架空输电线路覆冰类型、冰害类型及影响因素

1.2.2形成机理与条件

雾凇是一种附着于地面物体（如树枝、电线）迎风面上的白色或乳白色不透明冰层。它也是由过冷水滴凝结而成。过冷水滴（温度低于零度）碰撞到同样低于冻结温度的物体时，便会形成雾凇。当空气中的水蒸气碰上物体马上凝华成固态时便会结成雾凇层或雾凇沉积物。

雾凇层由小冰粒构成，在它们之间有气孔，这样便造成典型的白色外表和粒状结构。由于各个过冷水滴的迅速冻结，相邻冰粒之间的内聚力较差，易于从附着物上脱落。被过冷却云环绕的山顶上最容易形成雾凇。

雾凇形状主要有两种。一种是过冷却雾滴碰到冷的地面物体后迅速冻结成粒状的小冰块，叫粒状雾凇，它的结构较为紧密。另一种是由雾滴蒸发时产生的水汽凝华而形成的晶状雾凇，结构较松散，稍有震动就会脱落。因此雾凇的密度小，重量轻，对于电线、树木的破坏性要比雨凇小得多。但当电线上的雾凇严重时会折断电线，造成停电事故。

一般情况下，雾凇导致线路覆冰的气象条件主要有：空气相对湿度在85%以上、风速大于lm/s、气温及导线表面温度为-13℃至-8℃。

1.2.3时空分布

我国是世界上有雾凇纪录最早的国家，在《中国三千年气象记录总集》中就可以查到，发生在公元前575年春秋鲁成公十六年的“正月，雨木冰”的雨凇纪录，以及发生在公元前33年汉元帝竟宁元年“大雾，树皆白”的雾凇记录。在我国，从东北长白山区到西南的峨眉山，从新疆的天山到山东泰山，以至山西五台山、江西庐山和安徽黄山，冬季到处都能见到雾凇的踪迹。其分布特点为高山多于平原、北方多于南方、湿润地区多于干旱半干旱地区。吉林省长白山天池气象站一带，是我国雾凇出现最多的地方，年平均雾凇出现天数为179天，从秋季10月到来年3月，每月出现雾凇都在20天以上；峨眉山年平均142天，五台山111天。

1.3

混合凇

当温度在冰点以下，风比较猛时，则形成混合凇。在混合凇覆冰条件下，水滴冻结比较弱，积冰有时透明，有时不透明，冰灾导线上的粘合力很强。混合凇的密度较高，约为0.6-0.9g/cm³。导线长期暴露于湿气之中，便形成混合凇。混合凇使一个复合覆冰过程，首先是雨凇，然后雾凇，是一种交替冰的形式，生长速度快，对导线危害特别严重。

混合凇是由导线捕获空气中过冷却水滴并冻结而发展起来的一种覆冰形式，以硬冰块的形式出现，透明或不透明。其结构为层状或板块形式，透明和不透明层交替出现。混合凇内部常捕获有孤立的微小气泡，结构是密实的，不像雾凇以颗粒结构形式出现；混合凇粘结力相当强；当温度较低、风速较强时，混合凇迅速增长。

图混合凇生长情况

1.4

湿雪

空气中的干雪或冰晶很难粘结到导线表面。只有当空气中的雪为“湿雪”时，导线才会出现积雪现象。湿雪是指冻结的雪片，在降落过程中，通过一段温暖层后，雪片趋于潮湿、融化，然后冻结在物体上，冰体呈白色堆积状，比重和附着力均偏小。湿雪一般出现在山区，有时雪片中混杂有过冷却水滴，水滴粘附在雪花上，这种情况雪片容易粘附到所碰撞的物体上，这种现象称为覆冰，而不是积雪。导线积雪使指当温度在0℃左右、风速很小时，“湿雪”粒子与“水体”一起通过“毛细管”的作用相互粘结冰粘附到导线表面的现象。当有强风时，雪片易被风吹落，导线覆冰不可能发生，故导线覆雪受风速制约。实际上，当风速大于3m/s时，导线覆雪不可能发生，此外，平原地区或低地无风地区导线覆冰现象较山区常见。

从另一个角度讲，雾凇和混合凇是由雾中或云中过冷却小水滴引起的，统称为云中覆冰；雨凇及湿雪是由冻雨和降雪造成的，总称为降水覆冰。

1.5

导线覆冰影响因素

导线覆冰的区别主要体现在厚度、密度及单位长度覆冰量等的差别上。影响导地线覆冰的因素很多，主要有气象条件、地形及地理条件、海拔高程、凝结高度、导线悬挂高度、导线直径、风速风向、负荷电流等。

1.5.1气象条件

当过冷却在0℃及其以下的云中或雾中水滴于输电线路导线表面碰撞并冻结时，覆冰现象产生。在冬季当温度低于0℃时，大气中的小水滴将发生过冷却；在高空甚至在夏季水滴也会发生过冷却。处于过冷却水滴包围的输电线路导线与气流过冷却水滴发生碰撞，冰冻结在导线表面形成覆冰。导线表面发生覆冰现象必须满足三个条件，即：

（1）大气中必须有足够的过冷却水滴；

（2）过冷却水滴被导线捕获；

（3）过冷却水滴立即冻结或在离开导线表面前冻结。

1.5.2导线覆冰的成因

导线覆冰是由气象条件决定的，是受温度、湿度、冷暖空气对流、环流以及风等因素决定的综合物理现象；在我国，导线覆冰主要发生在西南、西北及华中地区。西南及华中地区平均气温几乎都高于0℃，但受西伯利亚寒流和太平洋暖湿气候的影响，几乎每年冬季都出现短期的雾凇及雨凇覆冰气象条件，平均雾凇雨凇日数在3-15天，短期的雾凇雨凇覆冰给电力系统造成了巨大损失。

（1）导线覆冰的物理过程

导地线覆冰的基本物理过程是：严冬或初春季节，当气温下降至-5-0℃，风速为3-15m/s如遇大雾或毛毛雨，首先在导地线上形成雨凇；如气温升高，例如天气转晴，雨凇则开始融化；如天气继续转晴，则覆冰过程终止；如天气骤然变冷，气温下降，出现雨雪天气，冻雨和雪则在粘结强度很高的雨凇冰面上迅速增长，形成密度大于0.6g/cm³的较厚的冰层；这种过程将导致导地线表面形成雨凇—混合凇—雾凇的复合冰层。如在这种过程中，天气变化，出现多次晴-冷天气，则融化加强了冰的密度，如此往复发展将形成雾凇和雨凇交替重叠的混合冻结物，即混合凇。

导线覆冰首先在迎风面上生长，如风向不发生急剧变化，迎风面面上覆冰厚度就会继续增加。当迎风面覆冰达到一定厚度，其重量足以使导线扭转时，导线发生扭转现象；导线再扭转时，覆冰就会继续成长变大，终于在导线上形成圆形或椭圆形的覆冰。通常较细导线的覆冰呈圆形，而较粗导线的覆冰则多呈椭圆形。

（2）导线覆冰的必要气象条件

导线覆冰的必要条件是：a、具有足可冻结的气温，即0℃以下；b、具有较高的湿度，即空气相对湿度一般在85%以上；c、具有可使空气中水滴运动之风速，即大于1m/s的风速。