辽宁电网输电线路舞动的气象影响分析

张忠瑞，王 飞，张 巍

(1．辽宁省电力有限公司，辽宁 沈阳 110006;2．东北电力科学研究院有限公司，辽宁 沈阳 110006)

2009年11月9日至2010年2月25日，受4起雨雪、大风、低温等恶劣天气影响，辽宁省输电线路发生了不同程度的舞动事故，涉及10～500 kV各电压等级的输配电线路，舞动范围之广、涉及设备之多、危害影响之大，为历年罕见，电网迎峰度冬安全形势异常严峻［1］。为做好输电线路防舞动工作，对4起线路舞动发生时的气象情况进行调查、分析，找出影响线路舞动发生的气象因素，为线路防舞动工作的开展提供依据。

1 冻雨天气形成过程

冻雨天气的形成条件比较特殊，在辽宁地区冻雨天气并不常出现。据气象部门专家介绍，逆温层是冻雨发生的必要条件之一。

大气中冷暖空气相遇，产生相互作用，形成上暖下冷的空气结构，此时，地面温度在0℃以下，地面以上500～3 000 m却是暖空气，温度在0℃以上。降水云系由冰晶或雪花组成，冰晶或雪花下落到暖层开始融化，变成水滴。在下落到地面之前，尽管气温开始递减，但由于冷气层温度及厚度不足以让水滴再次结为冰晶，从而形成低于0℃的过冷水滴。过冷水滴碰到低于0℃的地面物体就会迅速结冰，从而形成雨凇现象。

这种从下向上冷—暖—更冷大气温度的垂直结构具备了产生冻雨的天气条件。

2 辽宁地区近5年冬季气象情况

辽宁省地处欧亚大陆东岸，属于温带大陆性季风气候区。主要气象特点:冬冷夏暖，寒冷期长;春秋短促多风;南湿北干，雨量集中;日照充足，四季分明。近5年来冬季气温整体呈上升趋势，平均降水量呈明显增多趋势。省内各地区气象情况与历年平均值对比见表1～表5。

3 2009～2010年冬季气象情况

3.1 “1·20”灾害天气

2010年1月18日起，一股强冷空气进入我国北部并东移南下，先后影响西北地区东部及中东部大部分地区。19日该强冷空气经内蒙古进入辽宁，导致辽宁省全省出现雨雪大风天气，部分地区小雨转中雪，并伴有6～7级大风 (东北风)，局部地区风力达8级，气温普遍下降12～16℃。营口、鞍山、本溪、大连地区气象条件最为恶劣。但此次灾害天气影响范围小、时间短，造成25条线路舞动。舞动时各地区的气象情况如下。

表1 营口地区近5年冬季 (12月～2月)气象情况

表2 盘锦地区近5年冬季 (12月～2月)气象情况

表3 本溪地区近5年冬季 (12月～2月)气象情况

表4 铁岭地区近5年冬季 (12月～2月)气象情况

表5 沈阳地区近5年冬季 (12月～2月)气象情况

a． 营口地区气象情况

营口地区1月19～21日温度、湿度、风速曲线见图1。由图1可见，19日23:00至20日03:00温度下降很快，由3.1℃降至－2.9℃，并持续降低。这个时段的湿度维持在80%以上，同时风向由南风、东南风转为北风、东北风，风速不断加强，至20日04:00风速已达10 m/s。

b． 鞍山地区气象情况

图1 营口地区1月19～21日温度、湿度、风速曲线

鞍山地区1月19～20日温度、湿度、风速曲线见图2。根据当天实时曲线分析，鞍山地区从19日21:00开始降雨，并转小雪，一直持续到20日04:00，气温迅速由5℃下降至－5℃，19日20:00至20日03:00，相对湿度均在99%，北风5～6级。实测总降水量为2.5 mm，其中降雪0.5 mm，覆冰厚度2～3 mm。

图2 鞍山地区1月19～20日温度、湿度、风速曲线

c． 本溪地区气象情况

本溪地区1月18～21日温度、湿度、风速曲线见图3。2010年1月19日02:00～1月20日05:00，本溪地区由于前段时间气温回升，近地面温度高，气温均处在0℃以上。1月19日17:00开始受南下强冷空气影响，出现雨夹雪天气。降水先以雨的形式开始，夜间随着气温的下降逐渐转为降雪天气。1月20日06:00气温开始迅速下降，11:00温度已降为－7.5℃。大部分地区降温幅度8～10℃，局部地区降温幅度达20℃，气温明显下降并伴有偏北风，风速3～9 m/s。由于先降雨、空气湿度较大，架空输电线路积聚许多水分，雨转雪过程温度开始迅速下降、风力增大，风向也转为西北向，为覆冰提供了充足的天气条件。

图3 本溪地区1月18～21日温度、湿度、风速曲线

3.2 “2·25”灾害天气

2010年2月24日起，受冷暖气流交替影响，导致辽宁省全省出现不同程度的冻雨天气，并伴有5～6级大风 (北风)，局部地区风力达8级，气温在短时间内普遍下降10～14℃。此次冻雨灾害天气，影响时间长，造成162条线路舞动。舞动时各地区的气象变化情况如下。

a． 大连地区2月23～26日气象情况

大连地区2月23～26日温度、湿度、风速曲线见图4。由图4可以看出，大连地区24日13:00开始温度下降，至18:00由10℃降到0℃，且仍在持续降低。这个时段的湿度维持在80%以上，并开始降小雨，20:00雨量加大，湿度达到99%。14:00风向由东南风转为北风或东北风，风速不断加强，至25日04:00风速稳定在12 m/s左右。上述条件非常有利于导线覆冰。

图4 大连地区2月23～26日温度、湿度、风速曲线

b． 营口地区2月23～26日气象情况

营口地区2月23～26日温度、湿度、风速曲线见图5。由图5可以看出，营口地区24日12:00开始温度下降很快，从7.2℃降到－1.5℃，且持续降低。这个时段的湿度维持在80%以上，14:00风向由东南风转为北风或东北风，风速不断加强，至20:00风速稳定在7.5 m/s左右。营口地区先雨后雪，气温下降，风向北风或东北风，持续大风，导线覆冰，东西走向及西南走向线路形成舞动。

图5 营口地区2月23～26日温度、湿度、风速曲线

c． 葫芦岛地区2月24～25日气象情况

葫芦岛地区2月24～26日温度、湿度、风速曲线见图6。从2月24日08:00开始，葫芦岛地区出现大雾天气，到14:00气温开始迅速下降，风向由南转北，风力逐渐加强。至18:00地面气温降至0℃附近，并出现3～5 mm降水，加上持续6～9.6 m/s的北风，具备结冰条件。到20:00输电线路出现覆冰。

d． 盘锦地区2月24～25日气象情况

盘锦地区2月24～26日温度、湿度、风速曲线见图7。由图7可见，盘锦地区2月24日14:00气温一直持续在0℃以上，15:00开始下降，16:00出现雨雪天气，气温开始迅速降低，2月24日15:00～25日04:00大气相对湿度均在85%以上，2月24日15:00～22:00风力不大，风向多为偏南风、东南风、西风，25日00:00风向转为西北风、偏北风。

e． 沈阳地区2月24～25日气象分析

沈阳地区2月24～26日温度、湿度、风速曲线见图8。由图8可见，沈阳地区2月24日14:00气温一直持续在2℃以上，15:00开始下降，随后出现雨雪天气，气温开始迅速降低。2月24日15:00～2月25日04:00大气相对湿度均在99%，2月24日15:00～16:00风力不大，风向多为南风或偏南风，24日20:00风力开始加大，风向转为北风、偏北风。上述条件非常有利于导线积冰。

图8 沈阳地区2月24～26日温度、湿度、风速曲线

f． 鞍山地区2月23～25日气象情况

图9 鞍山地区2月23～25日温度、湿度、风力曲线

鞍山地区2月23～25日温度、湿度、风力曲线见图9。24日鞍山地区降水量14 mm，台安地区11 mm，海城地区7 mm，岫岩地区5 mm。雨转雪后气温逐渐下降，造成鞍山市路面结冰，建筑物、植被等覆冰严重。24日下午至夜间，小雨转雪，北风4～5级，气温2～3℃。25日北风4～5级，最低气温－4℃。24日17:00开始降雨，19:00雨量加大，一直持续到25日03:00，气温由0℃下降至－3℃，形成典型的冻雨天气，造成输电线路覆冰严重，平均厚度超过8 mm，现场目测导线覆冰10～20 mm。

g． 辽阳地区2月24～25日气象情况

辽阳地区2月24～25日温度、湿度、风速曲线见图10。由图10可以看出，辽阳地区2月24日14:00气温一直持续在8℃以上，15:00开始下降，随后出现雨雪天气，气温开始迅速降低;2月24日15:00～2月25日04:00大气相对湿度均在99%。2月24日15:00～22:00风力不大，风向多为南风、偏南风，25日00:00风力开始加大，风向转为北风、西北风。上述条件有利于导线覆冰。

图10 辽阳地区2月24～25日温度、湿度、风速曲线

h． 铁岭地区2月23～26日气象情况

铁岭地区2月23～25日温度、湿度、风速曲线见图11。2月24日午后到夜间，铁岭各地出现雨转雪天气。降水量铁岭为14.8 mm，开原为26.8 mm，昌图为12.8 mm，西丰为27.7 mm，调兵山为23.4 mm，北部地区积雪深度达6～8 cm。这次降水过程北部地区以降雪为主，东部、南部以降雨为主，其中铁岭、开原出现冻雨，输电线路表面形成了雨凇。这次大范围的冻雨天气，是近十几年来最严重的一次。

图11 铁岭地区2月23～25日温度、湿度、风速曲线

i． 本溪地区2月23～26日气象情况

本溪地区2月23～26日温度、湿度、风速曲线见图12。2月23日18:00～2月25日03:00气温一直持续在0℃以上，2月25日04:00开始下降，06:00～07:00出现雨雪天气，气温开始迅速降低，2月23日01:00～2月25日02:00大气相对湿度99%，2月23日03:00～25日22:00风力不大，风向多为南风、西南风，25日23:00风力开始加大，风向转为北风、偏北风。上述条件非常有利于形成导线覆冰。

图12 本溪地区2月23～26日温度、湿度、风速曲线

通过以上9个地区的气象分析可以看出:舞动发生前，各地区温度相对较高 (6～10℃)，随后在相近时段开始降雨、降温，风向由南风转为北风;本次降雨是由辽宁北部开始，铁岭、沈阳地区降雨开始时间在24日15:00左右，辽阳、鞍山地区在17:00左右，营口、大连在20:00左右。相邻地区开始降雨时间从北向南差1～2 h，这与冷空气向南推进的速度有关系;由风力情况可以看出，辽宁北部铁岭、沈阳风力在4～5级，南部营口、大连地区风力在5～6级;辽宁中部鞍山、盘锦、葫芦岛覆冰较厚为10～15 mm，南部大连、营口覆冰较薄为2～3 mm，北部铁岭、沈阳、辽阳覆冰为5～10 mm。

3.3 “3·20”雨雪天气情况

2010年3月18～20日，辽宁全省范围为雨雪天气，但未发生线路舞动跳闸，3月20日辽宁省天气情况见图13，鞍山地区3月18～20日温度、湿度、风速曲线见图14。

由鞍山地区气象曲线可以看出，从19日14:00开始降雨，随后转为雨夹雪，一直持续到20日08:00。在这一时间段内，温度一直在3℃左右，风速为0～3.0 m/s，降雨量较大，相对湿度较高，但没有明显降温过程，风力较小，未形成舞动条件。

4 线路舞动原因

导线覆冰是造成导线舞动的必要条件，半液态的雨点凝集在导线迎风面偏上方，形成导线偏心结冰。由于导线偏心结冰，改变了导线的几何形状，使导线的一侧形成一个翼面［2］。

当劲风吹过时，表现出一定空气动力特性。风在导线上部通过，气流速度增大，导线所受压力减小;风在导线下部通过，气流速度减小，导线所受的压力增大，因此，导线受一个向上的升力和一个水平的推力。由于升力、推力、导线重力及导线风偏后的回弹力的交替作用，产生垂直振荡和水平振荡，二者耦合将产生舞动［3］。

随着风速的增加舞动趋势越来越大，导线舞动的持续时间取决于大气条件的变化和导线覆冰的脱落情况。当风向改变、风速降低或气温回升使覆冰融化脱落，舞动也就停止。

5 线路发生舞动时的气象特点

2009～2010年冬季气象调查分析表明，2次大面积输电线路覆冰舞动发生时的气象条件十分接近，舞动表现形式、造成的后果等都与以往的舞动情况基本一致，是典型的覆冰舞动现象［4，5］。线路舞动发生时主要气象特点如下。

a． 空气湿度较大，一般为90% ～95%，干雪不易凝结在导线上，雨凇、冻雨、雨夹雪是导线覆冰常见的气象条件。

b． 均有一次明显的降温过程，气温在短时间内由零上降至零下，有雨转雪或冻雨的气象过程。发生覆冰时温度一般为－5～0℃，温度过高或过低均不易形成导线覆冰。

c． 有持续稳定的风，线路发生舞动的风速一般为5～15 m/s，风向为北风、西北风。

d． 观测到的导线覆冰基本为雨凇 (冻雨)，密度较高，呈不均匀形态，最大偏心厚度为2～25 mm。

6 结束语

辽宁省东部本溪、丹东、鞍山东部、大连东部地处长白山余脉，属丘陵地带，基本不产生舞动气象，辽宁省中部营口、鞍山、本溪、大连等地区海拔较低、地势平坦、冬季风大，当西伯利亚、内蒙古寒流与黄海、渤海湾沿大连、营口、盘锦、葫芦岛、锦州等地区登陆的暖流相遇，暖湿空气由低向高爬升，冷空气下降，两股气流相遇产生降雨，冷空气低于0℃时，发生冻雨。入冬时节，辽宁省由北向南出现输电线路覆冰，开春时节，由南向北出现输电线路覆冰。

每年的11月至次年2月是线路覆冰舞动的多发季节。各运行维护单位应与气象部门建立常态联系网，定期收集天气变化情况，及时掌握覆冰舞动区域，以便及时采取防舞动措施。当易发生舞动的气象条件来临时提前响应，不仅要做好线路的防护工作，而且还要收集该气象条件来临前后的详细气象资料，分析天气变化趋势，为研究线路舞动机理、合理制定防舞动措施提供参考依据。

［1］ 张 巍，王 飞，杨铁军．2009～2010年冬季辽宁电网输电线路舞动分析［J］．东北电力技术，2010，31(8):14－18．

［2］ 郎振国，刘 良，徐宝臣．通辽地区输电线路发生覆冰舞动原因及对策 ［J］．东北电力技术，2006，27(11):48－52．

［3］ 苑 舜．电网导线舞动研究方法的探讨［J］．东北电力技术，2005，26(5):22－23．

［4］ 张宏志．大面积导线覆冰舞动事故的调查与分析［J］．东北电力技术，2001，22(12):15－19．

［5］ 蒋兴良，周仿荣，王少华．输电导线覆冰舞动机理及防治措施 ［J］．电力建设，2008，29(9):14－18．