苗尾电站500kV交流过渡送出工程（海拔3500m以上马鞍山地段）设计冰厚取值分析

郭仁鸿 苏琼

摘要：通过马鞍山区域附近气象观测资料估算导线覆冰厚度，并以覆冰调查资料和已建输电线路冰灾资料，结合《电力工程气象勘测技术规程》分析架空输电线路的设计冰厚取值，并提出了云南西北地区高海拔区域架空输电线路设计冰厚取值的建议和需进一步研究的问题。

关键词：设计冰厚；导线覆冰；输电线路；冰灾；高海拔。

云南省西北地区已建有多条输电线路经过3000m以上的高海拔地区，高海拔地区降雪量大、低温持续时间长，易形成较大的导线覆冰现象。云南西北地区已有多条输电线路发生导线覆冰灾害事故，严重威胁了电力系统的安全运行。导线设计冰厚取值直接影响到架空输电线路工程的安全性、经济性和适用性，设计冰厚的合理取值有着非常重要的意义。

苗尾电站500kV交流过渡送出工程，线路起于大华桥水电站升压站，止于500kV大理黄坪变电站，沿线海拔1600～3700m，线路全长139km。其中马鞍山地段（本文重点论述）海拔3500m以上，长约5km，该段线路呈西北-东南走向。根据《110kV～750kV架空输电线路设计规范》的规定，本工程设计冰厚按10m高50年一遇设计。

1 地形条件及气候特征

本工程线路所经的马鞍山区域地处云南大理州鹤庆县和洱源县的分水岭，山脉呈南-北走向，最高峰海拔3998m。平均气压669.2hPa；多年平均气温8.4℃，冬季平均最低气温-8.1℃；多年平均相对湿度70%；平均风速9.2m/s，主导风向为WSW；气候特点为：气压低、低温持续时间长、降雪及积雪时间长、湿度大、风能资源丰富、立体气候较为明显。

2 覆冰成因分析

马鞍山区域冷空气主要来源为：西伯利亚寒流南下，经新疆向东南方向移动，跨越青藏高原南部，然后沿澜沧江、怒江等南北走向的河谷南下，入侵到本工程区域。水汽来源主要为：印度洋—孟加拉湾地区向西南地区输送的水汽，加之线路区域洱海、西洱湖等大型湖泊水汽蒸发效应，使得马鞍山区域湿度较大。在冷空气和水汽的共同影响下，形成降雪天气过程，加之风速的作用，易形成导线覆冰。根据附近区域洱源、鹤庆气象站1971～2000年冻雨、降雪日数统计资料，区域内未发生过冻雨天气过程，并根据对马鞍山区域附近村民的走访调查，此区域的覆冰性质主要为湿雪覆冰，密度约0.1～0.3g/cm3。

2 导线覆冰相关气象要素分析

1） 气温

根据马鞍山区域附近洱源气象站（东经99°58′，北纬26°07′）历年各月平均最低气温资料，计算得马鞍山地段月平均最低气温见表1。

表1 月平均最低气温计算成果表

马鞍山地段 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

月最低气温（℃） -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） 湿度

根据马鞍山区域附近各气象站1951～2005年降雪时段同时相对湿度均大于90%。另据马鞍山区域附近恩兆山风电场2014年2月16日～19日降雪天气同时相对湿度观测资料见表2。

表2 恩兆山风电场一次降雪过程气相对湿度统计表

日期 平均相对湿度（%） 最大相对湿度（%）

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） 风速及风向

马鞍山区域0003号测风塔（东经100° 6'，北纬26°13'，海拔3706m）11月～次年4月平均风速和主导风向见表3。

表3 月平均风速及主导风向统计表

测风塔 项目 11月 12月 1月 2月 3月 4月

0003号 风速（m/s） 8.1 11.6 11.7 12.3 11.2 10.6

主导风向 WSW WSW WSW WSW SW N

4） 降水

根据马鞍山区域附近洱源气象站降雪时段过程降水量资料系列，采用P-Ⅲ型进行频率计算，计算成果见表4， P-Ⅲ频率曲线见图1。

表4 各频率月最大降水量表

重现期（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

图2 11月～次年4月平均降水量频率适线图

5）气象要素估算导线覆冰厚度

根据上述气象资料分析，马鞍山区域气温、湿度、风速和降水均能够满足导线覆冰的条件，当湿雪覆冰条件满足时，导线覆冰厚度主要取决于过程降水量的大小。现根据云南西北地区近期几次强降雪天气过程的降水量与导线覆冰厚度关系来估算马鞍山地段50年一遇导线覆冰厚度，计算成果见表5。

表5 过程降水量与导线覆冰统计表

时间 地点 海拔（m） 过程降水量（mm） 标准冰厚（mm） 覆冰圖片

2011.1 碧落雪山 3500 72.3 25.5

2013.12 马鞍山 3300 37.2 16.5

2014.2 恩兆山 3400 62.0 20.8

根据上表统计情况，导线覆冰厚度与降雪过程降水量呈正比关系，马鞍山区域50年一遇月降雪时段过程降水量为93.3mm（此计算值为气象站数据推算值，随着海拔增加降水量还会相应增大），故估算得马鞍山区域（海拔3500m以上）50年一遇导线覆冰厚度将大于上述2011年1月发生的导线覆冰厚度25.5mm，达到30mm覆冰量级。

4 覆冰调查计算

根据马鞍山附近区域较可靠的覆冰观测及调查资料，采用《电力工程气象勘测技术规范》（DL/T 5158-2012）覆冰计算公式，计算得到离地10m高50年一遇设计冰厚见表6。

表6 马鞍山区域覆冰计算表

序号 调查区域 海拔

（m） 调查覆冰直径

（mm） 标准冰厚

（mm） 50年一遇设计冰厚

（mm）

1 马鞍山 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 已建线路设计冰厚及运行情况

220kV骑龙山风电场送出线路，海拔2900～3520m地段设计冰厚20mm，其余地段设计冰厚5mm和10mm，2011年投运，2014年2月大雪，导致N9号塔（海拔约3400m）三相导线脱落。

220kV金华风电场送出线路工程，海拔2350～3800m，马鞍山山梁地段（海拔3000～3800m）设计冰厚20mm，海拔3500m以上按25mm冰厚验算，其余地段设计冰厚10mm。

220kV剑川变～黄坪变Ⅱ回线路工程，海拔2200～3800m，翻越马鞍山段（海拔3000～3800m）设计冰厚20mm，马鞍山山梁段采取加强措施，其余地段设计冰厚10mm。

35kV石蒲塘风电场集电线路，海拔3300～3700m，设计冰厚20mm，2011年12月风电场区域发生覆冰压断导线的冰灾事故。

5 设计冰厚

根据马鞍山区域覆冰成因分析、覆冰相关气象要素计算成果、覆冰调查计算成果、已建线路设计冰厚及运行情况，并结合马鞍山区域地形条件、水汽情况、风速及主导风向、海拔等因素，综合分析确定，本线路工程马鞍山区域，海拔3400～3700m地段设计冰厚为30mm。

6 结语

本工程线路区域无观冰站，通过气象站、测风塔观测资料分析计算，马鞍山区域能够满足较大导线覆冰的条件，且估算得马鞍山区域海拔3500m以上地段50年一遇设计冰厚大于25.5mm；通过已建线路运行冰灾事故资料计算得马鞍山区域海拔3500m以上地段50年一遇设计冰厚已达30mm量级；并考虑到本工程线路马鞍山段线路走向与冬季主导基本垂直，且处于分水岭、风口等地形，有利于风速作用下形成导线覆冰，故本工程线路马鞍山区域海拔3500m以上地段设计冰厚30mm取值依据是科学、合理的。

（2）马鞍山区域地处大理州洱海周边分水岭地带，本文论述成果可适用于大理州洱海分水岭高海拔区域，可供其它输电线路的设计参考。

参考文献：

【1】许金义. 高海拔重冰区送电线路危害分析及抗冰措施.

【2】謝银昌. 500kV功果桥水电站送出线路设计风速取值分析. 电力勘测设计，2012.

【3】杨鹏武. 云南省大理州石蒲塘风电场风能资源评估报告. 云南省气候中心，2011.

【4】王守礼. 滇西北地区输电线路气象区划研究. 云南省电力设计院，2005.