2022年陇南“4·19”强对流天气成因及其对配电线路故障的影响分析

doi:10.11755/j.issn.1006-7639(2024)-03-0437

干旱气象 ›› 2024, Vol. 42 ›› Issue (3): 437-446.DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639(2024)-03-0437

2022年陇南“4·19”强对流天气成因及其对配电线路故障的影响分析

鲍丽丽¹(), 王小勇¹(), 段秀兰², 程鹏¹, 谭丹³, 闫昕旸¹, 何金梅¹

1.甘肃省气象服务中心，甘肃兰州 730020
2.陇南市气象局，甘肃陇南 746000
3.兰州中心气象台，甘肃兰州 730020

收稿日期:2024-03-14 修回日期:2024-05-01 出版日期:2024-06-30 发布日期:2024-07-11
通讯作者: 王小勇（1978—），男，甘肃兰州人，高级工程师，主要从事天气预报与专业气象服务工作。E-mail：gswangxy@qq.com。
作者简介:鲍丽丽（1995—），女，甘肃定西人，硕士，工程师，主要从事专业气象预报服务工作。E-mail：2936335249@qq.com。
基金资助:
甘肃省青年科技基金项目(23JRRA1326);甘肃省自然科学基金项目(23JRRA1574);甘肃省重点研发计划项目(23YFGA0016);甘肃省气象局人才专项(2425rczx-G-QNQHRC-24)

Analysis on cause of severe convection weather "4·19" in 2022 and its influence on distribution line faults in Longnan City

BAO Lili¹(), WANG Xiaoyong¹(), DUAN Xiulan², CHENG Peng¹, TAN Dan³, YAN Xinyang¹, HE Jinmei¹

1. Meteorological Service Center of Gansu Province， Lanzhou 730020， China
2. Longnan Meteorological Bureau， Longnan 746000， Gansu， China
3. Lanzhou Central Meteorological Observatory， Lanzhou 730020， China

Received:2024-03-14 Revised:2024-05-01 Online:2024-06-30 Published:2024-07-11

摘要/Abstract

摘要：

配电线路长期暴露于自然环境下，易受强对流天气影响而发生故障。2022年4月19日午后，受大风、雷电等高影响天气影响，陇南市13条配电线路先后出现故障。利用陇南市自动气象观测站的极大风速和闪电定位数据以及风云4A（FY-4A）红外云图、探空资料、多普勒天气雷达等资料，对此次强对流天气过程及其对电网影响进行分析。结果表明：（1）此次强对流天气以雷电、雷暴大风天气为主，西和、礼县、武都、康县等县（区）出现大面积用户停电和电力负荷损失等不利影响。（2）强对流发展主要受高原槽和切变线共同影响，在“上冷下暖”的大气层结不稳定条件下，由地面辐合线触发较强的雷暴大风天气；卫星云图和雷达回波也显示对流云团的发生发展与地面雷暴大风相吻合。（3）陇南市配电线路故障范围分布与强对流天气发生时间和过境路径基本一致，利用逐10 min极大风速和闪电定位数据，探讨得出当极大风速值超过15.0 m·s^-1、或正地闪电流强度超过43 kA、或负地闪电流强度超过26 kA时，配电线路发生故障的可能性较大。

关键词: 强对流天气, 雷暴大风, 电力线路, 影响阈值

Abstract:

The distribution line is exposed to the natural environment for a long time, which is easy to be affected by strong convection weather. In the afternoon of April 19, 2022, under the influence of high impact weather such as lightning and thunderstorms and gales, 13 distribution lines in Longnan City broke down successively, causing adverse effects such as power outage and power load loss for users. The extreme wind speed and lightning positioning data of from the automatic meteorological observation stations in Longnan City, Fengyun 4A (FY-4A) infrared cloud images, sounding data and Doppler weather radar data were used to analyze the severe convection weather process and the influence of power grid. The results are as follows: (1) The severe convective weather was dominated by lightning and thunderstorms and gales, and a large area of power outage and power load loss had occurred in Xihe, Lixian, Wudu, Kangxian and other counties. (2) The development of severe convection weather was mainly influenced by the plateau trough and shear line. Under the unstable atmospheric junction of "cold above and warm below", the surface convergence line triggered strong thunderstorm and gale; Satellite cloud images and radar echoes also showed that the development of convective clouds coincided with surface thunderstorms and gales. (3) The fault range distribution of distribution lines was basically consistent with the occurrence time and transit path of severe convective weather. Using 10-minute extreme wind speed and lightning location data, it was discussed that when the extreme wind speed exceeded 15.0 m·s^-1 or the positive lightning current exceeded 43 kA or the negative lightning current exceeded 26 kA, the possibility of distribution line faults was higher.

Key words: severe convection weather, thunderstorms and gales, electric power circuit, impact threshold

中图分类号:

P458

鲍丽丽, 王小勇, 段秀兰, 程鹏, 谭丹, 闫昕旸, 何金梅. 2022年陇南“4·19”强对流天气成因及其对配电线路故障的影响分析[J]. 干旱气象, 2024, 42(3): 437-446.

BAO Lili, WANG Xiaoyong, DUAN Xiulan, CHENG Peng, TAN Dan, YAN Xinyang, HE Jinmei. Analysis on cause of severe convection weather "4·19" in 2022 and its influence on distribution line faults in Longnan City[J]. Journal of Arid Meteorology, 2024, 42(3): 437-446.

图/表 11

表1 陇南市“4·19”高影响天气条件下配电线路故障分析及损失情况

Tab.1 Failure analysis and loss of distribution line under “4·19 ” high impact weather conditions in Longnan City

发生故障时间	受影响线路	高影响天气	故障原因	停电用户/户	损失负荷/MW
14：54	礼县35 kV马泉变111马阳线	大风、雷电	线路跳闸。未发现明显故障点	2 895	0.59
14：55	礼县35 kV白关变113白沙线	大风	线路跳闸。大风导致舞动杆基强度不足，主线路110号杆断杆	4 331	0.14
15：31	西和35 kV城关变111城卢线	大风、雷电	线路跳闸。未发现明显故障点	9 265	1.50
15：43	西和35 kV大桥变113大太线	大风、雷电	线路跳闸。未发现明显故障点	2 369	0.26
16：05	武都35 kV马街变113马柏线	大风	线路跳闸。大风将塑料薄膜吹起搭挂在主线路034-035号杆导线上	1 363	0.56
16：30	武都110 kV东江变112东府一线	雷电	线路跳闸。线路发生短路故障，冲击造成主线路038号杆分段开关跳闸	980	1.20
16：35	武都110 kV东江变129东府六线	雷电	接地故障。避雷器击穿造成线路发生接地故障	4	1.05
16：55	武都110 kV阶州变125阶石线	雷电	接地故障。引流线支柱瓷瓶雷击破裂，引流线搭在拉线上造成线路发生接地故障	3 450	0.39
17：35	武都110 kV洛塘变111洛龙线	雷电	接地故障。避雷器击穿造成线路发生接地故障	965	0.89
16：38	康县35 kV豆坪变112豆盐线	雷雨大风	线路跳闸。未发现明显故障点	3 521	1.60
16：58	康县35 kV云台变112云十线	雷雨大风	线路跳闸。未发现明显故障点	2 352	0.60
17：16	成县35 kV店村变117店韩线	大风、雷电	线路跳闸。未发现明显故障点	858	0.28
17：27	文县35 kV桥头变111桥天线	大风	线路跳闸。大风将山崖上树枝吹断掉落在主线分支18-19号杆导线上	2 890	2.89

表1 陇南市“4·19”高影响天气条件下配电线路故障分析及损失情况

Tab.1 Failure analysis and loss of distribution line under “4·19 ” high impact weather conditions in Longnan City

发生故障时间	受影响线路	高影响天气	故障原因	停电用户/户	损失负荷/MW
14：54	礼县35 kV马泉变111马阳线	大风、雷电	线路跳闸。未发现明显故障点	2 895	0.59
14：55	礼县35 kV白关变113白沙线	大风	线路跳闸。大风导致舞动杆基强度不足，主线路110号杆断杆	4 331	0.14
15：31	西和35 kV城关变111城卢线	大风、雷电	线路跳闸。未发现明显故障点	9 265	1.50
15：43	西和35 kV大桥变113大太线	大风、雷电	线路跳闸。未发现明显故障点	2 369	0.26
16：05	武都35 kV马街变113马柏线	大风	线路跳闸。大风将塑料薄膜吹起搭挂在主线路034-035号杆导线上	1 363	0.56
16：30	武都110 kV东江变112东府一线	雷电	线路跳闸。线路发生短路故障，冲击造成主线路038号杆分段开关跳闸	980	1.20
16：35	武都110 kV东江变129东府六线	雷电	接地故障。避雷器击穿造成线路发生接地故障	4	1.05
16：55	武都110 kV阶州变125阶石线	雷电	接地故障。引流线支柱瓷瓶雷击破裂，引流线搭在拉线上造成线路发生接地故障	3 450	0.39
17：35	武都110 kV洛塘变111洛龙线	雷电	接地故障。避雷器击穿造成线路发生接地故障	965	0.89
16：38	康县35 kV豆坪变112豆盐线	雷雨大风	线路跳闸。未发现明显故障点	3 521	1.60
16：58	康县35 kV云台变112云十线	雷雨大风	线路跳闸。未发现明显故障点	2 352	0.60
17：16	成县35 kV店村变117店韩线	大风、雷电	线路跳闸。未发现明显故障点	858	0.28
17：27	文县35 kV桥头变111桥天线	大风	线路跳闸。大风将山崖上树枝吹断掉落在主线分支18-19号杆导线上	2 890	2.89

图1 2022年4月19日14：00—19：00陇南市极大风速（a，单位：m·s-1）及闪电定位（b）空间分布 [橙色圆点为受影响线路所在县（区）]

Fig.1 The spatial distribution of extreme wind speed （a， Unit： m·s-1） and lightning location （b） in Longnan City from 14：00 to 19：00 on April 19， 2022 （The orange dots represent the counties （districts） where the affected lines are located）

图2 2022年4月19日08：00（a、c）、20：00（b、d）500 hPa（a、b）和700 hPa（c、d）位势高度场（黑色等值线，单位：dagpm）、风场（风矢，单位：m·s-1）、温度场（红色虚线，单位：℃）（棕色粗线代表槽线，字母G、D、N、L分别表示高压中心、低压中心、暖中心、冷中心。下同）

Fig.2 The geopotential height field （black isolines， Unit： dagpm）， wind field （wind vectors， Unit： m·s-1）， temperature field （red dashed lines， Unit： ℃） at 500 hPa （a， b） and 700 hPa （c， d） at 08：00 （a， c）， 20：00 （b， d） on April 19， 2022 （The brown thick line represents trough lines， the letters G， D， N and L denote high pressure center， low pressure center， warm center and cold center， respectively. the same as below）

图3 2022年4月19日08：00（a）和20：00（b）海平面气压场（单位：hPa）

Fig.3 The sea level pressure field at 08：00 （a） and 20：00 （b） on April 19， 2022 （Unit： hPa）

图4 2022年4月19日甘肃南部4个气象站点不同气象要素演变

Fig.4 The evolution of different meteorological elements at four meteorological stations in southern Gansu on April 19， 2022

图5 2022年4月19日08：00武都探空站T-ln P图（蓝色实线为温度层结曲线，绿色实线为露点温度曲线，棕色实线为状态曲线）

Fig.5 T-ln P image of Wudu sounding station at 08：00 on April 19， 2022 （the blue line represents stratification curve， green line represents dew point temperature， brown line represents state curve）

图6 2022年4月19日对流云团不同发展阶段FY-4A卫星红外云图（TBB，单位：K）

Fig.6 Infrared cloud images of FY-4A satellite in different development stages of convective cloud cluster on April 19， 2022 （TBB， Unit： K）

图7 2022年4月19日16：34武都多普勒雷达站2.4°（a）、1.5°（b）、0.5°（c）仰角反射率因子（单位：dBZ）（红色方框表示有界弱回波区）

Fig.7 The reflectivity factors on the elevation of 2.4° （a）， 1.5° （b） and 0.5° （c） of Wudu Doppler radar station at 16：34 on April 19， 2022 （Unit： dBZ）（The red box represents the bounded weak echo region）

图8 2022年4月19日15：38武都多普勒雷达站组合反射率（a，单位：dBZ）及2.4°（b）、1.5°（c）、0.5°（d）仰角径向速度（单位：m·s-1）（红色方框表示强回波区对应的速度模糊）

Fig.8 Combined reflectivity（a， Unit： dBZ）and radial velocity（Unit：m·s-1）on the elevation of 2.4° （b）， 1.5° （c） and 0.5° （d） of Wudu Doppler radar station at 15：38 on April 19， 2022 （The red box indicates the strong echo region corresponds to the velocity ambiguity）

表2 配电线路出现故障时极大风速及闪电电流强度的范围和平均值

Tab.2 The numerical range and average value of extreme wind speed and lightning current intensity when the distribution line failed

时段	受影响地区和线路	极大风速/（m·s^-1）		闪电电流强度/kA
		极大风速/（m·s^-1）		正地闪		负地闪
		范围	平均值	范围	平均值	范围	平均值
14：00—15：00	礼县：35 kV马泉变111马阳线、35 kV白关变113白沙线	7.7~19.5	14.4	4~192	44	12~120	28
15：00—16：00	西和：35 kV城关变111城卢线、35 kV大桥变113大太线	10.2~20.2	14.6	11~85	38	10~98	25
16：00—17：00	武都：35 kV马街变113马柏线、110 kV东江变112东府一线、110 kV东江变129东府六线、110 kV阶州变125阶石线；康县：35 kV豆坪变112豆盐线、35 kV云台变112云十线	9.5~24.6	16.3	11~155	47	4~140	26
17：00—18：00	武都：110 kV洛塘变111洛龙线；成县：35 kV店村变117店韩线；文县：35 kV桥头变111桥天线	6.2~22.6	14.5	7~130	42	5~178	24

图9 2022年4月19日15：00—18：00陇南市极大风速（a）、正地闪（b）和负地闪（c）电流强度的箱线图

Fig.9 The box diagram of extreme wind speed （a）， positive ground flash （b） and negative ground flash （c） lighting current intensity in Longnan City from 15：00 to 18：00 on April 19， 2022

参考文献 27

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2022年陇南“4·19”强对流天气成因及其对配电线路故障的影响分析

Analysis on cause of severe convection weather "4·19" in 2022 and its influence on distribution line faults in Longnan City

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