2023/2/31第五章水利、電力、通訊與氣象2023/2/32本章主要內容（4學時）§1水庫調度和綜合利用與氣象§2核電站選址和工程設計與氣象§3架空線路與氣象2023/2/33水庫調度和綜合利用與氣象基本概念水庫調度即對水庫調蓄能力的控制運用，以達除害興利，綜合利用水資源，極大地提高社會經濟效益的目的。防洪調度發電調度防凌調度灌溉調度2023/2/34水庫調度和綜合利用與氣象防洪調度就是通過蓄、泄、滯、分等措施人為改變天然洪水的時、空分布規律，以達到減免洪水災害的目的。發電調度以發電為主的水庫調度，可分為日、周、年調節，以適應電力負荷變化，擴大水電站容量效益，替代火電站承擔尖峰負荷，從而降低系統單位電能的燃料消耗量。2023/2/35水庫調度和綜合利用與氣象灌溉調度在充分掌握下游灌溉面積、作物組成、需水定額和時段分布的基礎上，分析灌溉需水過程曲線，運用氣象實況資料和短期天氣預報對未來水和需水進行平衡調解，運用徑流調節計算結果，發揮水庫塘堰配合作用，進行客觀調度。防凌調度河流在進行“武開河”時，以形成凌汛，為防止凌汛進行的調度行為。2023/2/36水庫調度和綜合利用與氣象黃河開河分“文開河”、“武開河”。“文開河”即河道封凍后，河槽內水量較小，大地回春之時，水溫逐漸升高，封凍自上而下開始解凍，冰水安全下泄或就地消融，凌情解除。而“武開河”是指河道封凍期間，由于上下河段氣溫差異較大，冰厚、冰量、冰塞亦有差異。春暖花開之際，氣溫升高，在水量較大的情況下，上段河道先行解凍，而下段河道因緯度偏北，冰凌仍然固封，冰水齊下，水鼓冰開。在“武開河”時，有時大量冰塊在彎曲形的窄河道內容易堵塞，形成冰壩，使水位上升，形成嚴重凌汛。2023/2/37水庫調度和綜合利用與氣象綜合利用水庫調度通則（水利部1993年月12月1日水管[1993]61號通知頒發）2023/2/38水庫調度和綜合利用與氣象---防洪調度防洪調度的判別條件：常以庫內水位、入庫流量和指標站降雨量作為調度的判別條件。防洪調度的一般原則：少留專供調洪庫容，減少無益棄水，充分發揮和提高水庫綜合效益。

所用氣象資料主要包括：降雨、蒸發、氣溫、風向風速。2023/2/39水庫調度和綜合利用與氣象---防洪調度第十三條防洪調度的原則：1、在保證大安全的前提下，按下游防洪需要對洪水進行調蓄；2、水庫與下游河道堤防和分、滯洪區防洪體系聯合運用，充分發揮水庫的調洪人作用；3、防洪調度方式的判別條件簡明易行，在實時調度中對各種可能影響泄洪的因素要有足夠的估計；4、汛期限制水位以上的防洪庫容調度運用，應按各級防汛指揮部門的調度權限，實行分級調度。2023/2/310水庫調度和綜合利用與氣象---防洪調度為了提高水庫綜合經濟效益。必須充分運用天氣預報，及時蓄水，盡量多次重復利用有效庫容。在汛期的每次洪水后盡可能多蓄水，然后盡快消落，騰庫容以迎接下次洪水。遇有暴雨要少蓄多用，而面臨干旱時要多蓄少用，抓住洪水尾，以減少棄水提高徑流利用率。準確、及時氣象預報的關鍵作用要求在洪水期每天發布幾次降雨預報，包括降雨的時空分布，并且要求短、中、長天氣預報緊密結合，以便確定水庫泄洪方案及時控制泄量。準確的長期天氣預報，在編制年、月水力發電計劃中能起到有利的長、中期發電調度作用，并利用中短期預報隨時修正發電計劃，做到以水定電，保證灌溉，防止水害。2023/2/311水庫調度和綜合利用與氣象----發電調度發電調度的氣象服務利用長期趨勢預報---枯水年份，特枯年份，豐水年份利用短期天氣預報利用中期天氣預報使中、長期預報相結合，短、中期預報相結合，充分發揮水庫的調節功能。2023/2/312水庫調度和綜合利用與氣象----灌溉調度小水庫調度中的氣象決策----浙江新昌水庫為例實際方案、信任方案、完善預報方案2023/2/313水庫調度和綜合利用與氣象----灌溉調度2023/2/314水庫調度和綜合利用與氣象----灌溉調度中型水庫水位調度中的氣候最優決策---湖北桃花江水庫為例水位調度決策的損失函數

4-6月，供過于求；7-9月，供不應求。利用歷年降水資料可確定雨季各時段水庫的最優蓄水量。以歷年后段的可能降水量確定當前水位調度目標。2023/2/315水庫調度主要是針對流域、水庫和電站開展未來趨勢預測和歷史資料分析、統計等功能的軟件，其包括短期洪水預報、中期徑流預報、長期水文預報、發電調度、防洪調度、風險分析、決策支持等內容。

水庫調度決策支持系統（RSDSS）多模型、多方法防洪與發電聯合調度

實時調度組態設計，可擴展能力強2023/2/316水庫調度2023/2/317

§2核電站選址和工程設計中的氣象學應用氣象學在核電站建設和運行中的應用，主要表現為站址選擇，參與結構設計和異常事故出現時的放射性核素大量排放影響檢測。前者主要估算大氣如何有效地稀釋核電站排放的放射性污染物，后者研究大氣擴散對可能事故提供的安全因素的大小。2023/2/318核電站選址和工程設計中的氣象學應用2006年江蘇省氣象專家介紹：要挑選一個理想的核電站地址，要求極為“苛刻”。其一，核電站所在地點百年不能有龍卷風之類的惡劣破壞性極強的氣候事件。如果沒有百年歷史資料，氣象專家也要根據現有的資料進行計算分析，確保核電站安全第一；其二，不能建在沒有水的地方。一個地方如果有充足的淡水或者海水，可以迅速冷卻反應堆，保證核電廠運轉；其三，土質要十分穩定，巖石基礎要牢固，因為一旦發生地震，是沒有辦法進行補救的。其四，廠址的風向風速等對污染物的擴散、稀釋有著至關重要的作用。

2023/2/319核電站選址和工程設計中的氣象學應用核電站選址核電站選址不僅取決于經濟、技術因素，還必須考慮在常規和事故情況下放射性核素排放的特點和影響、周圍居民分布以及地理、地形環境特征。即必須考慮當地可能出現的最嚴重的地震、海嘯、熱帶風暴、龍卷、洪水等自然災害。2023/2/320核電站選址和工程設計中的氣象學應用必須對較大區域的氣候資料進行統計分析，主要包括地面和500米高度風向、風速、最大風速、年平均風速、靜風頻率；氣溫、大氣穩定度、逆溫層高度、濕度、云出現頻率、降水量和降水期。初選后的現狀考察檢測，包括不同天氣條件下的示蹤物擴散模擬。2023/2/321核電站選址和工程設計中的氣象學應用峽江何魁核電氣象專用站建在江西吉安市該氣象站由一座百米氣象鐵塔、一個10米氣象桅桿和壓溫濕傳感器、日照傳感器、反射傳感器、輻射傳感器和雨量傳感器等構成，可測量地面以上各個高度的風向、風速、溫度等氣象資料。峽江何魁核電氣象專用站將在兩年的時間內，每天24小時對當地氣象進行觀測。2023/2/322核電站選址和工程設計中的氣象學應用核電站的設計和結構據大氣擴散參數確定放射性核素排放持續時間、噴射速度、煙囪高度、隔絕地區尺度、與附近建筑物和地形的相對位置。保證核電站對龍卷風具有足夠的抵御能力，主要考慮：龍卷氣流直接作用于結構上引起的風壓動力作用、龍卷移過結構大氣壓力場變化效應以及龍卷風飛擲物產生的沖擊力等三個方面。2023/2/323核電站選址和工程設計中的氣象學應用核電站正常運行和可能異常事故正常運行時對氣象要求最低，但像持續靜風等不利大氣擴散的特定天氣預報要重視。一旦出現意外放射性核素排放，必須掌握煙羽軌跡，估算濃度和下風向輻射水平，要求提供地面、500米高度風向風速實況和預報，大氣穩定度和逆溫層底高度、降水資料、并掌握大尺度天氣系統如伴隨的鋒的6-12h預報以及更長時間和更大下風距離的氣流軌跡。重大事故之后要求充分的氣象資料包括雨區降水收集分析作為評估依據。2023/2/324

§3架空線路與氣象線路機械性能隨氣象條件的變化電線積冰污閃跳閘事故與氣象絕緣配合計算的氣象條件雷電的電磁干擾及防護2023/2/325架空線路與氣象

架空線路包括輸電線、通訊線、電氣化鐵路接觸網。架空線路在選線、設計中必須考慮氣象資料，主要考慮的要素為風、積冰和溫度。

一般取15年一遇的最大風力、最大積冰厚度、最高和最低氣溫作為計算依據。特別重要的線路，包括特大跨越地段，還應考慮更長的重現期的風力、冰厚和溫度極值，按特殊荷載考慮。2023/2/326設計氣象條件，應根據沿線氣象資料的數理統計結果及附近已有線路的運行經驗確定，基本風速、設計冰厚按以下重現期確定：1)750kV、500kV輸電線路及其大跨越：50年2)110～330kV輸電線路及其大跨越：30年架空輸電線路的新規程：/view/26d3c133ee06eff9aef8071c.html2023/2/327線路機械性能隨氣象條件的變化檔距（R）弧垂或馳度（H）臨界檔距：表示在最大外加荷載條件下（拉長作用）與最低溫度（伸長作用）同時出現時導線材料所受的最大應力狀態的檔距。2023/2/328線路機械性能隨氣象條件的變化桿塔承受壓縮力、拉伸力、彎曲力、扭力等各種作用。桿塔機械荷載受風力、積冰、導線自重的作用，常用比載計算，其單位為kg/（m.mm2），積冰的重量有時超過導線的自重，是嚴重積冰區線路設計的控制因素。對覆冰地區的重要線路考慮安裝線路覆冰在線監測裝置，并采取防冰、減冰、融冰措施。2023/2/329線路機械性能隨氣象條件的變化綜合比載越大，氣溫越高，則弧垂越大，縮短檔距可減小弧垂。計算最大弧垂目的在于保證對地的安全距離和防止風偏造成的閃絡。計算各種氣象條件下導線的拉力、檔距和弧垂及其相互關系，可作為桿塔設計和導線防振動的設計依據。2023/2/330線路機械性能隨氣象條件的變化電線的振動因氣象因素引起的導線振動，包括顫動、舞動、脫冰跳躍、次檔距振蕩和橫向碰擊。2023/2/331線路機械性能隨氣象條件的變化顫動由橫向微風引起，與導線成45°~90°角，0.5~5m/s風速在背風面產生空氣渦旋，使導線上下振動，造成線夾附近金屬疲勞，以致斷股。舞動由陣風引起，頻率低，振幅大，可造成導線地線閃絡、斷路。檔距與弧垂越大，舞動振幅越大。2023/2/332線路機械性能隨氣象條件的變化脫冰跳躍是積冰脫落時，因突然減輕荷載而上跳，包括不均勻覆冰時產生的上拔力，也產生舞動，可造成閃絡、導線地線短路、絞線損傷。次檔距振蕩發生于并排導線下風側導線受上風側導線對氣流干擾產生的亂流而引起的振蕩。當風向與電線交角大于45°，風速大于15m/s，積冰較重時，最易發生次檔距振蕩。并排導線擺動不同步易產生橫向碰擊，并發生閃絡和短路。2023/2/333電線積冰電線積冰：是指水氣、水滴和（或）雨滴在寒冷或嚴寒情況下，凝聚粘附在電線上形成的一種凍結物。電線積冰冰層增長方式：

干增長：所有撞擊到電線、桿塔上的水都產生凍結，沒有從其表面流失者。

濕增長：撞擊到冰面上的一部分水會離開冰面。我國有相當多的省份都發生過電線積冰，較嚴重的有四川、貴州、云南、湖南、湖北、陜西、山東、河南等省。2023/2/334電線積冰林力等指出，產生覆冰必須達到的氣象條件是：氣溫及導線表面溫度達到0℃以下；空氣相對濕度在８５％以上；風速＞１ｍ／ｓ。魯俊等統計了安徽省有氣象記錄以來的電線積冰觀測資料，分析了電線積冰的時空分布特征，同時也對積冰出現時段的氣象要素特征進行了詳細的總結。發現電線積冰的氣象條件基本滿足氣溫≤0℃，相對濕度≥８０％，風速在０～３ｍ／ｓ，同時與風向有關，積冰直徑極大值時出現靜風的頻率最多。霧凇積冰極值出現時，氣溫≤－３℃。引自：王文，蔡曉軍，2010年干旱氣象2023/2/335電線積冰電線積冰形態：晶淞或雪淞霧淞雨淞混合淞引起電線積冰的天氣現象：雨凇、霧凇、濕雪或者它們的混合物。2023/2/336電線積冰晶淞或雪淞---雪晶碰撞導線，表面水膜降溫而凍結在導線上，發生于0-3m/s風速和-2℃條件下，也可在-10℃以下的低溫由水汽直接在導線上凝華形成。質輕，結構松散，易脫落，密度小（0.1g/cm3），出現幾率小，對高頻衰減有影響，一般無危害。2023/2/337電線積冰雨凇---是一種呈透明的或無玻璃狀的密實冰層。多在靜止鋒或冷鋒天氣下形成。從鋒面上暖空氣下落的雨滴，穿過鋒下冷空氣層時冷卻成為過冷卻水滴，接觸電線、地物凍結成雨淞。若氣溫不太低，過冷卻水滴在電線或其它地物上鋪展開來才冰結，成為透明密實的冰層。形成時風速一般較大，氣溫為-1~-3℃，氣溫低到-16℃時，也可以形成雨淞。雨淞又稱明冰或冰凌。白色透明，結構堅硬，密度大0.5-0.9g/cm3，出現幾率小，但危害最大。2023/2/338電線積冰霧淞生成于有霧而且氣溫在0℃以下的天氣，由過冷霧滴碰撞凍結而成，呈乳白色，不透明。當氣溫約在-10—-20℃之間，霧或輕霧中很小的過冷水滴凍結在電線上，形成晶狀霧淞積冰，無風時結在整個電線表面，有風時結在迎風面。空氣中水汽在電線上凝華也可結成晶狀霧淞。密度0.2-0.5g/cm3，也較易脫落，在濕潤地區因持續時間長，強度大，出現幾率大，危害甚大。霧凇在5m/s風速和-8℃條件下形成。2023/2/339電線積冰混合淞---俗稱粗冰，由形成霧凇和雨凇的條件交替出現而混合組成，密度0.5-0.6g/cm3，出現幾率小，但危害很大。2023/2/340電線積冰陜西省寶雞、華山、洛川、吳旗、榆林5站1980—2005年電線積冰觀測資料,分析了陜西省雨凇、霧凇及混合凇的分布特征與物理特性。結果表明:陜西省華山電線積冰最多、最大、最重。電線積冰以雨凇最多,霧凇次之,混合凇最少,分別占55.2%,27.9%和16.9%。各地積冰日多出現在11月至次年3月。雨凇、霧凇、混合凇的平均等效直徑為10～25mm,極大值為78mm;平均質量為86～236g/m;華山積冰質量極值最大,為1290g/m;積冰平均密度為0.22～0.34g/cm3,混合凇最大,霧凇最小。南北向等效直徑的平均值、積冰質量、密度均大于東西向。近26年,年最大積冰質量有增加的趨勢。

陜西省電線積冰特征--吳素良

蔡新玲

何曉嬡

毛明策

2023/2/341電線積冰電線積冰的觀測/ywk/dzgf/gcgf092.htm/blog/static/3715585200731994953268/2023/2/342電線積冰電線積冰引發電網事故的常見形式：桿塔因覆冰而損壞線路各檔距覆冰不均勻引發事故導線覆冰事故絕緣子串覆冰事故（閃絡）2023/2/343電線積冰電線積冰是導線半徑、云、霧含水量、滴譜、風向風速、氣溫和天氣過程持續時間的函數。2023/2/344積冰形狀在風小時（0-4m/s）呈圓形，風稍大（3、4級）呈橢圓形或具有迎風生長的三角形截面形態，當氣溫分布不穩定時，水滴直徑隨之變化，可出現不規則狀混合淞；當風力為5、6級時，不活動桿塔上出現散射狀積冰，呈迎風梳齒形態。積冰溫度條件在0~-10℃范圍內均可出現，但主要發生在-5℃以上。2023/2/345電線積冰冰厚隨電線直徑和高度的變化積冰厚度與電線直徑有關，但隨風速、氣溫、云霧滴譜而異，變化比較復雜。細線，對流場影響小，易于收集小水滴，熱容量小，易于凍結，易于扭轉，積冰量常比粗線嚴重。粗線，不易扭轉，風大時，電線越粗積冰越重，尤其是在雨凇條件下。

相對于線徑為4mm的覆冰厚度，線徑為10、15、20mm的折減乘數，分別為0.89，0.82，0.77。2023/2/346電線積冰電線積冰與架空高度密切相關，國內研究表明：積冰厚度隨高度的變化規律符合乘冪律：下標0為參考高度（z0=2m），冪數α

比前蘇聯的α

值小，比國際電工委員會推薦值大，并為風速的減函數：系數m>0，n<1，因積冰形態而異。2023/2/347電線積冰其他因素對積冰的影響導線是否帶電----通電導線積冰厚，大25%-40%；積冰扭轉力矩作用---檔距中心線段積冰比較均勻，冰重增長較快，線夾附近冰重較小。積冰以風向與導線呈垂直交叉狀態為最重，與交叉角的正弦成正比。特殊地形---可影響風力、氣溫，從而加重積冰。跨越河段或臨水面的導線、桿塔的覆冰厚。2023/2/348電線積冰電線積冰荷載極值推算設計積冰荷載可按概率分布推算。我國認為遵從極值Ⅱ型分布。極值Ⅱ型分布適于擬合頻率分布偏態甚劇的分布，即在不太長的序列中存在一二個特大值的樣本。電線積冰變異極大，極值Ⅱ型分布能較好地對它進行擬合，而且該分布還有一個優點，較短重現期下的極值與較長重現期下的極值存在簡單關系。2023/2/349電線積冰極值Ⅱ型分布X表示積冰荷載，δ、γ為分布參數

T1—較短重現期；T2—較長重現期2023/2/350電線積冰電線積冰過程：快速增長階段緩慢增長或維持階段融化消失階段冰害事故2023/2/351電線積冰電線積冰專用氣象服務---電線積冰時變模式參考：《氣象信息服務》P308-P3132023/2/352污閃跳閘事故與氣象2001年2月22日凌晨,遼寧大部分地區遭受幾十年未見的濃霧天氣,造成遼寧電網建國以來最嚴重的1次大面積污閃停電事故,事故波及沈陽、鞍山、營口、遼陽、撫順、鐵嶺和阜新等地區。220ｋＶ線路跳閘151條次,跳閘線路44條,并造成12座220ｋＶ變電所全停;66ｋＶ系統全省跳閘171條次,120座66ｋＶ變電所全停;事故處理過程中,鐵嶺電廠2號機組(300ＭＷ)被迫解列1次,3號機組(300ＭＷ)被迫停機;沈海電廠2臺機組(200ＭＷ)與主網解列單運,單運時間達05ｈ;全省共損失負荷9370ＭＷ·ｈ,其中沈陽地區尤為嚴重,損失負荷7430ＭＷ·ｈ,9:20停電負荷逐步送出,截止當日14:14全省大部分負荷送出,18:12全省負荷全部送出。2023/2/353污閃跳閘事故與氣象污閃事故雖不及雷害頻繁，但停電時間長、范圍大，損失電量大，檢修恢復時間長，應積極防治。化工、冶金、水泥工業煙塵、海水飛沫、鹽堿地土壤塵等含游離的酸、堿、鹽成分高，對輸電絕緣運行威脅最大。表面濕度對污層的形成和保持起重大作用，越潮濕污穢越嚴重，最危險的是霧對絕緣子的濕潤作用。2023/2/354污閃跳閘事故與氣象污穢物的類型分為四類：1、無自然污染和無工業污染源區或遠離污染源的居民區，等值附鹽密度0-0.03mg/cm2;2、鹽堿地，0.03-0.10mg/cm2；3、海岸附近或其它含鹽分的水域附近，0.01-0.25mg/cm2；4、緊貼工業和火電廠區，〉0.25mg/cm2。2023/2/355污閃跳閘事故與氣象引發污閃的地面氣象條件(四川盆地為例)霧、霧和小雨、小雨、霧和毛毛雨、毛毛雨、雨夾雪、其它58%20%9%3%1%8%2023/2/356污閃跳閘事故與氣象由此可見，可以把霧作為引發污（霧）閃的主要因子。引發污閃的霧與一般霧相比具有自己特點：1、水平能見度特低、液態水含量特多；2、霧日持續天數多；3、霧的持續時間長。2023/2/357污閃跳閘事故與氣象引發污閃的溫度層結條件：當逆溫出現時，底層大氣溫度層結穩定，使接近地面的水汽和污穢物不易向上擴散，造成近地層既有豐富水汽，又有可充當凝結核的污穢物，容易發生污閃事故。例：對呼和浩特1981-1995年積污期每日08時、20時原始探空曲線上地面至離地1000m高度的逆溫（包括等溫）資料進行統計后發現，該地區15年間積污期逆溫出現頻率達74.2%；08時出現頻率比20時多25%左右，逆溫層厚度100-400m。2023/2/358污閃跳閘事故與氣象出現污閃的前期氣象條件連續無降水日數的長短，對污閃現象影響較大，連續無降水日數長，使絕緣子上污穢物長時間得不到自然清洗，積污加重，這時如果空氣濕度突然增加，極易造成污閃。以內蒙呼和浩特地區為例，用1981-1995年的資料統計表明，在積污期（10-4月），最長連續無降水日數平均38.1天。2023/2/359污閃跳閘事故與氣象污閃潛勢預報制作污閃潛勢預報的困難

---污閃是小概率事件；---尚未建成污閃個例（數據）庫污閃潛勢預報將遇到的問題---預報未來是否有霧---預報霧的強度---預報霧的持續時間2023/2/360污閃跳閘事故與氣象污閃的防治：按污穢物的不同類型選用相應的絕緣子型號。在污閃頻發季節，預報有陰雨、高濕有霧天氣，應立即向電力部門通報或發布警報。防治污閃除人工定期檢查清掃污穢物外，在嚴重污染地區的瓷瓶上涂刷憎水涂料（礦物油脂或硅膠、地蠟等），可使清掃絕緣子的周期大大延長，并利于清掃作業。2023/2/361污閃跳閘事故與氣象

例：500千伏江城直流高壓線是國家電網的命脈線路之一，每年冬春季節，由于降雨稀少，絕緣子表面嚴重積污，如果不及時清洗，將會發生絕緣子污閃和覆冰閃絡事故，對跨區電網的安全穩定運行構成威脅。傳統的常規清洗作業需要耗費大量人力物力，至少需要停電十天半月，直接損失輸電容量300萬千瓦，每小時的損失在30萬元以上。采用直升機帶電水沖洗，不僅效率提高數倍，而且避免停電帶來的損失。2023/2/362絕緣配合計算的氣象條件絕緣配合就是根據設備所在系統中可能出現的各種電壓(正常工作電壓和過電壓)，并考慮保護裝置和設備絕緣特性來確定設備必要的耐電強度，以便把作用于設備上的各種電壓所引起的設備絕緣損壞和影響連續運行的概率降低到經濟上和運行上能接受的水平。2023/2/363絕緣配合計算的氣象條件絕緣配合技術是考慮運行環境和過電壓保護裝置特性的基礎上，科學合理地選擇電網中電氣裝置的絕緣水平。在此過程中，權衡設備造價、維修費用和故障損失，力求用合理的成本獲得較好的經濟利益。2023/2/364絕緣配合計算的氣象條件對架空線路要求適當加強絕緣配合，主要防止桿塔和檔距中的各種可能放電途徑，其中涉及氣象條件。過電壓外過電壓（由雷擊引起，分直積雷和感應雷）