山西省不同导线电线积冰特征对比分析

李亚军　卫晋芳　张忠效　郭翠荣　管丽晶

摘 要：2011年，中国气象局对电线积冰观测规范进行了调整，将原4 mm导线更换为26.8 mm电缆。利用山西省积冰观测站两种导线的平行观测资料，对比分析了其观测结果的特征及差异。结果表明，两种直径导线的电线积冰观测数据未出现较大差异，且雨凇情况下观测数据的一致性比雾凇好。

关键词：电线积冰；导线；观测方法；数据统计

中图分类号：P426.63 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.18.020

电线积冰是危害较严重的一种气象灾害，它的出现常导致电力和通讯线路损坏，妨碍了铁路和公路运输，其中，雨淞对农业和畜牧业的危害更大，它会压死秋播作物，并使牲畜因吃不到草而导致大批死亡。气象部门较早就开展了电线积冰观测，积累了长期的观测资料，为理论研究、工程设计和防灾减灾等工作提供了科学依据。

2010-11，为了满足气象服务与预报的需求，中国气象局综合观测司下发了《关于电线积冰观测业务调整有关事宜的通知》（气测函〔2010〕253号），用直径26.8 mm粗的220 kV电力传输主干线用电缆来代替原来直径为4 mm的导线开展电线积冰观测业务，所有电线积冰观测台站从2011-01-01起，采用26.8 mm电缆正式观测、发报、存档，并从2011-01-01起至春季电线积冰观测结束期间开展4 mm和26.8 mm电线积冰对比观测工作。下面将对比分析两种导线上电线积冰的特征及其差异，评估其一致性。

1 电线积冰的观测方法

电线积冰是一种雨凇、雾凇凝附在导线上或湿雪冻结在导线上的气象灾害。本文所用的4 mm和26.8 mm电线积冰观测的要素包括电线积冰现象（雨凇、雾凇、湿雪）、电线积冰南北方向上的直径、厚度、质量，电线积冰东西方向上的直径、厚度、质量，电线积冰温度、风向和风速。

积冰直径：垂直于导线的切面上冰层积结的最大数值线，包括导线直径在内，以mm为单位。

积冰厚度：导线切面上垂直于积冰直径方向上冰层积结的最大数值线，以mm为单位。直径是指与铁丝垂直截面上冰（含铁丝）的长径，厚度指短径。

积冰质量：1 m长导线上冰层的质量，以g/m为单位。

2 对比统计方法

本文基于2011-01-01至春季两种导线同期平行观测数据，采用以下方法对观测结果进行对比分析。

2.1 对比差值

3.2 对比分析

3.2.1 两种导线观测平均差值状况

两种导线的直径（分别为26.8 mm、4 mm）差为22.8 mm，也就是说，两种导线电线积冰的直径或厚度差越接近22.8 mm，则偏差越小。通过对山西省2011-01—2011-04出现的9站次电线积冰观测数据进行统计，计算出了两种不同导线积冰结果的对比差值以及该差值与22.8 mm的离差，结果如表2所示。

从表2中直径差值22.8 mm的离差平均值来看，在-0.7～-0.2 mm之间，说明这两种导线的观测结果偏差较小，不足1.0 mm。所有观测数据中离差最大的为第6组（长治站），结冰现象为雾凇，离差达-3.8～-2.8 mm，可能是由于积冰过程中的偶然因素造成的。从统计的差值标准差的平均值来看，在1.3～1.8 mm之间，说明观测数据的离散程度较小，具有较好的代表性，因此，可以用26.8 mm直径的电缆来替代4 mm导线进行电线积冰测量。

3.2.2 对比差值分布特征

电线积冰的形成过程受天气条件的影响较大，形成雨凇时的典型天气是微寒（0～3 ℃）、有雨、风力强、雾滴大。雾凇是在微风严寒（-15 ℃以下）的天气里，由空气中水汽直接凝华而成，也可以在浓雾、有风、微寒（-7～-2 ℃）的天气里，由过冷却雾滴直接冻结在物体的迎风面上形成。表3将观测时次的温度、风向、风速与统计的与22.8 mm的离差进行了对照。

从表3可以看出，由雾凇现象形成的电线结冰气温均较低，风速小的时候，对比差值偏大，与22.8 mm的离差达到1.8 mm或以上的为第2，5，6组，风速分别为1.1 m/s、0.2 m/s和1.0 m/s；由雨凇现象形成的电线积冰气温相对较高，风速偏低时，对比差值的离差相对较大，例如第7组，风速为1.4 m/s，与22.8 mm的离差为-0.8 mm；第8，9组风速均较大，与22.8 mm的离差仅为0.2 mm。

3.2.3 不同电线积冰现象的影响

2011-01—2011-04月观测到的9站次电线积冰过程中，出现雾凇6次，雨凇3次，其中，五台山出现4次雾凇天气，河曲站出现1次雾凇天气，长治站出现1次雾凇天气、2次雨凇天气，介休站出现1次雨凇天气。

从表3统计的与直径差值的离差来看，出现雨凇天气现象（第7，8，9组）时，离差较小，也就是说，两种导线测量的结果较为一致（离差绝对值为0.2～0.8 mm，平均值为0.4 mm）；而出现雾凇天气现象时（第1～6组），离差较大，即两种导线测量的结果差别较大（离差绝对值为0.2～3.8 mm，平均值为1.5 mm）。

3.2.4 积冰过程气象条件的影响

从表2统计的与直径差值的离差结果看，电线积冰直径和厚度受风速、气温影响较明显——风速大、气温高时，导线直径大的测得的积冰直径和厚度偏大；风速小、气温低时，导线直径大的测得的积冰直径和厚度偏小。

4 结果与讨论

从标准差可以看出，样本标准差基本在1～2 mm之间，两种直径的电线积冰观测数据未出现大的差异，差值平均值都在两种电缆直径差（22.8 mm）左右。

从样本个体来看，气温高、风速小的时候，对比差值偏大；温度低、风速小的时候，对比差值偏小。对比差值与风向的关系不明显。

从样本个体来看，电线积冰直径和厚度受风速和气温的影响较明显。

当电线积冰现象为雨凇时，两种导线测量的结果较为一致；而出现雾凇天气现象时，两种导线测量的结果差别较大。

由于样本太少，无法分析观测站点位置对对比差值平均值和对比差值标准差的影响。

根据上述评估结果，我们认为将电线积冰观测导线由4 mm变更为26.8 mm，其观测结果误差在允许范围内，但由于我省在对比观测期内样本太少，上述结论还需进一步验证。

此项工作的完成，对山西省的电网规划、建设及安全运行有着重要的现实意义，而且对今后新建线路的设计、合理选择走径、有效降低工程造价、提高线路的抗冰能力等也有较好的指导意义。

参考文献

[1]中国气象局.地面气象观测规范[M].北京：气象出版社，2003.

[2]张国庆，张加昆，祁栋林，等.青海东部电线积冰的初步观测分析[J].应用气象学报，2006（4）.

[3]王如荣，解朝真，张树林.南岭覆冰气象站观测资料分析与高压输电线路建设的探讨[J].山西气象，1997（4）.

[4]李俊亭，郭建喜.河南雨凇天气的主要特征及成因分析[J].河南气象，1986（1）.