陈 浩

中国电建集团贵州电力设计研究院有限公司，贵州贵阳 550002

1 覆冰天气特征

1.1 云南冬季冷空气路径

云南是我国西南边陲省份，其西北部为西藏高原南延部分，东部为云贵高原西半部，整体处于我国第一二级阶梯的过渡地带。主要受西北、东北、偏东三面冷空气影响：西北路径冷空气来自西藏高原且势力较强，当冷空气南下时冷气团受到大地形作用而下沉，造成剧烈的辐散，影响过程以降温为主，但当冷空气南下碰到南面暖湿气流时，滇西北地区会出现降温降雨及雨雾凇冰冻天气。

东北路径是冷空气侵入云南最常见的的路径。该路径冷空气与西北路径冷空气来源一致，主要在高空西风引导系统影响下继续沿大地形向东南移动，在途径四川盆地后从海拔相对较低的滇东北侵入云南。与西北路径冷空气不同，东北路径冷空气到达云南东部边缘时即会出现锋生过程，形成昆明准静止锋或冷锋。当西南存在有利于水汽输送的系统配合时，滇东、滇东北常会出现降温降雨及雨凇、雾凇等冰冻天气。

偏东路径是侵入云南冷空气中次多的路径，偏东路径冷空气来源与西北、东北路径有较大的差异，其是冷高压南下至北纬25°以南后，受冷高压西侧的偏东或东南气流引导向西移动，形成回流侵入云南的冷空气。

1.2 云南冬季冰冻天气的气候分布

云南省冰冻天气分布分为明显的无和有两个冰冻天气区，分界线基本沿高黎贡山、无量山、哀牢山等山脉，以东以北绝大部分地区都会出现不同程度的冰冻天气；以西以南为非冰冻天气区，只有极少数高海拔地区有少量冰冻天气出现。

多年平均气候下，冰冻天数最多的为滇东北的镇雄和威信，冰冻日数连续天数极值达40～60d，其次为滇东大部分地区、德钦、贡山等地为20～40d；滇中、滇东南及西北部分地区为5～10d；滇西南部分高海拔地区为1d。冰冻天气连续日数体现了冰冻天气的持续性，持续性越长其灾害性越强。

1.3 风电场区域覆冰特征

风电场处于滇东地势突出的东华山脉腹地，冬季受东北路及偏东路冷空气影响较大，南下冷空气因云贵高原地形的阻挡极易形成昆明准静止锋，导致低层湿空气的辐合加强，水汽充足，流场上东西、南北方向对吹风向加之地形对准静止锋的阻滞作用，使其长时间滞留在滇东地区，加之东华山脉隆起地形，使得该地区冬季凝冻天气严重而频繁，形成凝冻灾害。

据调查了解，风电场所在的云南东部高海拔区域连续冰冻日数极值为20～40d，至1983年五十多年来，共出现了五次大覆冰天气，分别为1983、1993、2000、2008年及2018年，其中，1983年持续时间15～20d；1993年、2000年初持续20～25d；2008年持续时间约25d左右，每次冰灾都造成大量的林木倒伏、配电线路倒杆断线及电力、交通、信息中断等事故，可见该区域整体具有大覆冰天气频率高、持续时间长、灾害影响大的特点。

2 冰灾期间区域线路设计运行情况及现场覆冰调查

2.1 泸西风电场35kV集电线路

泸西风电场共分为五期建设，为2011～2015年先后建成投运，走线高程在2000～2460m之间，五期线路均为20mm冰区设计，设计依据为横亘场区东西走向的云弥220kV线路在本区域的20mm冰区设计。2018年1～2月极端低温凝冻期间，风电场集电线路出现严重的覆冰事故，事故主要造成I～III期塔材及导线不同程度受损，经现场踏勘了解，事故段基本位于2300m以上的山脊、风口、迎风坡等水汽丰富的微地形微气象区域，极易形成密实厚重的覆冰，造成冰灾事故。同时，位于地势相对较低的山腰及地形较为封闭的槽谷区域走线的其他线路冰灾影响甚微。

2.2 云弥220kV线路

该线路为2007年12月投运，风电场所在区段均为20mm冰区设计、30m/s大风设计，线路走线高程在2000～2320m之间，中部翻越东华山脉，均避开了地势突兀的山脊区域，线路至2007年底投运以来未曾发生过冰灾事故。根据现场查勘，该线路档距较小排列紧密，且翻越山脉段耐张塔较多，无大高差大转角等情况，整体抗冰能力较强。

2.3 永宁—三塘35kVI、II回线路

该线路为2013年建成投运，风电场区域设计冰厚为20mm，本区域走线高程在2100～2330m之间，至投运以来未曾出现过冰灾事故，运行良好。经现场查勘，该线路除中部翻越东华山脉外，整体走线地势较低，且中部跨越山脉段均避开了地势突兀的山岭区域，均沿山间槽谷及冬季背风坡区域走线，受冷空气直接影响相对较弱。

综上所诉，本次冰灾期间受损线路均位于地势突出的山岭、迎风坡等微地形微气候区域，因设计标准低于实际覆冰量级造成冰灾事故，而附近其余线路均避开了该微地形气候区域，受灾影响甚微。

3 冰灾期间的取样冰厚计算

3.1 I期I回2018年1月冰灾事故段覆冰计算

李子菁I期I回线路18年1月8日～11日持续4d的凌动期间内，根据云南恒安电力工程有限公司设计院相关专家事故段取样实测（2300～2350m），取样导线为支线LGJ-120/25，线径15.74mm，冰重1.16kg，长0.3m。根据《电力工程气象勘测技术规程》（DL/T 5158—2012）标准冰厚计算公式：

计算得到标准冰厚B0=29.94mm，超过设计允许覆冰20mm，使杆塔导线处于超限状态。

3.2 I期I回2018年2月冰灾事故段覆冰计算

2018年1月28日～2月8日为期12d的凝冻期间，2月7日取样实测（2300～2350m），取样导线为主线LGJ-240/40，线径21.66mm，冰重1.4kg，长0.3m。同样，根据标准冰厚计算公式，计算得到标准冰厚B0=32mm，超过设计允许覆冰20mm，使杆塔导线处于超限状态。

3.3 III期II回冰灾事故段覆冰计算

II回N25塔大号侧地面（高程2380m）取样：地线冰筒型号GJX-35线径8.0mm，冰筒长度0.25m，称重0.44kg，完好率55.5%，折算实际冰重体积后根据以上公式计算得到标准冰厚B0=35mm，超过设计允许覆冰20mm，使杆塔导线处于超限状态。

由以上冰灾期间取样实测计算结果可知，事故段基本位于2300m以上高程的山脊区域，取样计算标准冰厚基本位于30mm冰区，均超过了原来20mm冰区设计标准，造成荷载超限引起冰灾事故。

4 覆冰研究成果分析

云南地区覆冰情况复杂多样，由于缺乏长期、系统的覆冰观测，覆冰资料严重短缺，获得覆冰资料的方式仅靠少数气象站冬季电线结冰观测数据、零星电力通信线路覆冰事故、历史覆冰灾害记录等，由于覆冰资料来源范围较广而零散，给线路设计覆冰取值带来相当大的难度。针对以上情况，云南电网有限责任公司、电力实验研究院联合中国能建云南省电力设计研究院有限公司等多家单位对云南省覆冰气候开展了分析研究工作，以省内各个气象站观测数据作为基础资料，构建气象要素与覆冰强度关系模型，结合部分线路实测覆冰数据，得到云南全省各区域、各频率基本覆冰区划，于2016年7月编制完成云南省冰区分布绘制图。该研究成果对云南省内线路覆冰设计具有较好的指导意义，已在工程实际运用。根据云南省冰区分布研究成果，风电场区域冰区分布情况，如图1所示。

图1 风电场区域30年一遇冰区分布图

根据最新的云南30年一遇冰区分布图所示，风电场地区位于重覆冰区，30年一遇覆冰量级在20～30mm之间，且整个风电场山脊及临近山腰区段均为30mm冰区量级，山腰往山间洼地过渡区段均为20mm冰区，与区域冰灾期间取样计算及现场覆冰调查情况基本吻合，大范围冰区量级趋于一致。但冰区分布成果图仅能大范围体现海拔高低与覆冰程度的直接关系，未考虑到线路实际走线的地形地貌，如微地形气候区域及山间槽谷等区域覆冰影响特性，冰区分布图对沿线冰区划分起到宏观指导作用，但冰区的具体划分还应结合地形条件（微地形、微气象区）、气候特征、覆冰数据、已建线路设计条件及运行情况等综合分析确定。

5 冰灾事故分析及冰区量级划分

本次受灾的风电场集电线路设计覆冰均为20mm，设计依据为附近已建的云弥220kV线路，根据区域已建线路得设计运行情况、现场覆冰调查情况及冰灾期间取样实测覆冰计算结果综合分析，事故主要原因为线路设计覆冰取值未考虑实际地形地貌尤其是微地形气候区域的覆冰影响。本次冰灾事故段均位于2300m以上地势突出的山脊迎风坡、风口等微地形微气候区域，该区域极易形成严重覆冰，通过冰灾期间3次实地取冰样本，标准冰厚均位于30mm冰区量级，超过了原来20mm冰区设计标准，造成荷载超限引起冰灾事故。而同区域2300m以下地势相对较低的山腰及地形较为封闭的槽谷区域覆冰相对轻微，极少出现冰灾事故，同时结合区域已建线路的设计运行经验、现场覆冰调查情况及冰区分布成果图，基本确定本区域2300m以上地带位于30mm冰区量级，2300m以下区域位于20mm冰区量级以内。

6 结论及建议

（1）随着越来越多的风力发电项目建设，大量的集电线路处于复杂的高海拔山地地形走线，设计覆冰不能仅依靠附近单条线路的设计标准作为设计依据，必须结合实际地形地貌考虑微地形微气候因素综合确定覆冰取值。

（2）在高海拔重覆冰山区进行电力线路建设时，应尽量避开地势突兀的山岭、迎风坡、风口等极易形成严重覆冰的微地形微气候区域，降低线路受灾风险。如若无法避让应进行抗冰加强处理，以提高线路的整体抗冰能力。

（3）本区域整体具有大覆冰天气频率高、持续时间长、灾害影响大的特点，覆冰以雨雾混合淞为主，在同一区域内覆冰厚度基本是随海拔升高而增大，不同区域的覆冰则除了考虑海拔外，还应考虑当地植被、地形等多方面条件的共同影响。在高海拔重覆冰山区确定线路覆冰量级时应以实测覆冰资料为主，结合已建线路的设计运行经验和覆冰调查确定线路的覆冰量级；在没有观冰资料时，应以已建线路的设计和运行经验为主，同时应结合线路实际走线确定覆冰量级；既没有观冰资料，也没有已建线路的情况下，主要依据覆冰调查确定覆冰量级，在有明显微地形、微气候区覆冰量级应根据实地勘查确定，覆冰量级可以较一般地形区提高一个或几个量级；同时应用覆冰研究成果对覆冰量级取值结果进行验证。

（4）在云南东部还存在大量人烟稀少的高寒山区，合理确定覆冰量级仍有相当的难度，建议增设相应的观冰点从而为该区域的电力覆冰取值提供定量的依据。