則對18個臺站2006—2015年（n=10）每月的氣溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，剔除錯誤數(shù)據(jù)。

處理數(shù)據(jù)之前，一般認(rèn)為測量數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布，但是數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)可以證明，在測量次數(shù)較少的情況下，t分布更符合實(shí)際分布，羅曼諾夫斯基準(zhǔn)則就是以t分布依據(jù)建立的。在一定測量次數(shù)n下，設(shè)等精度獨(dú)立測得的一組數(shù)據(jù)x1，x2,…xn，若對某一數(shù)據(jù)xk有懷疑，可以按照如下步驟判別：

（a）先將懷疑數(shù)據(jù)xk去掉，計(jì)算出不含xk的測量數(shù)據(jù)的算數(shù)平均值憶：

（b）計(jì)算出不包含xk的殘差在內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)偏差s'：

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

具體剔除數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的年份（n=10）；

（2）在存在有誤數(shù)據(jù)的年份中再進(jìn)行判別，得到存在數(shù)據(jù)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?cái)?shù)據(jù)（n=10）。

通過上述方法對各個臺站日平均氣溫?cái)?shù)據(jù)值進(jìn)行數(shù)據(jù)剔除，得到剔除結(jié)果（表1）。

通過采用羅曼諾夫斯基準(zhǔn)則的數(shù)據(jù)剔除法，有效剔除了可疑數(shù)據(jù)，提高了后期數(shù)據(jù)處理的結(jié)果的可靠性。

表1 日平均氣溫?cái)?shù)據(jù)剔除結(jié)果

1.2 相關(guān)系數(shù)法

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

其中n為年數(shù)，xi是第i年要素值，為其樣本平均值顯然，當(dāng)Rxt為正時，表示該要素在所計(jì)算的年內(nèi)有線性增加的趨勢。反之，表示該要素在所計(jì)算的年內(nèi)有線性減少的趨勢。通過計(jì)算本項(xiàng)目工程途徑地區(qū)各氣象臺站10 a數(shù)據(jù)的Rxt，得該地區(qū)的氣溫變化趨勢。

2 基于SPSS軟件的數(shù)據(jù)分析

將18個氣象臺站數(shù)據(jù)導(dǎo)入到SPSS軟件，并對各臺站氣溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算氣候趨勢系數(shù)。以敦煌為例，數(shù)據(jù)經(jīng)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(qū)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(shù)據(jù)代入相關(guān)系數(shù)公式，可以計(jì)算出敦煌的氣溫—時間系數(shù)Rxt=-0.200，得出敦煌地區(qū)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(biāo)準(zhǔn)差為1.224，標(biāo)準(zhǔn)差值較大，可見敦煌地區(qū)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(guān)系數(shù)。

表2 18個臺站10 a氣溫?cái)?shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果

由表2可得各個地區(qū)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(zhèn)原、涇川、靈臺等地氣溫—時間系數(shù)為負(fù)值，近10 a氣溫呈下降趨勢，其余地區(qū)氣溫呈上升趨勢。

結(jié)合表1計(jì)算結(jié)果得到工程沿線區(qū)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(qū)18個臺站平均溫度分布

3 結(jié)論與討論

（1）通過對18個臺站氣溫?cái)?shù)據(jù)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(guān)。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(yuǎn)、鎮(zhèn)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(shè)計(jì)與施工時應(yīng)注意線路工程在上述地區(qū)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(guān)系數(shù)均為負(fù)，上述地區(qū)高溫危害風(fēng)險將會有所減緩。民勤、武威、景泰、靖遠(yuǎn)等地近年最高氣溫都高于30益，且氣溫—時間相關(guān)系數(shù)均為正，所以上述地區(qū)的高溫危害風(fēng)險會更加嚴(yán)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(guān)系數(shù)均為正值，所以上述地區(qū)的低溫危害風(fēng)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(guān)系數(shù)均為負(fù)值，上述地區(qū)的低溫危害風(fēng)險會更加嚴(yán)重。

（5）敦煌、安西、玉門、金塔、酒泉、高臺、張掖、鎮(zhèn)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(yīng)考慮桿塔承受能力和導(dǎo)線的拉伸能力。武威、臨澤、永昌、古浪、民勤、武威、景泰、靖遠(yuǎn)等地的溫度有上升趨勢。整個沿線區(qū)域的氣溫有上升趨勢，由于民勤、靖遠(yuǎn)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(shè)計(jì)與施工時應(yīng)盡量考慮輸電導(dǎo)線絕緣材料的耐熱性。

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