云贵高原超高压输电线一次大范围覆冰的时空分布特征、数值模拟和天气学成因研究

利用我国南方电网输电线覆冰监测系统获取的覆冰厚度数据、气温及湿度数据、气象再分析资料和地形高程数据,结合覆冰数值模型,分析了2018年1月24-28日期间云贵高原输电线路一次大范围持续覆冰的时空分布特征,模拟了覆冰厚度增长,并研究了其天气学成因。结果表明：（1）贵州中部输电线路最先出现覆冰,整体覆冰时长为60～120 h,且90%的输电线路覆冰厚度大于15 mm,覆冰最大厚度可达50.74 mm。云南和广西东北部输电线覆冰时长分别为0～10 h和40～80 h,覆冰最大厚度不超过25.22 mm。（2）数值模拟结果与监测数据之间相关系数在0.9以上,通过了置信度95%的F型显著性检验（P=0.049）。但复杂地形对于输电线路覆冰的模拟结果有显著影响：对于海拔920～1060 m、坡度7.73°～20.3°、西北和东北向垭口的输电线路覆冰模拟效果最好;由于海拔低于920 m或坡度大于20.3°的输电线路的液水含量被高估,西南和东南向垭口的输电线路风速被低估,从而导致这些地形背景下的模拟结果较差。（3）欧亚大陆“北高南低”的位势高度场和“两槽一脊”的稳定环流形势,将聚集在东西伯利亚地区的冷...     

广西输电线路覆冰典型年份的环流特征分析

采用NCEP/NCAR逐月再分析资料、广西北部43个气象台站的温度、湿度、风、降水、导线覆冰等观测资料以及广西输电线路覆冰资料,建立雨凇覆冰厚度计算模型,并得出气象台站的历史覆冰厚度序列。采用数理统计和合成分析等方法研究典型覆冰年份的时空特征、环流背景及气象要素变化特征,结果发现:广西输电线路覆冰主要出现在冬季的桂北,并有逐年减轻的趋势,MannKendall突变检验表明,存在1个明显的突变点,出现在1985年;广西典型覆冰年份,500 hPa欧亚大陆中高纬地区呈明显的"两槽一脊"型,广西高空处于南支槽前,地面受冷高压脊控制;赤道中东太平洋,从夏季到秋季,海温由偏高转为偏低,到冬季SSTA维持为负距平,说明广西输电线路覆冰与LA NINA事件有较密切的关系。当日最低气温在0.2℃以下,风速5 m·s-1,并伴有雨凇和弱降水,低温寡照天气时容易出现覆冰。     

2015年广西区北部超高压输电线路一次连续覆冰事件的天气学特征

广西区是我国南方电网西电东送输电的重要通道, 2015年1月26日—2月8日期间广西区北部桂林地区发生了一次大范围超高压输电线路的连续覆冰事件, 其最大覆冰厚度可达24.83 mm。利用ERA5再分析资料和气象观测资料结合南方电网超高压输电线路覆冰观测资料, 从天气形势、温湿垂直层结、局地气象要素以及大气环流指数等方面综合分析了此次电线覆冰的天气学成因。结果表明, 东亚大槽偏强, 阻塞高压引导脊前偏北气流南下, 冷空气入境与西太平洋副热带高压带来的暖湿气流汇合, 在北方寒潮与南方水汽的共同作用下, 地处高海拔的输电线塔杆易出现覆冰。冷暖气团在桂林北部山区上空相互对峙形成准静止锋时出现两种覆冰变化特征: 当冷空气强盛且水汽充沛时, 过冷却雨滴冻结或者雾滴凝华形成电线积冰; 而在暖气团主导下电线覆冰则自然融化。准静止锋的锋区移动在很大程度上影响着电线的覆冰增长过程, 特别地, 冷暖空气的交替主导是电线反复积冰的主要原因。      

南岭覆冰气象站观测资料分析与高压输电线路建设的探讨

南岭覆冰气象站观测资料分析与高压输电线路建设的探讨＠王如荣￥宁武县气象局＠解朝真￥忻州地区气象局＠张树林￥忻州地区电业局超高压输电工区南岭覆冰气象站观测资料分析与高压输电线路建设的探讨王如荣（宁武县气象局０３６０００）解朝真（忻州地区气象局０３４０００）张...     

浙江省输电线路覆冰灾害风险评估方法研究

以浙江省为例,进行省域冰区图绘制和杆塔尺度的输电线路评估。首先,利用覆冰生成数值模式,针对2005—2014年覆冰灾害进行了逐小时0.01°×0.01°分辨率的覆冰过程反演,结合Gumbel极值分布刻画各栅格超越概率分布并绘制浙江省冰区图;其次,通过多因素比较分析,建立基于高程要素的杆塔覆冰降尺度方案;最后,基于区域灾害风险评估方法,选取易损性评估模型,对浙江省输电线路覆冰灾害下的杆塔失效率给出了定量评估。结果显示,浙江省冰区呈北、中、南带状分布,且中部覆冰带可能强度最大;在当前气候背景条件下,忽略人为抗冰、融冰等作用,浙江省中部及北部的输电线路覆冰风险相对较高。     

当冻雨再次来袭时

2009年11月16日至20日,罕见冻雨袭击贵州,多条输电线路出现覆冰现象,威宁县城电线结冰直径达10毫米,当地电网公司及时消除覆冰,贵州电网安然经历了这个冬季的首次冻雨考验。     

输电线路导线覆冰数学物理模型分析

系统回顾了近年来国内外有关输电线路导线覆冰的数学物理模型,介绍了各模型的物理假设,数学建模及参数化过程.并着重分析了各个模型的建模理念,提出了这些模型在研究导线覆冰机制和对覆冰做出预测时的优点与局限性.为今后对这些经典模型的改进指出了一些方向.     

电线覆冰预报模型研究综述

我国地域广阔、地形复杂、气候多变,输电系统面临相当严重的覆冰灾害威胁。导线覆冰导致的电力系统事故,严重影响了正常的国民经济生活。为了保证电网系统安全可靠的运行,有必要对输电线路导线覆冰的预测模型进行深入研究。首先总结了电线覆冰的相关气象因素,然后列举了一些比较典型的经验和半经验模型,综合阐述了覆冰物理过程的流体力学和热力学理论,最后对国内的覆冰预测模型研究现状做了简要介绍。     

贵州导线覆冰的致灾机理研究

导线覆冰是在一定气象条件下发生的复杂的物理过程,贵州是我国南方导线覆冰最严重的受灾区,每年都会发生不同程度的覆冰灾害。本文利用地面观测资料、探空资料、NCEP再分析资料和覆冰资料,通过分析影响局地线路覆冰的大范围气候、天气背景及其变化特征,结合已有的覆冰灾害事件,侧重于气候背景的角度,分析总结了2008～2011年贵州产生覆冰的天气气候特征,气象要素条件以及地理环境因子与导线覆冰的关系,主要得出以下结论：贵州省导线覆冰与中高纬大气环流异常,西太平洋副高的北移,对流层下层逆温层的影响密不可分;贵州省地处云贵高原,北边小槽移动影响与南方来的暖湿空气汇集之地,容易形成冰冻天气,加之导线多分布于山上,则导线的材质与分布,导线所在环境的空气湿度,空气温度,风向风速,降水与天气状况等,决定了导线覆冰的厚度。     

一种浙江省冻雨落区的推算方法

2008年初浙江省出现全省性的大范围强冻雨天气,在输电线路上形成很厚的覆冰,致使浙江电网遭受巨大的损失。然而,浙江省却仅有三分之一的气象站观测到冻雨,持续时间也很短。本文利用全球再分析资料ERA-Interim结合浙江电网覆冰灾情资料,分析了2008和2013年的两次强冻雨过程。研究表明浙江省强冻雨发生时具备冷暖冷的层结结构,且中间暖层气温0℃,但相比湖南省,浙江省的暖层中心气温稍低,下层冷层厚度略厚,暖层中的液态水进人到下层冷层后易被冻结,落到低海拔地面为冰粒,或者低海拔地面层气温高于0℃,冻雨落到地面为降雨,所以冻雨期间浙江省绝大多数气象站(海拔在200 m以下)观测不到雨凇,观测到的多是冰粒或降雨;而在海拔较高的山区,冷层厚度变薄,液态水被冻结的概率大大降低,而且山区地面气温多低于0℃,有利于冻雨落在山区地面形成雨凇,因此浙江省冻雨多出现在浙中海拔400 m以上和浙南海拔600 m以上的山区。根据浙江省冻雨的特点,采用全球再分析资料进行冻雨落区推算,结果与浙江电网实际的覆冰灾情吻合得较好。本研究利用输电线路覆冰厚度确定冻雨强弱和分布,采用再分析资料推算冻雨落区,为地形起伏度较大的省份开展冻雨研究,进行冻雨监测和预报提供一条新的思路。     

西南山地电力走廊导线覆冰及风载荷观测试验

本试验在高寒山区开展了基于拉力传感器的导线覆冰重量观测测试和基于三维测力天平的导线风载应力观测测试,探索了观测装置和试验方法的可行性。通过以西昌大菁梁子站为代表的测试结果进行分析,得出以下结论:基于拉力传感器的导线覆冰重量观测和基于三维测力天平的导线风载应力观测的试验方法可行、观测数据真实有效,具有输电线路导线覆冰持续观测能力;由风速和导线受力观测数据计算得到导线风阻系数,与其典型值相当;在高寒山区实地开展导线覆冰重量和风载应力观测试验,能够为评估导线力学模型积累观测资料,对导线覆冰和强风作用下的载荷基本特征及演变机理的研究具有重要的意义。     

宁波北仑地区的一次冻雨过程分析

2013年1月初,宁波北仑地区附近山区输电线路上出现厚度20~30 mm的严重冻雨覆冰。本文利用电力部门收集的详细灾情信息和欧洲中心高分辨率(0.75°×0.75°)的全球再分析资料,对此次冻雨过程进行了分析。结果表明,冻雨覆冰期间的暖湿气流主要来自西太平洋,从海南岛以东区域北上输送到浙江省,不仅在北仑地区上空带来大的水汽通量,还形成典型的冷暖冷的逆温层结,具备产生冻雨的空中层结条件;虽然北仑城区地面气温一直在0℃以上,观测不到雨凇现象,但附近海拔300~400 m以上的山区地面气温维持在0℃以下,且山区风速较大,非常有利于冻雨在地物上冻结形成冻雨覆冰;经过40 h左右的持续冻雨,北仑山区出现严重的覆冰灾情。     

探空资料在输电线路覆冰事故评估中的应用

为了分析2008年初浙江省电网大面积覆冰事故发生的原因,在缺乏有代表性电线结冰观测的条件下,利用气象探空观测资料统计分析低空各个海拔高度上气温、湿度条件,发现低温与高湿度的配置条件出现状况与输电线路覆冰事故调查结果有较好的对应,可将这样的配置条件视作覆冰气象基本条件,并可通过对比历史上严重冰雪天气灾害发生期间的低空覆冰气象条件,分析评估电网覆冰事故。分析指出:2008年1月中旬至2月初,浙江内陆海拔100 m以上高度出现持续性较严重的覆冰气象条件,是有系统气象记录以来最严重的时段,覆冰条件随着海拔高度的增高而加强,其主要原因是大气层低空低温与高湿配置条件较好,持续时间长。     

2018年初安徽省沿江地区输电线路舞动天气成因分析

基于逐5 min地面气象要素观测数据、逐日气象观冰站电线覆冰观测数据、安庆站逐12 h探空观测资料以及逐6 h ERA-Interim再分析资料,对2018年初安徽省沿长江及跨江线路电线舞动过程中气象要素进行分析,并对导致电线覆冰和大风的天气成因进行探讨。结果表明:舞动位置附近出现不同程度冻雨导致的电线覆冰,并伴有较强的东北风,极大风速风向与舞动线路夹角多在45°以上,冻雨和大风是导致此次输电线路舞动的直接因素;此次输电线路舞动发生伴随的冻雨属于典型的"过冷暖雨";700 h Pa南支槽前西南气流为此次冻雨输送水汽的同时带来暖温度平流,维持暖层的存在; 925 h Pa大陆冷高压下东北气流带来的冷温度平流使近地面层降水处于过冷却状态;锋面后冷空气在华北地区上空堆积致使冷高压加强是导致安徽沿江地区较强东北风形成的主要因素。     

六盘水地区的导线覆冰

覆冰是危害输电线路安全运行的主要自然灾害之一。贵州省六盘水地区冰害十分严重,1967年1月—1984年2月共出现10次较严重的覆冰,尤其是1984年1—2月出现的特大覆冰,给工农业建设和人民的生活带来了严重的损失。为了与冰害作斗争,有必要了解与探讨覆冰的规律。     

粤北地区导线覆冰气象特征与标准厚度推算

利用广东省乐昌高山气象站1972—1978年观冰资料和气候资料,分析了粤北地区导线覆冰的气象特征,建立了导线覆冰标准冰厚的气象推算模型。根据乐昌国家气象站的历史资料,对乐昌高山气象站的气候资料进行订正延长,构建了乐昌高山气象站覆冰年极值长年代序列,并推算出离地不同高度各重现期的标准冰厚值。结果表明,粤北地区导线覆冰主要发生在1月,其次为2月和12月,平均覆冰期在90天左右,最长覆冰期可达131天以上。主导风向、日最低气温、日降水量是影响导线覆冰厚度的主要气象因素。标准冰厚的年极值序列服从极值I型概率分布,历史上的最大导线覆冰值出现在2008年1月26日,2m高度标准冰厚达64.4mm,15m高度标准冰厚达92.7mm,与2008年冰灾实况调查的覆冰厚度(标准冰厚)115mm较为接近。     

河北省超高压线路一次连续覆冰事件的模拟与诊断

利用1980—2021年河北省142个国家气象站观测资料以及电力部门提供的导线覆冰个例资料，分析了河北省历史导线覆冰空间特征，发现省内南部沿海和张家口东北部主要以雾凇覆冰为主，邢台东北部、沧州东部地区存在少量雨凇覆冰情况。系统分析2015年11月15次覆冰跳闸事故的天气环流形势，造成此次灾害的冷空气由北向南传播，中后期叠加来自西部向东传播的气流；关键区对流层低层存在雪水混合物和明显的风切变，对流层中层存在“负〖CD*2〗正〖CD*2〗负”的温度异常层结分布特征，热力环流中上升运动为覆冰提供了有利条件。基于气象观测资料，综合考虑导线覆冰增长、维持、消融过程，建立导线覆冰小时级覆冰厚度预报模型。利用覆冰个例进行检验，发现该模型能够较好地捕捉气象条件对导线覆冰过程的影响，能够客观地反映覆冰厚度时空分布特征，为覆冰监测预警提供精细化数据支撑。     

二郎山电线覆冰厚度序列的重建

通过对四川省甘孜州二郎山与西南地区108个气象观测站的气象因子之间的相关关系分析,筛选出13个气候特征比较接近二郎山的站点,利用二郎山的覆冰资料和邻近站的气象要素对二郎山的覆冰厚度进行重建。使用最优子集回归方法建立了二郎山覆冰序列与康定气象因子之间的数学模型,恢复了二郎山1951～2001年的覆冰厚度资料。趋势分析表明重建的序列与全球变暖的背景下气候变化的趋势是一致的,为划分我国西南地区覆冰等级打下了一定的基础。     

基于过程判别的雨雾凇导线覆冰气象模式

利用2011年1月—2013年3月在贵州开展导线覆冰自动观测试验获取的观测资料,分析了覆冰过程演变及其气象条件变化特征,提出一次完整的导线覆冰过程包括覆冰开始、增长、维持、减弱、消融5个阶段,并得到覆冰过程的气象条件判别指标;基于导线覆冰理论模型的改进并结合气象条件判别,建立了基于过程判别的雨雾凇导线覆冰气象模式,应用该模式对观测获取的多个导线覆冰过程进行数值模拟检验。结果表明:模式能够模拟自然环境下覆冰的增长,并能够正确模拟出覆冰的减弱、消融,模拟过程覆冰质量变化的最大相对误差小于20%。该模式具有较完整的理论基础和计算方案,主要以常规气象观测要素为输入,能够计算输出覆冰全过程逐小时覆冰质量、覆冰厚度及覆冰密度变化,具有较大的应用前景。     

基于回归和判别分析的贵州电线积冰厚度预报方法

电线覆冰对贵州冬季输电会造成严重影响,覆冰量多以电线积冰厚度来衡量,利用2011～2014年4个冬季常规观测的电线积冰厚度和高影响的气象因子资料,通过多元线性逐步回归和判别分析分类方法建立电线积冰厚度预报模型。结果表明:基于有积冰日的回归模型和判别分析模型预报效果较好,TS准确率综合均超过80%,判别分析模型评价略高,对于首次出现积冰时回归方法更好。实际业务中两种模型同时应用,对比预报结果并结合预报经验加以分析,提高预报准确率。