渝东南地区输电线路覆冰划分依据分析

杨亚东

摘 要：输电线路覆冰灾害严重影响电力系统安全，并給国民经济带来了巨大损失。对于高海拔无人区，交通、运行维护条件极差。探索和分析该地区覆冰划分依据，对送电线路设计和防护具有重要的指导作用。收集渝东南地区大量的覆冰观测数据并结合现场覆冰调查计算结果，建立该地区覆冰厚度与海拔相对关系。结果表明，在排除微地形和微气象区的情况下，渝东南地区输电线路覆冰厚度随海拔增加变化显著。

关键词：渝东南;覆冰;海拔;划分依据

中图分类号：TM75;P429 文献标识码：A 文章编号：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

近年来，随着全球气候变暖，反常、极端天气频繁发生，冰冻灾害天气次数逐渐增多，影响范围也越来越大。而输电线路会直接受到冰冻天气的影响，因覆冰引起的电网故障率也在不断增加，给国民生活及经济造成了严重危害[1]。

重庆市位于我国西南地区，而渝东南地区高压线较多。渝东南地区主要包括黔江区、彭水县、武隆区、石柱县、秀山县和酉阳县。该区域有向上、锦苏±800 kV直流等多条特、超高压输电线路，分布密集，是重要的国家电网高压线路走廊，也是重庆覆冰灾害多发区域[1]。

特殊的地形条件和气候特征，导致该区域覆冰灾害情况复杂多样，加之近几年极端天气频发，覆冰灾害呈增多趋势，严重影响了区域电网的安全稳定运行。因此，针对作为超高压、特高压线路走廊的渝东南地区进行覆冰研究，对线路设计及采取相应抗冰措施意义重大。

1 渝东南地区地形及气象特征

重庆地势由南北向长江河谷逐级降低，西北部和中部以丘陵、低山为主，东南部靠大巴山和武陵山两座大山脉，坡地较多，全市地貌类型分中山、低山、高丘陵、中丘陵、低丘陵、缓丘陵、台地和平坝8大类，地形地貌各样，以山地和丘陵为主。其中，山地（中山和低山）面积62 413.24 km，占辖区面积75.8%，故重庆有“山城”之称。但重庆的高山峻岭多集中在东南部及东北部，特别是渝东南地区，地处大娄山和武陵山北端余脉，地形地貌多变，大型山脉居多，大部分山脉海拔在800 m以上，其中最高峰接近2 000 m，纵横交错，高山、低谷遍布其间。

区域山脉水系发育，气候温和、湿润，降雨量大、水气充沛。渝东南地区平均气温为15.1～17.7 ℃，极端最高气温为37.5～42.7 ℃，最低气温为-5.6～-1.3℃，多年平均降水量在1 017.6～1 333.6 mm，多年平均湿度在80%左右。该区域立体气候明显，特别是高海拔地带，冬季云雾不散并伴有毛毛雨，当气温骤降时，会出现冰冻天气。特殊的地形条件和气候特征导致该区域输电线路极易产生覆冰，对输电线路的运行和维护造成极大危害。

2 区域电网覆冰调查计算

渝东南地区已建高压输电线路密集，是冬季覆冰灾害高发地区。近20年来，因冰冻天气引起线路故障很多，其中倒塔断线事故时有发生。为了获取详细的原始覆冰资料，需对渝东南各县区高海拔、低海拔及覆冰多发区域进行实地踏勘和覆冰调查，同时走访各个县区电力部门、通信部门和气象部门，收集输电线路故障发生时第一时间所观测到的覆冰数据和大量冰冻天气下的线路运维数据。经过对区域内各海拔山脉的调查分析，覆冰密度的选取是在调查的基础上参考地方供电运维部门通过现场拍摄的照片及称重、实测覆冰长短径，并采用下列公式进行计算而综合取定。

ρ=4G/πL（ab-4r） （1）

式中：ρ为覆冰密度，g/cm;G为冰的质量，g;L为覆冰体长度，m;a为覆冰体长径（含导线），mm;b为覆冰体短径（含导线），mm;r为导线半径，mm。

标准冰厚可根据实地踏勘调查覆冰资料，采用下列公式进行计算：

式中：B为标准冰厚，mm;R为覆冰半径（含导线），mm;K为覆冰形状系数，等于覆冰短径与覆冰长径的比值。

无实测资料的地区，覆冰密度可根据调查的覆冰质地、形状色泽、附着力、视感及覆冰时的天气情况，并根据《电力工程气象勘测技术规程》（DL/T 5158—2021）[2]中各类覆冰的密度范围表进行选用，如表1所示。

根据实测资料结果及调查选用结果综合分析可知，渝东南地区海拔较低处覆冰类型以雨凇为主，较高的山脉上覆冰类型以雨雾混合凇为主，密度为0.5～0.7 g/cm3。其色泽半透明，质地较硬，附着力较强，生长速度较快，对导线危害较大，如图1所示。

通过对渝东南各区域280个点位调查、汇总并进行合理性检查和可靠性程度评价，选取合理的调查数据并根据覆冰调查公式进行计算。根据调查计算结果与收集的数据资料进行分析，得出不同海拔下的覆冰冰厚，结果如表2所示。

在不考虑微地形、微气象等特殊环境影响下，根据以上各统计数据绘制覆冰厚度随海拔变化关系图（见图2），并根据关系曲线拟合出该区域覆冰厚度与海拔之间的关系公式：

B=1.680 9e

式中：B为覆冰厚度，mm;ћ为海拔，m。

通过绘制的覆冰厚度随海拔变化关系曲线图可看出渝东南地区电线结冰厚度随着海拔增加而增加，并且变化显著。对于个别特殊微地形区域，高海拔山脉上的输电线路结冰更为严重。不同地区覆冰厚度与海拔的经验公式为[2]：

B=ke （4）

式中：k和β是地区和覆冰类型变化参数。

该经验公式与本研究所得公式（3）相似。阎同喜对导线覆冰气象参数的分析研究得出，输电线路所經地段的海拔和地形会与气象站地有较大差别，覆冰厚度会随海拔的增加而增加[3]。根据蒋兴良等通过研究重庆覆冰与海拔关系得出反映重庆覆冰随着海拔变化的函数

公式[4-5]：

B=21.247 8e-28_034 8 （5）

该公式能进一步说明重庆输电线路的覆冰随着海拔遵循指数规律变化。

为验证这一变化规律，本次收集到重庆市武隆车盘山区域高海拔地段模拟输电线路导线架设的观冰点的实测数据，并计算出等效冰厚，如表3所示。临近高海拔地区绿葱坡（海拔1 820 m）和金佛山（海拔1 920 m）观冰站观冰统计资料计算出的设计最大覆冰值分别为53.2 mm和52.0 mm，而低海拔区域（800～1 200 m）实测的最大覆冰厚度为5.0～19.3 mm。

海拔/m 向上、锦苏线 张隆线覆冰最大值/mm 覆冰类型 覆冰最大值/mm 覆冰类型1 400 28.0 混合凇 28.2 混合凇以上实测观冰数据计算结果可以进一步验证该区域高海拔地带的线路覆冰值变化显著这一特性。

3 渝东南地区覆冰划分依据

近年来，随着国家对生态环境的保护，山区的植被生态逐年改善，空气湿度逐年增加，空气中的水汽含量和水汽饱和度增加。而对于河流水系较多的渝东南山区，水汽更加充足，且空气中水分不易流失。当冷锋过境后，受海拔温差的影响，山谷水湿热蒸汽向山上升腾，高海拔区域空气中的水汽含量持续增加甚至过饱和，表现形态为低温、云雾天气。2018年冬季1—2月份在海拔1 400 m山脉进行湿度和温度观测，数据记录如图3和图4所示，可看出该区域高海拔地带在冬季出现相对湿度持续较高的低温天气。

高海拔地区的空气相对湿度和环境温度以及高山地区风速都是加速形成导线覆冰的主要因素。输电线路所处区域海拔越高，所对应空气的温度、气压也越低，风速和湿度会越大，导线越容易覆冰，并且有着持续、反复结冰、覆冰量级大、消融时间长等特点。沿线踏勘调查及运行管理部门多年以来在渝东南地区800 kV、500 kV、220 kV和110 kV线路工程设计、运行中总结出的成果、经验，也验证了该区域覆冰量级与海拔成正比的关系。

渝东南地区山脉连绵起伏，河流纵横交错，空气湿度大，微地形、微气候区较多，在冬季极易形成覆冰。该区域又是重要的高压线路走廊，特高压线路和超高压线路分布密集。因此，在进行冰区划分时，海拔是影响覆冰分布的一大影响因素。

4 结语

在对输电线路冰区进行划分时需考虑区域气象、地形、大型水体、植被等诸多因素，同时要参考区域冰雪灾害报告、附近观冰站观测数据、已建线路设计及运行资料而综合判定。对于渝东南山区，地形地貌及周边环境相近区域，随着海拔的增加，其湿度、温度、风速及气压等影响结冰的因素也不断变化。根据统计数据分析，覆冰量级随着海拔增加而增加，变化显著。由于渝东南地区覆冰观测站较少，可用的气象数据也相对短缺，高海拔无人区更是无法调查出有用的数据。因此，对于渝东南无资料区域，海拔可作为线路覆冰设计划分冰区的重要依据。

参考文献：

[1]徐焜耀，况军，吴彬.重庆输电线路覆冰的实时监测方案[J].中国电力教育，2008（增刊3）：619-621.

[2]国家能源局.电力工程气象勘测技术规程：DL/T 5158—2012[S].北京：中国电力出版社，2012.

[3]王熹，张庭，赵超.江西省输电线路覆冰厚度区域性分布规律[J].勘测设计，2018（11）：21-26.

[4]阎同喜.导线覆冰气象参数的分析研究[J].机械管理开发，2006（5）：51-52.

[5]蒋兴良，杜珍，莫文强，等.重庆地区电网覆冰的海拔高度特性[J].高电压技术，2011（6）：1336-1342.