“3.22”商洛地区覆冰灾害调查

晁 锐，冯晓旭

(陕西省电力设计院，陕西 西安 710054)

“3.22”商洛地区覆冰灾害调查

晁 锐，冯晓旭

(陕西省电力设计院，陕西 西安 710054)

根据“3.22”商洛地区覆冰灾害的事故统计和现场调研情况，从天气系统、气象要素和地理环境等方面分析本次覆冰灾害的原因。针对本次事故所反映的问题，从设计、运行等方面提出相应建议。

输电线路；覆冰；气象。

1 概述

3月22日～3月23日陕西省商洛地区受强冷空气侵袭，境内普降雨雪，气温降至0 ℃左右，降水量达49.1 mm，其中山阳、丹凤县普降大雪，傍晚时分，山阳县短时间降雪深度达到100 mm。恶劣天气致使线路覆冰，造成电力设施严重受损，商洛电网6条110 kV、8条35 kV输电线路跳闸，尤其是10 kV配网线路损失严重，大面积倒杆、断线，3座35 kV变电站设备受损，造成6座35 kV变电站停电，因事故抢修被迫停运3座35 kV变电站，33条10 kV配网线路发生倒杆断线。其中，10 kV倒(断)杆998基，断线269.22 k m；0.4 kV线路倒(断)杆7659基，断线662.20 km，涉及28个乡镇396个行政村1131个台区停电，约33万人口的生产生活受到严重影响。

2 山阳县气候概况

山阳县属北亚热带向暖温带过渡的季风性半湿润山地气候。山阳县气候温和，但垂直差异大。年平均气温13.1 ℃，极端高温38.9 ℃，极端低温-16.4 ℃，平均相对湿度69 %，年平均降水量703.1 mm，年最大积雪深度30 cm，年最大冻土深度17 cm。

由于鹘岭、郧岭和流岭等“三岭”均由西向东蜿蜒伸展，地势均呈西高东低、北高南低，加之秦岭主脊天然屏障阻挡、减弱冬季北方冷气团入侵势力，还有汉江支流的金钱河河谷有利于南方湿热气流的伸进，配置成带性和区域性错综复杂的气候关系。

3 覆冰的种类及灾害范围

3.1 输电线路覆冰的种类及特性

覆冰按形成条件及性质可分为雨凇、雾凇、混合凇和湿雪等。

⑴雨凇

雨凇是粒径较大的过冷却水滴，碰撞在物体上，先散开成水膜然后冻结成冰凌，呈湿增长方式。冰体透明坚固，比重大，一般为0.6 g/cm3～0.9 g/cm3，黏附力强，常伴有冰柱。

⑵雾凇

雾凇是粒径较小的过冷却水滴，随气流浮动，在碰击物瞬间即冻结成冰凌，呈干增长方式。冰体白色疏松，比重小，一般为0.1 g/cm3～0.4g/cm3，黏附力较弱，通常在物体的迎风面冻结。

⑶混合凇

当不同粒径的过冷却水滴，随气流浮动，在碰撞物体瞬间，部分呈干增长，部分呈湿增长。冰体呈半透明状，比重中等，一般为0.4 g/cm3～0.6 g/cm3，常在物体的迎风面冻结，有一定的黏附力。

⑷湿雪

冻结的雪片，在降落过程中，通过一段温暖层后，雪片趋于潮湿、融化，然后冻结在物体上，冰体呈白色堆积状，比重和附着力均较小，比重一般为0.1 g/cm3～0.5 g/cm3。

根据对灾害事故的现场勘察以及救援人员对当时覆冰情况的描述，我们认为本次覆冰类型为雾凇与湿雪的混合物。

3.2 灾害范围及事故类型

本次冰雪灾害主要发生在以山阳县为中心的商洛市大部分地区，周边的丹凤、镇安、柞水等县也有局部受灾。

通过查阅相关线路的设计资料，本次雪灾受损高压输电线路的设计覆冰厚度分别为5 mm和10 mm。

经现场调查、分析线路受损的类型主要有三类：一是导、地线覆冰，线路弧垂降低带电距离减小，造成线路放电、短路故障；二是导、地线覆冰超过应力极限，造成断线；三是导、地线、塔覆冰超过杆塔、横担荷载，造成杆塔倒塌、倾斜以及横担变形、折断等。

4 灾害事故原因分析

为了全面客观地分析本次输电线路受损的原因，我们前往事故现场进行现场勘察，并在供电和气象等部门收集相关资料。通过天气系统、气象要素和地理环境貌等诸多方面对本次灾害事故的发生过程及事故原因进行分析研究。

4.1 覆冰过程的区域天气系统分析

3月22日08点500 hPa高空图上，大气环流形势为一脊一槽型，贝湖附近为低槽区，南支槽位于汉中到四川中部(图1)，地面冷锋南压到关中以南(图2)，低层700 hPa在四川中部—安康—商洛—河南为一低涡切变(图3)：

图1 线路覆冰状况

图2 杆塔受损状况

图3 2010年3月22日08时海平面气压场

图4 2010年3月22日08时500hPa高度场

图5 2010年3月22日08时700hPa风场

22日晚500 hPa形势没有大的变化从西南地区到商洛市维持西南气流，700 hPa的切变南压，且冷温槽刚好压到商洛市上空，冷暖气流在其上空交汇，产生大范围的雷电及强降水天气，由于高空冷空气较强，使得低层气温急剧下降，从而产生暴雪天气。因此，本次冰雪灾害事故的主要原因是由于天气系统和大气环流活动剧烈导致天气条件突变、气温骤降引发的。

4.2 山阳县气象站的代表性分析

山阳县气象站位于山阳县城关镇西河村许家弯村民组前平地“乡村”，北纬33°33′，东经109°52′，海拔高度660.2 m，建站于1959年1月。

山阳县为本次冰雪灾害的重灾区，山阳县气象站地处山阳县中部偏北，对于全县大部分地区在30 km控制范围之内，对输电线路的气象条件具有较好的代表性。但由于山阳县气象站位于河谷地带，地势较低，而大部分输电线路走在山区，海拔相对更高，地形也更为复杂。因此，输电线路所处地区的气温相对更低；风速也相对更大。

4.3 覆冰过程的气象要素分析

为了更好的分析本次覆冰灾害，我们收集了山阳县气象站同期观测的气象要素，并根据收集到的资料绘制覆冰同期相关气象要素变化图，如下：

图6 覆冰同期相关气象要素变化图

导线覆冰首先是由气象条件决定的，是受温度、湿度、冷暖空气对流、环流以及风等因素决定的综合物理现象。导线覆冰的必要气象条件是：①具有足可冻结的气温，即0 ℃以下；②具有较高的湿度，即空气相对湿度一般在85 %以上；③具有可使空气中水滴运动之风速，即大于1 m/s的风速。

根据调查，本次线路覆冰增长阶段主要发生在22日21时至23日8时这一时段。从图6可以看出，本时段气象站的平均温度维持在0℃左右、相对湿度约为100 %、风速为0 m/s～1 m/s、降水量约为32.7 mm、积雪深度达100 mm。

山阳县气象站的海拔高度为660.2 m，但是输电线路走径大多位于海拔1000m以上的山上，高于气象站300 m以上。由于山阳县境内再无其它气象站，根据对流层气温直减率的平均值0.65 ℃/100 m来推算输电线路处的温度约为-2 ℃左右；考虑到线路处的海拔更高且地形复杂，风速也相对更大一些。满足了上述覆冰的气象要素外，加上当时降水的配合，最终形成了本次冰雪灾害事故。

4.4 根据调查覆冰进行标准冰厚的换算及分析

由于线路覆冰种类多，同时覆冰厚度与线路所经过地区的气象条件、线路走径、所处高程、地形地貌、线路特性等有关。现场发生的覆冰厚度衡量对比的手段是根据调查点的调查冰厚换算为标准冰厚。

根据DL/T5158—2002《电力工程气象勘测技术规程》提供的技术方法计算标准冰厚，即：

式中：B0为标准冰厚，mm；R为覆冰半径(包括导线)，mm；r为导线半径，mm；Ks为覆冰形状系数(Ks=b/a)；ρ为实测或调查覆冰密度，g/cm3。

通过对灾害事故现场的实际情况(现场地形地貌勘察、救援人员的口述)分析，我们认为本次覆冰类型雾凇与湿雪的混合物，密度取0.2～0.4较为合适，通过计算得出本次最大覆冰厚度为16.4 mm，一般覆冰厚度在7 mm～13 mm之间。

4.5 对事故点地理环境的分析

山阳县地处秦岭南坡，绝大部分是群山绵亘，主要山脉有流岭、鹘岭和郧岭，基本呈东西走向。流岭位于北部，一般海拔在1600 m～1900 m之间；鹘岭横贯中部，最高海拔2074 m；南部为郧西大梁，一般海拔在1640 m～1842 m之间。

从本次事故发生的范围和所处的地形地貌条件来看，覆冰严重地区位于山阳县的流岭、鹘岭和郧岭及周边地区，这一地区海拔在1700 m～2100 m，均高于四周地形，地形复杂，气候多变。每年冬春季节，南北气流交汇，雾气凝滞，与适宜的温度、湿度、风速等气象条件配合，易于形成导线覆冰。

根据现场勘察，本次线路覆冰事故在微地形地段发生较多。例如本次受灾最严重的35 kV杏户线5#塔严重扭曲、倒塌，就位于户恒九里坪南坡半山腰的垭口处。这些地段本来属于微地形区段，易造成冷暖气流在抬升与下沉过程中交汇，形成微气候条件，造成比其他地区更严重的冰情而引起事故发生。

经过对现场的勘察，本次事故发生较多的微地形主要包括以下地段：

⑴地形突然抬升的陡坡地段。

⑵线路走径靠近河流的地段。

⑶风口、垭口和分水岭等特殊地形。

此外，根据现场的覆冰特点来看，高海拔地段比低海拔覆冰要重，迎风面比背风面要重。

5 结论和建议

5.1 结论

通过对本次冰灾事故全面调查收资和对调查数据计算分析，我们认为本次冰雪灾害事故主要是由于极端天气引发的，属于偶遇事件，并不能从根本上改变该地区气象分区的性质，但局部微地形地段应考虑适当提高设计标准或在设计时对铁塔、导线留有余度，避免超设计荷载情况发生。

5.2 建议

⑴本次灾害中，35 kV以上线路主要在微地形微气候地段发生冰灾事故，因此，建议在线路的设计过程中应该加强微地形微气候的分析，从设计上提高电网的抗冰能力。

⑵由于本次覆冰灾害事故对主网影响较小，但10 kV配网线路损失惨重，共有33条10 kV配网线路发生倒杆断线。因此，建议对配网改造进行统筹安排，提前改造，提高配网的抗冰能力。

⑶由于我省目前覆冰观测资料较少，建议在覆冰较重地区及重要输电走廊地区设立长期观冰站，积累覆冰资料，为电网设计提供第一手观测资料。

⑷电力部门应该加强与气象部门的合作，对易产生覆冰事故的天气进行提前预测，做好覆冰事故的防范工作。

⑸应该做好冰灾事故的应急预案，一旦发生冰灾事故，能够在第一时间做出反应，将事故损失降低到最小程度。

[1]DL/T 5158—2002，电力工程气象勘测技术规程[S]．

[2]DL/T 5440—2009，重覆冰架空输电线路设计技术规程[S]．

[3]赵永生，王富荣，等．我国南方地区电网覆冰事故分析及应对措施研究[J]．电力勘测设计，2009，(1)．

[4]陈家瑂．导、地线覆冰成因及影响因素的分析与思考[J]．江西电力职业技术学院学报，2008，(21)．

[5]Masoud Farzaneha.黄新波等译．电网的大气覆冰[M]．北京：中国电力出版社，2010．

[6]周淑贞，等．气象学与气候学[M]．北京：高等教育出版社，2004．

Investigation of "3.22" Ice Disaster in Shangluo

CHAO Rui, FENG Xiao-xu
(Shaanxi Electric Power Design Institute, Xi’an 710054, China)

According to the accident statistics and fi eldwork of "3.22" ice disaster in Shangluo,the article analyse the causes of this disasters from the weather system,meteorological and geographical factors.In allusion to the problem re fl ected from the icing accident,we presents some measures to design and operation.

transmission lines, icing, weather.

P462

B

1671-9913(2011)01-0033-04

2010-11-04

晁锐(1985-)，男，助理工程师，主要从事电力工程水文气象勘测工作。