【導(dǎo)讀】隨著我國電力工業(yè)的快速發(fā)展，電網(wǎng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)密集程度逐步提高。電力變壓器時(shí)刻受到外接負(fù)荷的影響，特別是受電力系統(tǒng)短路故障的威脅較大。電力變壓器在運(yùn)行中間可能發(fā)生各種類型的故障或出現(xiàn)不正常的的工作狀態(tài)。進(jìn)一步發(fā)展的趨勢。僅設(shè)置系統(tǒng)各元件的繼電保護(hù)裝置遠(yuǎn)不能防止發(fā)生全電力系統(tǒng)長。期大面積停電的嚴(yán)重事故。為此必須從電力系統(tǒng)全局出發(fā)進(jìn)行電氣設(shè)備繼電保護(hù)的相。中發(fā)揮著越來越重要的作用。此外繼電保護(hù)的專業(yè)特點(diǎn)表現(xiàn)為技術(shù)含量高、涉及環(huán)節(jié)。多、管理要求細(xì)。而隨著繼電保護(hù)的日益發(fā)展重視和加強(qiáng)繼電保護(hù)隊(duì)伍建設(shè)顯得尤為。[4]肖曉亮.電力變壓器保護(hù)易出現(xiàn)的故障及應(yīng)注意的問題[J].農(nóng)村電工.穩(wěn)定，最終導(dǎo)致其部分或全部崩潰。絕緣子上最終彌合棚間距，從而導(dǎo)致閃絡(luò)和停電事故。盡管如此，國內(nèi)外都沒有對大氣覆冰現(xiàn)象作出全面綜合的研究，相關(guān)研究結(jié)果。第三部分論述輸電線路架空導(dǎo)線覆冰的預(yù)防和處理措施。

　　

【正文】 導(dǎo)線覆冰天氣現(xiàn)象與天氣系統(tǒng)或大氣環(huán)流密切相關(guān)，由于大范圍氣流狀態(tài)的劇烈改變，常常導(dǎo)致大范圍異常天氣，出現(xiàn)區(qū)域性嚴(yán)重導(dǎo)線覆冰災(zāi)害。 就系統(tǒng)而言，環(huán)流調(diào)整（移動(dòng)、變形、加強(qiáng)、減弱、形成和破壞等）各部分之間有著密切的聯(lián)系。冷空氣的活動(dòng)在天氣變化中的作用極為重要，特別在 中、高緯度地區(qū)。對我國大部分地區(qū)，冬半年的天氣過程就是一次次冷空氣活動(dòng)的過程。從地面氣壓系統(tǒng)看，往往表現(xiàn)為一次強(qiáng)大高壓在大陸上聚集生成，向南侵入，最后入海變性的過程。一次中緯度冷高壓活動(dòng)，也是高緯度之間一次冷暖空氣的交換，也是我國冬季覆冰的主要誘導(dǎo)環(huán)流系統(tǒng)。 當(dāng)歐亞大陸環(huán)流比較平直時(shí)，鋒區(qū)偏北時(shí)，經(jīng)常從斯堪的納維亞半島到新地島之間，由極地向南伸出一個(gè)小槽，但是往往就是從這一小股冷空氣的活動(dòng)開始，歐亞大陸的環(huán)流產(chǎn)生巨大的變化，由西風(fēng)強(qiáng)盛變成經(jīng)向度很大的形勢，使鋒區(qū)壓到很偏南的位置；又當(dāng)歐亞大陸環(huán)流經(jīng)向度很大的 時(shí)候，烏拉爾山附近常有強(qiáng)大的阻塞高壓，當(dāng)從北歐來的冷空氣活動(dòng)，在有利的條件下，能使阻塞高壓崩潰，環(huán)流經(jīng)向度減小。因此，伴隨著冷高壓的活動(dòng)，整個(gè)北半球，至少在數(shù)千公里的范圍內(nèi)，環(huán)流進(jìn)行調(diào)整，氣團(tuán)產(chǎn)生交換，天氣因而發(fā)生變化。 我國長江流域及以南地區(qū)導(dǎo)線覆冰天氣特征是：冬半年主要受高空西風(fēng)帶環(huán)流控制，受青藏高原大地形作用，分成南北兩支氣流，并沿高原南北兩側(cè)東移，北支到內(nèi)蒙古西部地區(qū)形成高壓脊，其高壓脊前的偏北氣流，引導(dǎo)偏北區(qū)的冷空氣南下，配合 500hPa高空的西風(fēng)槽東移，是形成線路地區(qū)冰雪、陰雨等惡劣天氣的主要原 因。 一般而言，影響我國覆冰的冷空氣路徑主要有西北路徑、西方路徑、東北路徑。 西北路徑，冷空氣從西北利亞入境，經(jīng)蒙古沿河西走廊翻越秦嶺、大巴山山脈進(jìn)入華中地區(qū)；西方路徑，冷空氣從北疆進(jìn)入青藏高原，東移進(jìn)入我國中部地區(qū)；東北路徑，冷空氣先侵入華東華中，再回流侵入西南地區(qū)。 同時(shí)，我國為明顯的季風(fēng)性氣候地區(qū)，冬季南支槽前的暖濕氣流是我國主要的水汽來源。此外，下墊面性質(zhì)（江河、湖泊、區(qū)域植被等）是水源地的，也為區(qū)域覆冰提供了良好的水汽來源。 24 微地形微氣候特征 在輸電線路冰區(qū)劃分工作中，重點(diǎn)要分析某一地段 的小范圍氣候分布。對于平原和平緩的高原，微氣候是一個(gè)較大的地域，而對地形復(fù)雜的山區(qū)，微氣候只是一個(gè)較小的地域。對微氣候分布，垂直分布比水平范圍的研究更為重要。 微氣候是研究近地面氣層的水平結(jié)構(gòu)和垂直結(jié)構(gòu)的地理分布以及該氣層中的物理過程的科學(xué)。微氣候與微地形緊密相依，微氣候的不同特點(diǎn)，是由于熱源、濕源的基本輸送（湍流變換）因地形的差異而造成的不同結(jié)果。微地形是小尺度地域分異的最基本的因素。微氣候反映了貼地氣層的光、熱、水和風(fēng)等的綜合狀況，通常以光照、溫度、濕度和風(fēng)等來表示。影響小氣候的因素主要有地形和地貌部位 、植被類型、土壤性質(zhì)、周圍的環(huán)境。所以，不同性質(zhì)的下墊面，具有不同的小氣候，不同的小氣 候亦可影響反映出小尺度地域的分異。 根據(jù)地表高低起伏的趨勢和形態(tài)的不同，微地形多種多樣，針對導(dǎo)線覆冰受微地形微氣候影響的一般規(guī)律，本文側(cè)重對具有代表性，典型性的地形進(jìn)行分析討論。 （ 1）埡口和風(fēng)口 埡的意思是“兩山間的狹窄地方”；山口則是“高大山脊的鞍狀坳口，常為高山大嶺的交通通道”。埡口是連續(xù)山梁的一塊平坦上相，對較低的位置。不一定是山的頂峰，也許是山峰與山峰相接的地點(diǎn)。立于埡口，可深刻感受兩端氣候、林相及景觀的轉(zhuǎn) 折。 風(fēng)口，谷地伸入山地，成為風(fēng)口 ,風(fēng)口的下方是狹長的峽谷 ,使風(fēng)受到狹束作用的影響，風(fēng)速特大。氣流在地面流經(jīng)狹窄地形時(shí)類似液體在管中的流動(dòng)，流速加快，并因氣體具有可壓縮性，密度也會(huì)增大。山地風(fēng)口出現(xiàn)的地形雨都與氣流經(jīng)過狹窄地形密切相關(guān)。 （ 2）分水嶺 分隔相鄰兩個(gè)流域的山嶺或高地。河水從這里流向兩個(gè)相反的方向。在自然界中，分水嶺較多的是山嶺、高原，降落在兩側(cè)的降水沿著兩側(cè)斜坡注入不同的水系或河流。如秦嶺就是長江和黃河的分水嶺。南嶺是長江水系與珠江水系的分水嶺。 在自然界中，對稱分水嶺極為罕見，廣泛發(fā)育的 是不對稱分水嶺。一般地說，在分水嶺與兩側(cè)河流基準(zhǔn)面距離相等時(shí)，河流基準(zhǔn)面位置低的一側(cè)的河流侵蝕和山坡剝蝕能 25 力都強(qiáng)于高的一側(cè)，因而低側(cè)山坡較陡，高側(cè)山坡較緩。同樣，在分水嶺兩側(cè)的河流基準(zhǔn)面高度相等時(shí)，則河流基準(zhǔn)面距分水嶺近的一側(cè)坡度大，另一側(cè)坡度小。此外，分水嶺兩側(cè)降水不均也有影響。雨量多的一側(cè)，河流流量大，地表徑流豐富，河流的侵蝕作用或山坡的剝蝕作用都強(qiáng)于另一側(cè)，因而地形較陡。 （ 3）迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡 風(fēng)順著山坡往上吹的就是迎風(fēng)坡 , 如果順著山坡往下吹的就是背風(fēng)坡。近地面空氣受熱，濕熱空氣上升，水汽凝結(jié)， 形成降水，暖濕空氣前進(jìn)途中，遇到地形阻擋，被迫爬升，水汽凝結(jié)形成降水，山地的迎風(fēng)坡降水多 ,背風(fēng)坡降水稀少。 由于地形對氣候的影響，山地的迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡常形成不同的自然環(huán)境。（見圖 3— 2） （圖 3— 2）迎風(fēng)坡與背風(fēng)坡氣候差異 迎風(fēng)坡由于地形對暖濕氣流的阻擋抬升而降溫，易成云致雨，降水較多。背風(fēng)坡盛行下沉氣流而增溫，難成云致雨，降水較少。 迎風(fēng)坡上不同的海拔高度降水也有差異。山麓和山頂?shù)貛Ы邓傩?，因山麓地帶氣流抬升不夠，成云致雨少些，山頂部分空氣濕度已?jīng)大大降低，云雨少些，山體的中部降水最多。如圖所示 B處 降水最多， A 處和山頂都要少。 迎風(fēng)坡氣溫的日較差和年較差比背風(fēng)坡的小。因迎風(fēng)坡多云霧雨天氣，白天大氣對太陽輻射的削弱作用強(qiáng)，氣溫不會(huì)過度升高，夜晚大氣對地面的保溫作用強(qiáng)，氣溫不會(huì)過度降低。背風(fēng)坡反之。 26 （圖 3— 3） 迎風(fēng)坡與背風(fēng)坡自然帶的差異 如圖所示，同一自然帶迎風(fēng)坡分布的海拔高些，背風(fēng)坡分布的海拔要低些。因迎風(fēng)坡降水多，且熱量要豐富些。 如果山地對氣流過度抬升，迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡甚至呈現(xiàn)出完全不同的自然景觀。 （圖 3— 4） 迎風(fēng)坡與背風(fēng)坡雪線的海拔高度不同 如圖所示，迎風(fēng)坡雪線分布的海拔低些 ，背風(fēng)坡分布的海拔高些。因?yàn)橛L(fēng)坡降水多，更易積雪，水循環(huán)更活躍。背風(fēng)坡氣流下沉增溫干燥，積雪更易融化和蒸發(fā)，同時(shí)降水少，積雪也少。 （ 4）山脊和山坳、鞍部 山脊：為一條狹長而兩側(cè)陡急的高地，頂上可能平坦，廣闊或成刀口等形狀，兩側(cè)坡度則可能均勻一致，或一側(cè)急直，一側(cè)緩和，多見于廣闊平坦地區(qū)，此外，地勢較周 27 圍高聳而綿長的，也可視為山脊。 山坳、鞍部：一般位于一條狹窄且兩山間的低下處，與鞍部無明確分別，通常以兩側(cè)寬闊又緩斜便于跨越的稱山坳，其鞍部兩側(cè)較為狹窄險(xiǎn)峻， 也是山脊上兩山間的低淺處，但略比山坳為高，鞍 部地形狹窄而深下，用來作橫跨山脊兩側(cè)的道路，則稱做山隘。 （ 5）湖泊、水庫等水體對鄰近陸地的影響 湖泊、水庫等水體對鄰近陸地的影響，主要是通過兩者增溫不同和水汽含量不等，使鄰近的小氣候發(fā)生變化而實(shí)現(xiàn)的。影響的范 圍與水體的大小、深度及岸邊的特點(diǎn)等有關(guān)。面積為幾平方公里或更大的湖泊或水 庫，岸邊平坦或地勢起伏不大時(shí)，可使離岸幾百米乃至幾公里的小氣候受到影響，距水體愈近，影響愈大。 導(dǎo)線覆冰的必要?dú)庀髼l件是：具有足可以凍結(jié)的氣溫，即 0℃以下；具有較高的濕度，即空氣相對濕度一 般在 85％以上；具有可使空氣中水滴運(yùn)動(dòng)之風(fēng)速。導(dǎo)線覆冰的大小區(qū)別主要體現(xiàn)在厚度、密度及單位長度覆冰量等的差別上。影響導(dǎo)線覆冰的因素很多，主要有氣象條件、地形及地理?xiàng)l件、海拔高程。 導(dǎo)線覆冰首先是由氣象條件決定的，是受溫度、濕度、冷暖空氣對流、環(huán)流以及風(fēng)等因素決定的綜合物理現(xiàn)象。在覆冰過程中，風(fēng)對導(dǎo)線覆冰起著重要的作用，它將大量過冷卻水滴源源不斷地輸向送電線路，與導(dǎo)線相碰撞，被導(dǎo)線捕獲而加速覆冰。但具備了形成覆冰的溫度和水汽條件后，除了風(fēng)速的大小對覆冰有影響外，風(fēng)向也是決定導(dǎo)線覆冰輕重的重要參數(shù)。 同時(shí)，導(dǎo)線 覆冰的輕重還取決于所在地的經(jīng)緯度即所處的地理位置，山脈走向、高度、山體的結(jié)構(gòu)特征、坡向與分水嶺、臺(tái)地、風(fēng)口、江湖水體等因素，在山區(qū)導(dǎo)線覆冰受地形及地理的制約更為嚴(yán)重。輸電線路確定冰區(qū)的實(shí)例介紹： 冷蓉 220kV 送輸電線路：冷蓉 220kV 輸電線路在二郎山埡口處，設(shè)計(jì)冰厚 80mm，驗(yàn)算冰厚 100mm，實(shí)測冰厚 81mm。 二自 I回 500kV 輸電線路：二自 I回 500kV 輸電線路地處大涼山天喜南山風(fēng)口處， 28 設(shè)計(jì)冰厚 50mm，驗(yàn)算冰厚 70mm，實(shí)測冰厚 56mm。 三萬 I、 II 回 500kV 輸電線路：三萬 I、 II 回 500kV 輸電線路在巫山界嶺，三合浦迎風(fēng)坡處設(shè)計(jì)冰厚 20mm，實(shí)測冰厚 23mm。 白城 220kV 輸電線路：白城 220kV 輸電線路在重慶觀面山迎風(fēng)坡及河流和水庫水體下方迎風(fēng)處，設(shè)計(jì)冰厚 30mm，驗(yàn)算冰厚 40mm，實(shí)測冰厚 35mm。 由于找準(zhǔn)了微地形微氣候點(diǎn)，正確劃分了線路冰區(qū)位置和量級(jí)，以上輸電線路自建成運(yùn)行多年以來，經(jīng)受住了冬季大覆冰的考驗(yàn)，特別是抵御了 2021 年罕見覆冰過程的侵襲。 導(dǎo)線覆冰在不同的地形與局地氣候條件下，其量級(jí)與性質(zhì)有明顯差異，山區(qū)導(dǎo)線覆冰特點(diǎn)則是微地形 與微氣候共同作用的結(jié)果。一般情況，山區(qū)就有著明顯區(qū)別于盆地、平原、丘陵等其他地形的氣候特點(diǎn)，其水平和垂直氣候差異明顯，當(dāng)大尺度天氣系統(tǒng)主導(dǎo)作用加強(qiáng)時(shí)，小尺度局地氣候配合微地形條件，在一定程度上加劇了氣象要素的惡劣變化，使其更符合覆冰的發(fā)生、發(fā)展和保持。 （ 1）風(fēng)場，山脈的海拔、走向、山脈之間的距離直接影響著山區(qū)氣流的運(yùn)動(dòng)，氣流受地形抬升，形成上山風(fēng)，與氣流趨于垂直的山體坡面即為迎風(fēng)坡面。山區(qū)中風(fēng)的運(yùn)動(dòng)顯著地影響云霧、氣溫、水汽含量等氣象要素的分布，從而影響著山區(qū)中覆冰的分布，因此山區(qū)風(fēng)場是探討覆冰情況一個(gè) 關(guān)鍵因子。 風(fēng)速隨海拔升高而增大，受小地形特性影響存在較大范圍的局地變化，山頂、迎風(fēng)坡的最大風(fēng)速是自由大氣的 2/3 到 3/5，一般在背風(fēng)坡風(fēng)速是自由大氣的 1/5 到 1/4。埡口和鞍形凹陷地段風(fēng)速達(dá)到最大。 （ 2）溫度場，山區(qū)垂直溫度差異大，一般而言海拔每升高 100m，溫度降低 ～℃，且溫度日較差小，晝夜溫差大。此外，當(dāng)對流層中部（約 500hpa）存在低槽波動(dòng)時(shí)，隨著山區(qū)氣流的運(yùn)動(dòng)，溫度的垂直差異性加大，溫度垂直遞減率往往大于 ～℃ /100m，因此在山頂、埡口、風(fēng)口等地段溫度達(dá)到最低。 （ 3）水汽含量，水汽含量隨著溫度的迅速下降急劇減少，在海拔 5000m 左右氣壓是海平面的一半，但自由大氣的水汽含量約在 1500m 高度上就減少了一半。在植被茂盛 29 的山區(qū)，更有利于空氣中水汽的保持。隨著氣流的抬升，空氣絕熱冷卻到凝結(jié)溫度，形成微小水滴或霧滴，云霧隨風(fēng)場的運(yùn)動(dòng)沿山谷流動(dòng)，并隨山體坡面抬升，氣溫按干絕熱遞減率下降，直到水汽達(dá)到飽和，即到達(dá)凝結(jié)高度，出現(xiàn)覆冰現(xiàn)象。 山區(qū)中氣象要素場的相互影響變化極易使得特殊地段滿足覆冰生成的邊界條件，并在風(fēng)口、埡口等處，由于風(fēng)速大、水汽通量大，往往覆冰量級(jí)也大于同海拔高度 的其他地形區(qū)域。 坡向、坡度與溫度、濕度的關(guān)系表明：在北半球中緯地域內(nèi)，無論凸或凹的小地形，南向坡可獲得的總輻射能比平面上的多；而北向坡獲得的總輻射能較平面上的少。東、西坡所獲得的輻射能雖然相近，但在暖季，西坡較東坡溫暖。因?yàn)樵缟咸栔鄙鋿|坡時(shí)，露水蒸發(fā)消耗了較多的太陽直接輻射；下午太陽直射西坡時(shí)，消耗于蒸發(fā)的熱能減少，分配于增加土溫和氣溫的熱能增多，故西坡較為干熱。 正、負(fù)地形與溫度、濕度的關(guān)系表明：正（凸）地形的溫差（特別是氣 溫較差）小于負(fù)（凹）地形。由于夜間冷空氣下沉而集于谷地，使氣溫較上部和坡地低 ；而白天谷地的風(fēng)速和亂流交換弱，暖空氣不易交換擴(kuò)散出去，故熱空氣聚于谷底，使最高溫度高于上部。這種差異在晴朗無風(fēng)時(shí)特別突出。凹地在秋季先冷而在春季后暖，所以其無霜期較凸地和坡地短。因此，喜溫作物常不能栽于凹地。但下坡和凹地的濕度則較上坡和頂部為大。 地貌條件與風(fēng)和降水的關(guān)系表明：在迎風(fēng)坡和順風(fēng)坡的風(fēng)速最大，背風(fēng)坡處風(fēng)速最小，但有渦旋產(chǎn)生使風(fēng)向不定。 溫度自低處向高處迅速降低，它比水平地帶速度要快得多。水平自然地帶的寬度以百公里為單位度量，而垂直帶各帶幅高差一般只有幾百米。各個(gè)緯度自然地帶與相應(yīng)垂直帶之間， 具有明顯相似之處，因?yàn)閮烧弋a(chǎn)生變化的原因都是溫度的降低，但是也存在著差異：而垂直帶的濕度變化 一般是由于降水量由下而上的一定限度內(nèi)增多，并有背風(fēng)坡和向風(fēng)坡的差別。因而兩者水熱對比關(guān)系的變化并不完全一致。 通過對二郎山導(dǎo)線覆冰的分析發(fā)現(xiàn)，二郎山導(dǎo)線覆冰與覆冰云霧和云霧的流向有很大的關(guān)系。當(dāng)北方冷空氣逐步南下時(shí)，二郎山東側(cè)產(chǎn)生云霧并逐步向山體西側(cè)流動(dòng)，在二郎山特殊地形作用下云霧的流向和路徑基本固定；受北方冷空氣影響，產(chǎn)生在西南地 30 區(qū)上空的中低云系受 850hPa 偏東風(fēng)影響，沿盆地山地運(yùn)動(dòng)，并逐步抬升向二郎山山頂推進(jìn) ，一般情況下，云霧便維持在二郎山一帶，當(dāng)冷空氣較強(qiáng)時(shí)，云霧才翻越二郎山，這種維持在二郎山一帶的云霧在高空低壓系統(tǒng)和中低空氣流的配合下，其能量不斷得到補(bǔ)充，在風(fēng)力作用下，便形成了二郎山較大導(dǎo)線覆冰現(xiàn)象。根據(jù)二郎山觀冰站資料分析，二郎山覆冰的主要特點(diǎn)為：導(dǎo)線覆冰性質(zhì)屬云霧冰，雨霧凇混合凍結(jié)居多，大覆冰過程覆冰種類均為雨霧凇混合凍結(jié)，單一的霧凇、雨凇時(shí)有發(fā)生，但一般不能形成較大的覆冰。 導(dǎo)線覆冰特大值分布主要在埡口至陽坡一帶，陰山面導(dǎo)線覆冰反而較小，如二郎山埡口和相距埡口 處的迎風(fēng)坡點(diǎn)同過程觀測值比較，埡 口與