渝東南地區輸電線路覆冰劃分依據分析

楊亞東

摘 要：輸電線路覆冰災害嚴重影響電力系統安全，并給國民經濟帶來了巨大損失。對于高海拔無人區，交通、運行維護條件極差。探索和分析該地區覆冰劃分依據，對送電線路設計和防護具有重要的指導作用。收集渝東南地區大量的覆冰觀測數據并結合現場覆冰調查計算結果，建立該地區覆冰厚度與海拔相對關系。結果表明，在排除微地形和微氣象區的情況下，渝東南地區輸電線路覆冰厚度隨海拔增加變化顯著。

關鍵詞：渝東南;覆冰;海拔;劃分依據

中圖分類號：TM75;P429 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）34-0-03

Basis Analysis of Icing Classification for Transmission Lines in

Southeast Chongqing

YANG Yadong

（Power China Henan Electric Power Survey & Design Institute Co.， Ltd.， Zhengzhou Henan 450007）

Abstract： Transmission line icing disaster seriously affects the safety of power system，and bring huge losses to the national economy.For the high-altitude no-man’s land with extremely poor traffic and operation and maintenance conditions， it is important to explore and analyze the basis of ice division in this area for the design and protection of power transmission lines. By collecting a large number of ice cover observation data in Southeast Chongqing and combined with the calculation results of field ice cover investigation to establish the relative relationship between ice cover thickness and altitude in this area. The results show that the ice thickness of transmission lines in Southeast Chongqing and Chongqing changes significantly with the increase of altitude when the microtopography and micrometeorological areas are excluded.

Keyword： Southeast Chongqing;ice;altitude;basis of classification

近年來，隨著全球氣候變暖，反常、極端天氣頻繁發生，冰凍災害天氣次數逐漸增多，影響范圍也越來越大。而輸電線路會直接受到冰凍天氣的影響，因覆冰引起的電網故障率也在不斷增加，給國民生活及經濟造成了嚴重危害[1]。

重慶市位于我國西南地區，而渝東南地區高壓線較多。渝東南地區主要包括黔江區、彭水縣、武隆區、石柱縣、秀山縣和酉陽縣。該區域有向上、錦蘇±800 kV直流等多條特、超高壓輸電線路，分布密集，是重要的國家電網高壓線路走廊，也是重慶覆冰災害多發區域[1]。

特殊的地形條件和氣候特征，導致該區域覆冰災害情況復雜多樣，加之近幾年極端天氣頻發，覆冰災害呈增多趨勢，嚴重影響了區域電網的安全穩定運行。因此，針對作為超高壓、特高壓線路走廊的渝東南地區進行覆冰研究，對線路設計及采取相應抗冰措施意義重大。

1 渝東南地區地形及氣象特征

重慶地勢由南北向長江河谷逐級降低，西北部和中部以丘陵、低山為主，東南部靠大巴山和武陵山兩座大山脈，坡地較多，全市地貌類型分中山、低山、高丘陵、中丘陵、低丘陵、緩丘陵、臺地和平壩8大類，地形地貌各樣，以山地和丘陵為主。其中，山地（中山和低山）面積62 413.24 km，占轄區面積75.8%，故重慶有“山城”之稱。但重慶的高山峻嶺多集中在東南部及東北部，特別是渝東南地區，地處大婁山和武陵山北端余脈，地形地貌多變，大型山脈居多，大部分山脈海拔在800 m以上，其中最高峰接近2 000 m，縱橫交錯，高山、低谷遍布其間。

區域山脈水系發育，氣候溫和、濕潤，降雨量大、水氣充沛。渝東南地區平均氣溫為15.1～17.7 ℃，極端最高氣溫為37.5～42.7 ℃，最低氣溫為-5.6～-1.3℃，多年平均降水量在1 017.6～1 333.6 mm，多年平均濕度在80%左右。該區域立體氣候明顯，特別是高海拔地帶，冬季云霧不散并伴有毛毛雨，當氣溫驟降時，會出現冰凍天氣。特殊的地形條件和氣候特征導致該區域輸電線路極易產生覆冰，對輸電線路的運行和維護造成極大危害。

2 區域電網覆冰調查計算

渝東南地區已建高壓輸電線路密集，是冬季覆冰災害高發地區。近20年來，因冰凍天氣引起線路故障很多，其中倒塔斷線事故時有發生。為了獲取詳細的原始覆冰資料，需對渝東南各縣區高海拔、低海拔及覆冰多發區域進行實地踏勘和覆冰調查，同時走訪各個縣區電力部門、通信部門和氣象部門，收集輸電線路故障發生時第一時間所觀測到的覆冰數據和大量冰凍天氣下的線路運維數據。經過對區域內各海拔山脈的調查分析，覆冰密度的選取是在調查的基礎上參考地方供電運維部門通過現場拍攝的照片及稱重、實測覆冰長短徑，并采用下列公式進行計算而綜合取定。

ρ=4G/πL（ab-4r） （1）

式中：ρ為覆冰密度，g/cm;G為冰的質量，g;L為覆冰體長度，m;a為覆冰體長徑（含導線），mm;b為覆冰體短徑（含導線），mm;r為導線半徑，mm。

標準冰厚可根據實地踏勘調查覆冰資料，采用下列公式進行計算：

式中：B為標準冰厚，mm;R為覆冰半徑（含導線），mm;K為覆冰形狀系數，等于覆冰短徑與覆冰長徑的比值。

無實測資料的地區，覆冰密度可根據調查的覆冰質地、形狀色澤、附著力、視感及覆冰時的天氣情況，并根據《電力工程氣象勘測技術規程》（DL/T 5158—2021）[2]中各類覆冰的密度范圍表進行選用，如表1所示。

根據實測資料結果及調查選用結果綜合分析可知，渝東南地區海拔較低處覆冰類型以雨凇為主，較高的山脈上覆冰類型以雨霧混合凇為主，密度為0.5～0.7 g/cm3。其色澤半透明，質地較硬，附著力較強，生長速度較快，對導線危害較大，如圖1所示。

通過對渝東南各區域280個點位調查、匯總并進行合理性檢查和可靠性程度評價，選取合理的調查數據并根據覆冰調查公式進行計算。根據調查計算結果與收集的數據資料進行分析，得出不同海拔下的覆冰冰厚，結果如表2所示。

在不考慮微地形、微氣象等特殊環境影響下，根據以上各統計數據繪制覆冰厚度隨海拔變化關系圖（見圖2），并根據關系曲線擬合出該區域覆冰厚度與海拔之間的關系公式：

B=1.680 9e

式中：B為覆冰厚度，mm;?為海拔，m。

通過繪制的覆冰厚度隨海拔變化關系曲線圖可看出渝東南地區電線結冰厚度隨著海拔增加而增加，并且變化顯著。對于個別特殊微地形區域，高海拔山脈上的輸電線路結冰更為嚴重。不同地區覆冰厚度與海拔的經驗公式為[2]：

B=ke （4）

式中：k和β是地區和覆冰類型變化參數。

該經驗公式與本研究所得公式（3）相似。閻同喜對導線覆冰氣象參數的分析研究得出，輸電線路所經地段的海拔和地形會與氣象站地有較大差別，覆冰厚度會隨海拔的增加而增加[3]。根據蔣興良等通過研究重慶覆冰與海拔關系得出反映重慶覆冰隨著海拔變化的函數

公式[4-5]：

B=21.247 8e-28_034 8 （5）

該公式能進一步說明重慶輸電線路的覆冰隨著海拔遵循指數規律變化。

為驗證這一變化規律，本次收集到重慶市武隆車盤山區域高海拔地段模擬輸電線路導線架設的觀冰點的實測數據，并計算出等效冰厚，如表3所示。臨近高海拔地區綠蔥坡（海拔1 820 m）和金佛山（海拔1 920 m）觀冰站觀冰統計資料計算出的設計最大覆冰值分別為53.2 mm和52.0 mm，而低海拔區域（800～1 200 m）實測的最大覆冰厚度為5.0～19.3 mm。

海拔/m 向上、錦蘇線 張隆線覆冰最大值/mm 覆冰類型 覆冰最大值/mm 覆冰類型1 400 28.0 混合凇 28.2 混合凇以上實測觀冰數據計算結果可以進一步驗證該區域高海拔地帶的線路覆冰值變化顯著這一特性。

3 渝東南地區覆冰劃分依據

近年來，隨著國家對生態環境的保護，山區的植被生態逐年改善，空氣濕度逐年增加，空氣中的水汽含量和水汽飽和度增加。而對于河流水系較多的渝東南山區，水汽更加充足，且空氣中水分不易流失。當冷鋒過境后，受海拔溫差的影響，山谷水濕熱蒸汽向山上升騰，高海拔區域空氣中的水汽含量持續增加甚至過飽和，表現形態為低溫、云霧天氣。2018年冬季1—2月份在海拔1 400 m山脈進行濕度和溫度觀測，數據記錄如圖3和圖4所示，可看出該區域高海拔地帶在冬季出現相對濕度持續較高的低溫天氣。

高海拔地區的空氣相對濕度和環境溫度以及高山地區風速都是加速形成導線覆冰的主要因素。輸電線路所處區域海拔越高，所對應空氣的溫度、氣壓也越低，風速和濕度會越大，導線越容易覆冰，并且有著持續、反復結冰、覆冰量級大、消融時間長等特點。沿線踏勘調查及運行管理部門多年以來在渝東南地區800 kV、500 kV、220 kV和110 kV線路工程設計、運行中總結出的成果、經驗，也驗證了該區域覆冰量級與海拔成正比的關系。

渝東南地區山脈連綿起伏，河流縱橫交錯，空氣濕度大，微地形、微氣候區較多，在冬季極易形成覆冰。該區域又是重要的高壓線路走廊，特高壓線路和超高壓線路分布密集。因此，在進行冰區劃分時，海拔是影響覆冰分布的一大影響因素。

4 結語

在對輸電線路冰區進行劃分時需考慮區域氣象、地形、大型水體、植被等諸多因素，同時要參考區域冰雪災害報告、附近觀冰站觀測數據、已建線路設計及運行資料而綜合判定。對于渝東南山區，地形地貌及周邊環境相近區域，隨著海拔的增加，其濕度、溫度、風速及氣壓等影響結冰的因素也不斷變化。根據統計數據分析，覆冰量級隨著海拔增加而增加，變化顯著。由于渝東南地區覆冰觀測站較少，可用的氣象數據也相對短缺，高海拔無人區更是無法調查出有用的數據。因此，對于渝東南無資料區域，海拔可作為線路覆冰設計劃分冰區的重要依據。

參考文獻：

[1]徐焜耀，況軍，吳彬.重慶輸電線路覆冰的實時監測方案[J].中國電力教育，2008（增刊3）：619-621.

[2]國家能源局.電力工程氣象勘測技術規程：DL/T 5158—2012[S].北京：中國電力出版社，2012.

[3]王熹，張庭，趙超.江西省輸電線路覆冰厚度區域性分布規律[J].勘測設計，2018（11）：21-26.

[4]閻同喜.導線覆冰氣象參數的分析研究[J].機械管理開發，2006（5）：51-52.

[5]蔣興良，杜珍，莫文強，等.重慶地區電網覆冰的海拔高度特性[J].高電壓技術，2011（6）：1336-1342.