滇東北地區(qū)電網(wǎng)覆冰變化分析

周仿榮，馬儀，潘浩，方明，高振宇

（1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，昆明 650217；2.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司生產(chǎn)技術(shù)部，昆明 650051）

0 前言

云南省地處高海拔地區(qū)，區(qū)域內(nèi)以山地為主，滇東、滇東北和滇西北地區(qū)冬季濕度大、氣溫低，容易形成電網(wǎng)覆冰，電網(wǎng)覆冰災(zāi)害問題較為突出[1]。輸電線路覆冰后，載荷加大，弧垂過大，加上導(dǎo)線的脫冰跳躍等問題[2]，地線與同塔架設(shè)的導(dǎo)線極易發(fā)生短路放電事故，甚至發(fā)生導(dǎo)、地線斷線、倒塔等事故，引發(fā)電網(wǎng)停電[3]。

自開始出現(xiàn)有記錄的輸電線路冰災(zāi)事故的1954 年至2014年，我國華南、華中大部分地區(qū)都曾發(fā)生過十分嚴(yán)重的輸電線路覆冰事故。覆冰事故嚴(yán)重威脅了我國電網(wǎng)的安全運(yùn)行，并造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

近年來，受全球氣候變暖影響，極端天氣和氣候事件頻繁出現(xiàn)，電網(wǎng)冰災(zāi)事故發(fā)生概率有所上升，且更容易出現(xiàn)極端覆冰氣候，冰災(zāi)對(duì)電網(wǎng)安全的影響更加顯著。

2018年1月31日至2月8日，云南省就遭受了新一輪大范圍、高強(qiáng)度、長時(shí)間的低溫雨雪冰凍災(zāi)害天氣過程，低溫雨雪凝凍天氣對(duì)電網(wǎng)設(shè)備設(shè)施造成了較大的影響[4-5]，且近年來云南區(qū)域的冰情出現(xiàn)了一些新變化，開展針對(duì)本輪強(qiáng)覆冰的冰情變化分析，為今后云南電網(wǎng)防冰抗冰工作起到積極的作用。

1 云南省傳統(tǒng)覆冰分布

1.1 云南易覆冰區(qū)域的氣候特征及覆冰特點(diǎn)

影響云南省的冷空氣分為三大路徑，即：東北路徑、西北路徑和偏東路徑。云南省的輸電線路覆冰與冷空氣的路徑、強(qiáng)弱息息相關(guān)，故云南省覆冰主要集中在滇東、滇東北地區(qū)，其次是滇西北地區(qū)、滇中和滇東南地區(qū)。

云南省1971～2000年冰凍天氣分布圖如圖1，可以看出云南省冰凍天氣分布大致呈西北——東南向，基本沿高黎貢山、無量山、哀牢山等山脈為界。冰凍天數(shù)最多的是滇東北的鎮(zhèn)雄和威信，年平均可達(dá)50～80天；其次是滇東北的昭通地區(qū)和滇西北地區(qū)，年平均為30～50天；滇東的曲靖市各縣區(qū)、滇西北的維西、香格里拉、蘭坪、劍川，年平均為10～30天；滇中地區(qū)、滇西北東南部地區(qū)和滇東南地區(qū)年平均為10天以下。

圖1 云南省1971～2000年冰凍天氣分布圖

滇東及滇東北地區(qū)覆冰特點(diǎn)：本區(qū)獨(dú)特的地理位置和地形特征形成了其鮮明的天氣氣候特征，主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：一是冬春昆明靜止鋒常擺動(dòng)于此，多低溫陰雨，受復(fù)雜地形地貌影響，立體氣候特征明顯；二是復(fù)雜地形和特殊地理位置導(dǎo)致各種天氣系統(tǒng)交替作用，降水的時(shí)間和空間分布極不均勻，各地差異明顯。

滇東及滇東北地區(qū)屬低緯度高海拔地區(qū)，相對(duì)高差大，地形復(fù)雜，立體氣候特點(diǎn)突出，具有寒帶、亞熱帶多種氣候類型，氣候垂直變化較水平變化更為顯著。輸電線路覆冰主要發(fā)生在冬半年，由于滇東及滇東北地區(qū)的水源條件較好且冷空氣活動(dòng)十分頻繁，故云南全省的輸電線路覆冰以該地區(qū)最為嚴(yán)重。輸電線路覆冰與冬半年影響云貴高原的冷空氣活動(dòng)關(guān)系密切，該地區(qū)的覆冰類型以雨凇和混合淞居多。

滇西北地區(qū)覆冰特點(diǎn)：滇西北地區(qū)是云南省地勢(shì)最高、地形地貌最復(fù)雜的地區(qū)。特殊地形地貌和復(fù)雜的氣候影響，對(duì)滇西北地區(qū)獨(dú)特氣候類型的形成具有決定性作用。且江河縱橫、湖泊眾多、植被良好，為區(qū)域提供了良好的水汽條件，對(duì)區(qū)域內(nèi)氣候調(diào)節(jié)也有十分重要的作用，因而該地區(qū)雨淞、霧凇并不十分明顯。相反，由于頻繁的降雪和雨雪量較大，雪的濕度大、雨雪過程中氣溫有一定的波動(dòng)等特點(diǎn)，這里導(dǎo)線的粘附濕雪非常嚴(yán)重。

滇中及滇東南覆冰特點(diǎn)：滇中和滇東南文山地區(qū)地處低緯高原地區(qū)，其中山區(qū)、半山區(qū)占比大，大部分地區(qū)為亞熱帶氣候，雖然出現(xiàn)寒潮的次數(shù)不多，平均一年2～3次，但由于低緯高原冷空氣活動(dòng)少，防寒能力弱，一旦出現(xiàn)寒潮，損失較重，冬半年寒潮是其主要災(zāi)害性天氣之一。

影響滇中和滇東南覆冰過程一般有兩個(gè)路徑，即偏北路徑和偏東路徑，偏北路徑就是指切變位于四川東南部～滇東北等地，或切變位于湖南～貴州西部一線，或切變位于湖南～廣西北部等這幾種類型，影響最多的寒潮過程還是偏北路徑[6]。

1.2 歷史上云南省較大覆冰情況

云南省 1984、2008、2014、2016年覆冰相對(duì)較大，覆冰嚴(yán)重的年份是1984、2008，其中對(duì)輸電線路造成嚴(yán)重破壞的是2008，而1984年由于輸電線路建設(shè)較少，故對(duì)輸電線路的影響較小。

1.2.1 1984年覆冰情況

1984年1月中下旬，我國出現(xiàn)了大范圍的冰雪天氣，對(duì)我國華東、中南、西南等地區(qū)造成了大量的冰害事故，是當(dāng)時(shí)全國覆冰范圍最廣、覆冰量級(jí)最大、覆冰災(zāi)害最重的一次覆冰過程。滇東北地區(qū)輸電線路受到嚴(yán)重覆冰災(zāi)害。

1月初開始出現(xiàn)頻繁的低溫陰雨天氣，到1月下半月至2月上半月出現(xiàn)嚴(yán)重凝凍。1月下半月環(huán)流形勢(shì)500 hPa烏拉爾山阻高和東亞橫槽穩(wěn)定少動(dòng)，橫槽內(nèi)不斷分裂出小槽引導(dǎo)冷空氣南下，滇黔靜止鋒維持，凝凍天氣從東向西伸展，滇東北地區(qū)出現(xiàn)嚴(yán)重凝凍天氣，直到2月14日過程才結(jié)束。

1.2.2 2008年覆冰情況

2008年1月中旬～2月上旬，我國南方大范圍遭遇了有氣象紀(jì)錄以來最嚴(yán)重的冰雪災(zāi)害天氣，對(duì)我國西南、華中、華南、華東地區(qū)的電網(wǎng)運(yùn)行造成了重大危害，造成大范圍倒塔、斷線和閃絡(luò)事故，其中云南東北部、貴州、湖南等地受災(zāi)尤為嚴(yán)重。

2008年云南電網(wǎng)覆冰的特點(diǎn)：

1）覆冰的量級(jí)增加較大，覆冰厚度[7]為設(shè)計(jì)冰厚的1.5～3倍；

2）同一地段相同地形條件下覆冰隨海拔增高而增大，迎風(fēng)面、風(fēng)口、山脊、分水嶺等地形條件下覆冰明顯加重；

3）雨凇及以雨凇為主的混合凇是造成輸電線路覆冰災(zāi)害的主要原因[8]；

4）冰害范圍廣、覆冰強(qiáng)度大、冰凍持續(xù)時(shí)間長。

圖2 220 kV大鎮(zhèn)線149鐵塔受損情況

1.2.3 2016年初覆冰情況

2016年1月22日～26日，云南受“霸王級(jí)”寒潮影響，全省范圍出現(xiàn)大范圍強(qiáng)降溫降水、暴雪等極端災(zāi)害天氣過程[9]（見圖3），大部分地區(qū)最低溫度降到0℃以下，滇中以南大部分地區(qū)最低溫度降到3℃以下，且寒潮推進(jìn)速度之快，為1961年以來1月同期最嚴(yán)重，在整個(gè)冬季位列歷史第二位[10]。

圖3 2016年1月22-26日云南最低氣溫變溫分布圖

且本次覆冰區(qū)域的廣度超出了我們常規(guī)的認(rèn)知，平時(shí)幾乎不會(huì)覆冰的滇南和滇中南部都出現(xiàn)了覆冰，甚至在版納部分地區(qū)都出現(xiàn)了覆冰。幸而覆冰期不長，才沒有導(dǎo)致大面積的輸電線路故障。

2016年覆冰現(xiàn)象主要表現(xiàn)在：一是時(shí)間方面，去冬今春降溫天氣影響主要集中在1月中下旬至2月底期間；二是空間方面，去冬今春降溫天氣影響范圍較廣，分別影響到云南省內(nèi)滇東北、滇西北、滇中和滇南等13個(gè)地區(qū)，冷空氣影響范圍超出傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)水平；三是強(qiáng)度方面，去冬今春降溫幅度大、雨雪強(qiáng)度大，去冬今春全省范圍均出現(xiàn)大范圍強(qiáng)降溫降水、暴雪等極端災(zāi)害天氣過程，大部分地區(qū)最低溫度降到0℃以下，造成公司110 kV及以上線路覆冰數(shù)量同比2014-2015初增加了57條；四是天氣驟變方面，低溫雨雪過程持續(xù)時(shí)間較短，影響范圍較廣，覆冰速度迅猛，天氣回暖較快，極易引起線路非同期不均勻脫冰跳躍，且對(duì)冰情趨勢(shì)預(yù)測(cè)和融冰安排造成較大影響[11]。

2 2018年云南省異常覆冰分析

2.1 2018年覆冰情況

去冬今春，我省大部氣溫呈正常略偏高、降水正常略偏少的氣候特征，2月上旬，受強(qiáng)寒潮天氣過程影響，滇東大部地區(qū)由前期的氣溫偏高轉(zhuǎn)為異常偏低，出現(xiàn)持續(xù)長時(shí)間低溫冰凍天氣，滇中及以東地區(qū)平均氣溫偏低2-4℃，滇中至滇東大部分地區(qū)氣溫偏低4℃以上，出現(xiàn)嚴(yán)重的凍害[12]。

受強(qiáng)冷空氣影響，2018年1月31日至2月8日，云南省中部及以東以南地區(qū)日最高氣溫累積下降8～13℃，局地達(dá)14～17℃（最大降幅為宣威19℃）（圖4）。滇東北出現(xiàn)長時(shí)間、大范圍強(qiáng)寒潮天氣。滇西北中及以東地區(qū)日最高氣溫普遍低于4℃，日最低氣溫低于0℃。其中昆明2月2日至7日連續(xù)6天出現(xiàn)寒潮天氣，2日10時(shí)至3日11時(shí)、5日03時(shí)至14時(shí)氣溫持續(xù)低于0℃，屬于多年少見的長時(shí)間、強(qiáng)寒潮天氣過程。8日滇中及以東以南區(qū)域冷空氣減弱，氣溫明顯回升，強(qiáng)寒潮天氣過程結(jié)束。

伴隨此次強(qiáng)寒潮天氣，滇西北、滇中及以東以南地區(qū)普降小雨（雪），其中滇東北、滇中及滇東部地區(qū)等地出現(xiàn)降雪、凍雨。從降水量級(jí)看，此次過程降水量級(jí)雖小，但降水形態(tài)多以小雪或雨夾雪形式出現(xiàn)，特別是受寒潮天氣影響最重的滇中及以東地區(qū)，降雪范圍廣且持續(xù)時(shí)間長（圖5）。

圖4 云南省2018年1月30日至2月7日最高氣溫變溫分布

圖5 云南省2018年1月31日08時(shí)至2月7日08時(shí)降水分布

綜上所述，2018年1月31日至2月7日是2018年出現(xiàn)的最強(qiáng)寒潮天氣過程，云南省氣象局明確本輪低溫雨雪冰凍災(zāi)害天氣過程為1961年以來同期最低，全省平均氣溫為6.2℃，較常年偏低4.1℃，其中滇中及以東以南地區(qū)氣溫偏低8-9℃，有51個(gè)（縣）市平均氣溫突破了歷史同期最低值記錄。本輪災(zāi)害天氣過程具有影響范圍廣、凝凍程度大、持續(xù)時(shí)間長等特點(diǎn)。特別是滇東北、滇中及滇東地區(qū)，持續(xù)八天低溫雨雪天氣。滇西北、滇中及以東地區(qū)日最高氣溫普遍低于4℃，日最低氣溫低于0℃，對(duì)電力、交通造成較大的影響。是由于東亞大槽后部的西北冷空氣源源不斷的補(bǔ)充南下及地面冷鋒的長時(shí)間盤踞。

2.2 2018年云南電網(wǎng)覆冰引起跳閘情況

2014年至2018年2月8日，云南電網(wǎng)各供電單位110 kV及以上線路因覆冰引起的跳閘次數(shù)共為283次，主要發(fā)生在2014年和2018年，特別是2018年初的強(qiáng)寒潮引起了126次的覆冰跳閘。

283次覆冰跳閘中，500 kV線路因覆冰引起的跳閘49次，占跳閘總數(shù)的17.3%；220 kV線路因覆冰引起的跳閘94次，占跳閘總數(shù)的33.2%；110 kV線路因覆冰引起的跳閘140次，占跳閘總數(shù)的49.5%。

圖6 2014-2018年各電壓等級(jí)輸電線路覆冰跳閘變化情況

2.3 2018年初覆冰變化新特點(diǎn)

1）持續(xù)時(shí)間長。本輪低溫雨雪凝凍天氣持續(xù)時(shí)間較長，自1月31日開始，直到2月8日晚上才趨于尾聲，持續(xù)時(shí)間共計(jì)9天，成為近10年來線路覆冰持續(xù)時(shí)間第二長（除2008年）的一輪寒潮。

2）空間范圍廣。本輪低溫雨雪凝凍天氣影響范圍較廣，除滇南地區(qū)之外的云南大部分地區(qū)出現(xiàn)了線路覆冰情況，同比去年昭通、曲靖、怒江地區(qū)增加了7個(gè)地區(qū)，同比2008年9個(gè)地區(qū)增加楚雄地區(qū)。

3）寒潮強(qiáng)度大。本輪低溫雨雪凝凍天氣影響程度大，云南省氣象局明確本輪災(zāi)害天氣過程為1961年以來同期最低，全省平均氣溫為6.2℃，較常年偏低4.1℃，其中滇中及以東以南地區(qū)氣溫偏低8-9℃，有51個(gè)（縣）市平均氣溫突破了歷史同期最低值記錄。

4）影響面轉(zhuǎn)移。歷年覆冰受影響最大的是昭通地區(qū)和曲靖地區(qū)，而2018年初強(qiáng)寒潮長時(shí)間盤踞在滇中地區(qū)，造成滇中地區(qū)輸電線路跳閘、受損較多。

3 結(jié)束語

針對(duì)2018年冰區(qū)分布出現(xiàn)的新情況，特別是在滇池、陽宗海、撫仙湖三大水體周邊覆冰受損較嚴(yán)重，對(duì)本次覆冰較嚴(yán)重的微地形、微氣象區(qū)進(jìn)行更細(xì)化的識(shí)別，細(xì)化冰區(qū)分布圖，以及對(duì)其他受影響較大的區(qū)域也進(jìn)行冰區(qū)分布圖相應(yīng)的修編。

結(jié)合電網(wǎng)工程的建設(shè)和冰區(qū)情況，計(jì)劃在昆明地區(qū)的500 kV七甸變、500 kV圭山變、500 kV白邑變，昭通地區(qū)的500 kV榮興變、500 kV昭陽變，曲靖地區(qū)的500 kV龍海變等增設(shè)直流融冰裝置，使覆冰線路具備融冰能力。

加強(qiáng)對(duì)新建大壩、水電站等周邊區(qū)域覆冰情況的監(jiān)測(cè)。

覆冰季節(jié)前對(duì)可能重覆冰線路開展特巡，及時(shí)消除缺陷，減少覆冰斷線的故障。