电力，交通与气象--新疆气象手册（35）第2篇第9章第4，5节

 2020 02 17

《新疆气象手册》的序，前言 ，提要 ：http://blog.sciencenet.cn/blog-2024-1208089.html

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4 电力与气象

电力的供应对现代社会与生活有重要影响，而架空送电线路暴露在露天的环境下，风、覆冰、气温、雷电、雨雪等气象要素对它有明显的影响。

4．1 风对送电线路的主要影响

4．1．1 大风刮倒输电铁塔问题

大风增加导地线及杆塔的荷载，严重时导致导地线断线或杆塔倒塌。新疆很多大风区，严重影响电网的安全运行，倒塔、折杆、风蚀电杆、导线狂摆、导线舞动事故均有发生。新疆设计时选取的“最大基本风速”可以达到35m/s、37m/s甚至40m/s，往往比我国东部高。对330kV电压以下线路，以距地面15m高处采用15年一遇10分钟平均的最大风速值为标准，500kV为距地面20m高处30年一遇10分钟平均的最大风速为标准。在选择设计的最大风速值之前，收集到的不同高度、不同时距、不同观测次数的历年最大风速资料，统一换算为高度为10m的连续自记10m/s平均值。再根据保证率的要求（如15年一遇），经过概率计算求出的最大风速即为最大基本风速。

大风对新疆的送电线路危害很大。哈密十三间房、雅满苏、托克逊、克拉玛依、塔城铁厂沟、阿拉山口、乌鲁木齐南郊等地方都属于典型的大风区，其瞬时风速可达到50m/s。1984年红雁池地区红米线因大风原因刮倒五个铁塔、2004年红雁池二电厂–瑶池变的220kV线路刮倒五个铁塔。大风造成的“风闪”事故层出不穷，大风地区的送电线路均加装有防风拉线以防事故。达坂城地区大风吹起的飞沙走石不断敲击电杆，造成电杆迎风面大面积麻面、裂纹，降低了送电线路的运行寿命，甚至出现倒杆事故，这一地区的水泥电杆的迎风面均加装防风钢板。

4．1．2 微风振动引发电线断股问题

导线、地线的微风振动是架空送电线路“导地线”断股的主要原因。导地线受风时在其背后产生上下交替变换的推力使得导地线上下振动。当振动频率和导地线的固有频率相等或相近时（上下相差20%）便会产生共振。振动如果持续数小时，以至数日，在线夹出口处或防振锤处导地线由于长期受到往返折曲而断股。送电线路的防振措施是利用导地线的自阻尼（或铁塔横担的阻尼等），或者采用护线条、防振锤、阻尼线，目前广泛采用的是防振锤。

东疆的吐鲁番、哈密的开阔地区经常出现微风振动，导线线夹出口处和防振锤处导地线断股，若不能及时发现很容易发生断线事故，有些情况严重的不得不更换导地线。

4．2 覆冰对送电线路的主要影响

4．2．1 电线覆冰

雾凇、雨凇是暴露物上结上了一层雪、冰（覆冰）。雾凇密度较小（约0.1～0.4×10³kg/m³），形状呈针状或羽毛状结晶，冻结不密实。雨凇密度则较大（约0.5～0.9×10³kg/m³），冻结成浑然一体的透明状冰壳，附着力很强，电线覆冰常指这类雨凇而言。新疆冬季出现雾凇的机会比雨凇多。根据托克逊–库尔勒220kV线路调查，当湿度＞90%、风速＜15m/s、温度在−5℃左右时易发生覆冰现象。2000年托克逊–库尔勒220kV线路在库米什到乌什塔拉段持续29天的大雾，导线覆冰20mm。新疆电力设计院在皇宫220kV变电所–吉林台水电站220kV线路沿线建立气象站，通过五年的观测，发现这一沿线也出现过大于10mm的覆冰。

覆冰时电线垂直机械荷载增大，当覆冰厚度过大时引起导地线断线或杆塔倒塌。覆冰会降低瓷瓶或钢化玻璃组装成串的绝缘子串绝缘性能，主要表现为大大缩短绝缘子串的爬电距离，降低绝缘强度，严重时可能引起导线对杆塔的闪络放电，从而导致送电线路“冰闪”停电事故。

4．2．2 防止覆冰及绝缘子冰闪事故措施

① 根据线路运行的气象资料等基础数据，准确划分覆冰、大雾等微地形、微气象控制区。② 在覆冰区选择机械强度较高的导线，增加杆塔，缩小档距以减轻杆塔受力；选择导线间距较大杆塔，防止脱冰跳跃时发生相间短路故障。③ 覆冰区杆塔的选型尽量少用或不用猫头型铁塔，且不宜采用瓷质防污绝缘子；绝缘子应采取有效的防冰措施，对单串绝缘子串以采取隔断措施为主，如采取在串上加装大盘径绝缘子、大盘径伞裙等；对双串绝缘子以及猫头塔两边相推荐采取倒V型连接方式；若采用复合绝缘子，应选择有利于隔断冰柱的伞型结构，并在横担侧加大盘径绝缘子或加特制大盘径伞罩。④ 在覆冰区可以试用防冰球和隔冰环等防水措施。

4．3气温对架空送电线路的影响

在送电线路中，电线是以杆塔为支持物悬挂起来的。电线是悬挂在两固定点上的一根柔软的“悬链线”。冬季气温越低架空线受到的应力越大，应力超过了限度会出现断线事故危及电网。夏季温度很高时，电线弯的厉害，它与地面的距离缩小，对人和牲畜及车辆有威胁。分裂导线垂直排列时高温电线会出现电线熔接现象。

新疆夏季炎热、冬季严寒，北疆温度差异大于南疆。架空送电线路的导地线受温度影响最大，当高温时导地线弧垂增加，当低温时导地线应力增大，因此受新疆这种气温差异影响，为减小弧垂增加和应力增大，杆塔之间的距离就比内地的要小。

4．4 雷电对架空送电线路的影响

电网中的条条电力线路纵横旷野，覆盖面积大，遇到雷电的机会多。新疆气候干燥雷电活动较轻，但地域差别大。麻扎的年平均雷暴日仅有2个，是全国罕见的低值。而昭苏与伊宁等地雷暴日多，2005年建成的精河皇宫220kV变电所到吉林台水电站的220kV送电线路设计时雷暴日取为65个，属于多雷区。雷害不仅威胁电力线路，而且波及到变电所和发电厂。

线路着雷危害最大的是导线直击雷，它是雷电直接击中导线，在导线上产生很高的雷电过电压引起绝缘设备闪络。另外有雷击塔顶，在平原地区，单地线线路有1/4概率雷击杆塔，双地线线路有1/6的机会塔顶着雷。正常运行时，杆塔是地电位。导线将高于杆塔电位的工频电压加给线路绝缘子，杆塔和避雷线着雷均使得杆塔电位骤然升高，而且远远超过标称电压，以超高电压施加给绝缘子，故称“反击”。还有一种感应雷。它是雷击线路附近大地，使线路上产生的感应过电压。当雷击距线路65m以外与地放电时，在线路上产生感应过电压，这个感应过电压为随机变量，其最大值可达300kV～400kV，对35kV以下线路的绝缘有威胁。送电线路的防雷措施有以下几种方法：架设避雷线、降低杆塔接地电阻、架设耦合地线、装设自动重合闸装置、加强绝缘。

4．5 雨、雪等其他气象条件对架空送电线路的影响

4．5．1 电晕

“电晕”是电极表面及附近产生局部击穿的放电现象。电极表面的不规则性，脏污的微粒、突出的毛刺等都会引起电位梯度集中而形成电晕放电。电晕放电将产生光、可听噪声、无线电杂音、导线振动、臭氧和其它生成物,并且损失电能，对线路本体和周围环境危害很大。雨、雪这些小的质点经过导线会发生电晕放电。

4．5．2 污闪

电力线路上的绝缘子，常常会受到污秽、飞尘等的污染，而形成污秽层。在干燥情况下，这种污秽层的电阻大，对电力运行没有危险。但当遇到潮湿气候使污秽层被湿润，就可能发生污秽闪络，简称“污闪”。形成绝缘子表面污秽层的沉积物是多种多样的，但使绝缘子闪络电压降低最显著的是含有大量可溶性盐类或酸、碱的积尘。有些粘附力很强的积尘，如水泥厂的飞尘，它沉积在绝缘子表面后不易清洗掉，使绝缘子表面粗糙而易积污，因此，危害绝缘子的运行安全。潮湿气候条件是引起绝缘子污闪的必要条件。一般当空气相对湿度小于50%～60%时，污秽绝缘子的沿面闪络电压降低很少，随着湿度增加，闪络电压迅速下降。运行经验证明，引起污闪的气象条件以雾、露、毛毛雨为主。由于新疆艾比湖水份蒸发，空气盐分增大，导致乌鲁木齐以北至博州沿线和地区空气污染严重，严重威胁这一沿线送电线路的运行安全。

4．6 气象条件组合

不利的气象条件要分别分析，但某些气象条件可能在当地同时出现，因此，架空送电线路设计时根据线路实际运行中可能遇到的情况，慎重地调查分析原始气象资料，合理地概括出“组合气象条件”。

4．6．1 选择组合气象条件的要求

①线路在大风、覆冰及最低气温时仍能正常运行，②线路在事故情况下（指断线），不使事故范围扩大，即杆塔不致倾覆，③线路在安装过程中不致发生人身或设备损坏事故，④线路在正常运行情况下，在任何季节里，导线对地面或与其它地物保持足够的安全距离，⑤线路在长期运行中，应保证导线或避雷线有足够的耐振动性能。

4．6．2 线路正常运行情况下的气象组合

线路在正常运行中使导地线及杆塔产生较大受力的气象条件，不外乎出现大风、覆冰及最低温度这三个因素。但根据气象规律不应该把这三个因素的极值都组合在一起，而是分别考虑三种气象组合。一般考虑大风时不覆冰，气温取该地区发生大风月的平均气温或稍低一些。考虑导地线覆冰时，根据雨凇形成规律，一般取相应的风速为10m/s，若地区最大风速很大（如35m/s以上）可取相应风速为15m/s，覆冰时气温取−5℃。考虑最低气温时不出现覆冰、风。

4．6．3 线路安装和检修情况下的气象组合

线路要考虑一年四季中有安装、检修的械性作业可能性，但在严重气象条件时，则应暂停，“遇有六级以上大风，禁止高空作业”。因此，安装情况下的气象条件按风速为10m/s、无覆冰、气温为最低月的平均气温，基本上能概括全年的安装检修时的气象情况考虑。对其他特殊情况，如冰、风事故中的抢修或安装中途出现大风等，只有靠安装时用辅助加强措施来解决。

4．6．4 平均运行应力的气象条件组合

架空送电线路应保证导地线在长期运行中有耐振性。为了概括出经常引起振动的应力平均值，就需要归纳出平均运行应力的气象条件的组合。

气象资料在设计电力线路的用途表

（蒋江）

5 交通与气象

新疆公路、铁路每年都要受到气象的影响。其主要危害是雪、沙、风、洪、冰。

5．1 风吹雪

雪源（积雪或降雪）受风力作用，产生风雪流，它在道路地段不同的地形下堆积，当达20cm雪被时，影响汽车通行，30cm时，车被完全阻塞。

风吹雪防治采取导、阻、改、清四种方法。本节介绍“导”和“阻”的工程治理，后两种多是在前两种治理效果不明显时，采取改道、改建或机械清理办法办。

5．1．1 导雪防治原理

导雪是设有导风板（多为木、水泥、金属性制成的板块），上部封闭，下部空口，称下导风板，风雪流前进时，受导板阻抑，气流分为二支，一支沿导板上流，一支沿导板口下流，下流风速大，它迫使雪流迅速由下部通过，使雪不在路上堆积，风雪流在经过导板后的一定距离以后才逐渐减弱，雪粒逐渐下沉堆积，这时它已经越过了道路。这就是导风板的道理。

导风板总体分为下导风板和侧导风板两大类。下导风板，又分为① 直立型；② 前倾型；③ 后倾型；④ Y型等。侧导风板分为：① 封闭式；② 开放式两种。

5．1．2 下导风板设计防护

根据前面讲的原理，将下导风板竖于被导路段的一侧路肩外（分为迎、背风路段两类），它能消除道路雪害，这不仅将风雪流本身雪量转输过路面，且将板后减弱区沉降雪量带走，保证道路积雪畅通（下图）。

 下导风板图

影响下导风吹刮宽度因素有：① 导板长度a；② 导板倾角α；③ 下导口高度H；④山坡坡度β；⑤ 风向与下导风走向夹角γ；⑥ 风速与移雪量大小和多少等。

5．1．3 侧导风板

开放型侧导风板：利用导板侧面作为导风通道，每块导板是独立存在，横长约18～20m，第一扇导板末端，作为第二导板的开端。其间距仅4m宽（见下图），形成通风道，而其风向：①迎风阻塞路段小于30°；②背风沉积路段小于40°时不能使用；而风向和导板成为30～40°夹角等情况下方能使用。

 侧导风板平面简图

封闭型侧导板：导风板横档长度偏短，仅12m左右，且第一扇板与第二扇板前后板间，得有几十厘米的重叠处，使主风向气流不能从两扇间流过。而只能从每扇面同一侧向流过。

防雪后者为好，防沙前者为宜。封闭式板面与板轴线交角10～15°，而板面与风向交角20～30°，板高一般3～5m。

5．1．4 阻雪防治方法

⑴ 固定栅栏

2m高栅栏、各种透风度在不同距离上对50cm高度上的原始风速的减弱系数

经过“0503站”道路实验，透风度为80％、60％、50％、30％，高度2m，4m横格板条栅栏，结果表明，性能很好，制作方便，以2m高50％透风度最好。（见上图）。在栅栏脚底留30～40cm孔隙，雪粒不会在栅栏脚底下堆积。

⑵ 活动栅栏

活动栅栏，没有立柱，栅栏两侧可交错支撑。目的是当栅栏失效后，用人工移动栅栏到第一次积雪后的顶部，如此反复，即可通车。

⑶ 密封栅栏（或挡雪墙）

密封栅栏挡风墙是将雪粒基本阻于迎风面，在迎风面最好有洼地或储雪场。高度和距离应根据实验确定。

不同地形下透风度为50%横板条栅栏阻雪情况

5．1．5 生物治理方法

用恰当布局的植树来防止公路积雪的办法称为生物防治法。新疆托里县附近的老风口是新疆历史上著名的道路严重危害区，平时最大阻雪深达2m以上。生物治理风吹雪最有显著成效为托里县老风口路段，该路段治理道路风吹雪历时十年，实现各种天气条件都可以通车。它是生物治理雪害的一座丰碑。塔城地区、新疆交通厅研究所因此获省部级科技进步二等奖。

生物防雪，总体布局为：纵横交错，多带相间，形成网格，乔草结合，品种互补，其特点为密、匀、高、窄布局。夏季打井抽水灌溉，取得理想效果。从1985年当年植树，平均高1.2m，林内积雪平均73cm，最厚110cm，三年后，1988年初，老风口出现8年一遇雪害，林内平均积雪2.4m，最大雪深3.2m。林内20～170cm（高度）的平均风速降低60～90％。防护路段畅通无阻，防雪林还有一些储雪（阻雪）工程，（阻雪堤，挡雪墙、防雪篱、栅栏、天然冲沟等）1987～1988总储量为380m³/m。真正消除路面积雪。经试验知:林带后积雪离路肩距离，应小于林带阻雪高度的五倍，经验公式为：

L={hs/(tgφ1+tgφ2)}sinα

L：林带距路边间距；h_s：林带阻雪高（m）；α：林带走向与风雪流主风向夹角（°）；φ₁、φ₂：风速等速线与水平线交角、防雪林与公路间坡度（°）。

5．2 雪崩

5．2．1雪崩的发生、危害与治理

新疆有坡度大的山体，而那里又有比较多的降雪和积雪。当条件合适，积雪在顷刻间沿山坡崩下来，就形成了雪崩。天山冬季的雪崩多发生在海拔3000m以下中山带，而夏季高山带也会发生雪崩。伊犁山区1966～1967年积雪120cm，产生在12月下旬的雪崩使交通中断达半年之久。期间河道填平，形成小湖，森林摧毁，甚至夷平山坡草地灌木丛,成为一片光秃裸露土层。1979年4月11日玉希莫勒盖隧道南口的雪崩把130t的推土机带到100m以外。大的雪崩可以卷入有上万以至百万立方米的雪体。

雪崩治理的工程方法有 “稳、导、缓、阻”四种。

⑴ 稳雪工程 ：施工选择雪崩沟顶端或山坡源头开始，沿等高线修成台阶或栅栏，分段减缓积雪体积和雪崩动力。此法适于相对高度小，雪崩雪量不多的源头区。修成水平台阶的方法是在山坡挖2m左右平台，间距10～20m，适用于不发生滑坡泥石流山坡上，坡角约22°。在天山区水平台阶宽度一般是雪深１倍。设栅栏的方法要求钢筋混凝土做主柱，柱与柱间用钢板或厚木板连接，立柱≤2m，柱距≤2m。

⑵ 导雪工程 ：

①导雪堤：采用砌石片用铁丝笼框起来的构造体，导雪堤轴线方向应与雪崩主流成锐角，交角≤30°，其高度3～5m，坡度＜35°的地方，导雪堤受雪崩冲击力公式为：

ρ=rv²sin2β/g

：导雪堤单位面积所承受力（t/m²）；：雪密度（g/cm²）；ν ：雪崩到达导雪堤运动速度（m/s）；β：雪崩流向与导雪堤夹角（°）。

② 渡雪槽，将山坡不断流动雪粒，通过道路上空架起的槽道，将雪体导向道路另一侧。

⑶ 阻挡工程是修防雪隧道，使交通不受雪崩影响（如瑞士就有两个这种隧道，长约10km以上）。

⑷ 缓阻工程是在雪崩体的抛程中，设有土丘、木楔、石楔，以肢解雪崩体，达到缓速、缩短抛程消耗雪体中动能的目的。

5．2．2 雪崩预报

针对每个山坡的坡度角α和雪的密度r可以根据下面的公式计算出积雪的临界深度h_k ，如果实际雪深超过它就会发生雪崩。

h_k=C/[γ(sinα-Fcosα)]

：积雪层与山坡的摩阻力；：积雪层密度（g/cm²）；：积雪内摩擦系数。雪崩预报分为三类：① 由气象要素引起降雪，雪厚，② 雪体内部升华效应在积雪层内形成深雪雪崩，③ 发生太阳辐射穿透雪层产生融化现象。

5．3 防沙工程

防沙工程共分为：①栅栏；②草方格；③粘土压沙；④长膜防沙；⑤生物防沙等，有的工程和防雪害工程是同一原理。

这里仅介绍草方格工程和生物工程两大类。

5．3．1 草方格防沙和它的原理。

草方格大小和高度，与地表粗糙度大小风速强弱有关。据研究，风沙流搬运沙量90%是在高度为30cm内通过，除粒径小的漂移沙粒外，蠕移占总沙量1/4，跃移占3/4。草方格一边垂直风沙流来向时，很少有沙子积在草方格前，大部分沙子跃过草方格，进入草方格内沉积，少部分沙粒越过第一方格进入第二方格，由此连续进行削减沙量。另，若移动面（可理解为粗糙度），高度较高（风为定值时），其方格积沙量大，它的寿命也长久。一般草方格大时，障前风速减少，障顶风大，障后，风速减少下沉，并产生蜗旋，卷走少部分沙粒，致使草方格中心低洼。

影响草方格工程效益因素较多，人为可控制的可分为三种：① 规格；② 排列方向；③出露障高。草方格规格愈大，防风沙效果愈差，据实验，地面粗糙度随草方格面积增大而减少；草方格内中部风蚀深度愈小，工程效益好。考虑经济造价，以1m×1m为理想。0.75m×0.75m在风沙流动强，固沙要求高（路基边坡）使用这种规格为宜。

草方格排列方向，一般与主风向垂直较好。因该区风向出现较多时，考虑主风向与草方格的直角相垂直（草方格将风向分为左右各45°运行）。出露障高以25～30cm为佳。

5．3．2 生物防沙

生物防风沙流和生物防风雪流原理是相同的，而风沙流其起动风速大，沉积性强。植物防沙表现在三个方面：① 使地表粗糙度增大；② 使林带内风速减少，③ 截拦风沙流，促其沙粒沉积。

从实验知：① 粗糙度随植被覆盖增加呈幂函数增加；② 粗糙随植被面积增加为线性增加；③ 植被层丛状分布，可增大粗糙度；④ 粗糙度与植物排列方向和主风向平方根成正比。当植被覆盖度小于20%，风蚀率突破临界值，风蚀加强甚快。

营造防沙林，现已在塔里木沙漠公路两侧筑起一道绿色长城，其效益非常明显，但是仍需要地下水灌溉。其次，林带进行养护和调整，如林带结构、类型、树种等，使它达到最佳效果。第三，由于灌溉，增大湿沙层，也起到固沙的另一作用。

5．4 大风对交通危害

大风对交通危害，除形成阻、蚀外，当风力在10级以上时，还可形成火车脱轨，沙埋车轨，行车中断等。1979年4月11日，兰新铁路线1512次货车行至天山站至三个泉站间，翻车14节，其中12节被刮倒路基下，1402次货车在红旗沟被刮翻，3节脱轨。这次大风，将南疆路线沙埋一大段，最深处5m，140余根水泥线杆被折断，列车皮迎风面被风沙磨打成绛红色，车内积满黄沙。托克逊车站全体职工出动营救，一名职工在抢险中被风刮走，铁路局急救汽车，直升飞机无法开动，滞留旅客两天两夜。2006年4月9日寒潮侵袭新疆，其狂风（有的达12级）使乌鲁木齐铁路局管区的36列客车停运避风，滞留1.7万旅客。大风使T53次列车128块单层、10块双层玻璃被拇指大的沙石击碎。乌鲁木齐至北京的T70次列车7节列车的多个双层玻璃被击碎。吐鲁番地区的沙尘使能见度仅20～30m，那里因大风损失1.5亿人民币，死亡1人，其他地区也损失惨重。

防风措施：

⑴ 风口修建防风墙：在大步以西风口地段，建立挡风墙，风受阻后，气流从墙顶上部越过，而在被风面平行于车轨面10m以后，风速开始增大。挡风墙高度要超过车厢，下基宽顶部窄，多以石块和混凝土砌成，它的挡风效果很好，但工程量较大，不能在铁路的“百里风区”或“三十里风区”，全程修筑防风“长城”，只能在风口地段进行。

⑵ 机车头部装设漏斗拽沙：当列车运行时，遇到大风时，风向与火车运行成90°交角，行车不稳，在车轨与车轮接触地方，泄出沙子至轨道上，在极短时间内，车轮压过轨道，加大轮轨的摩擦力。有的列车在机车头部位安装一漏斗，其效果：① 使车厢稳定度增加；② 加大车轨和车轮间的粗糙度；③ 减弱车厢“倾倒力”。这种方法，风速在10级左右可有效使用。

5．5 洪水对交通道路危害与预防

1959年8月份，东天山山区，连降大雨，造成天山南坡山洪暴发，兰新铁路哈密段有230处涵洞被冲毁，造成停车。1985年3月27日～4月10日，从沙湾至呼图壁公路地段产生洪水，农田房舍冲毁，有的淹于洪水中，行车中断。1987年7月14日～16日，兰新铁路距乌鲁木齐93km处路基洪水冲毁60～70米，铁轨架空，通往南疆公路冲毁11处，交通中断125小时。1996年7月25～28日，8月下旬，均受到较大洪水，铁路、公路均遭受最大洪水。南北疆均造成公、铁路的破坏，交通堵塞。

洪水危害的预防措施：

⑴ 设计部门加强洪水的调查。一般设计部门对新疆洪水调查不够，仅限于有限的气象观测站或水文站，而这些站点，多分布在平原区，不能代表山区情况。但是山区降水量并不少，天山北坡年降水量可超过500mm，巩乃斯河上游则在900～1000mm以上。暴雨多集中山区，1959年兰新铁路涵洞的冲毁，就是例子。建议设计部门，在设计时，应找气象和水文部门进行了解，在暴雨常出现地区，加强数据评审。

⑵ 绝不能以平原区的降水量作为涵洞设计值和重现期计算值。

⑶ 修建拦洪堤坝。当春洪出现时，主要是冻土未融或未全融，山区又有升温型融雪水出现，虽降水量不大，但温度高，融雪量大，冻土不解冻，洪水漫淹，土层不能下渗。在设计道路时，需考虑这种洪水出现的机遇和洪量，应在：① 冲积扇前缘，修拦洪坝，再将水引至河道；② 在洪积扇上缘，出山口处，修拦洪坝堤，将洪水引进河道；③ 在农田附近而冲积扇下缘修築渠道引洪入河等措施。