我国配电线路覆盖范围广，且分布较为零散，需要跨越山地等地带，因此恶劣天气容易导致配电线路出现故障（姚福星等，2023），尤其夏季雷电、雷暴大风、短时强降水等强对流天气频发（唐国瑛等，2022；高帆等，2023；李强等，2023；韦惠红等，2023；褚颖佳等，2023；周泓等，2024），引发的风偏放电、雷击跳闸事故对电网的安全运行造成极大威胁（王洁等，2018；周晓敏等，2018；俞小鼎和郑永光，2020）。输电线路是连接电源生产地和用电地的电力传输装置，用于输送大量电能；配电线路是指从降压变电站把电力送到配电变压器，或将配电变电站的电力送到用电单位的线路（陈涧宁，2018；申东玄等，2019）。配电线路是电网的“毛细血管”，是电力进入千家万户的“最后一公里”，但由于电压等级、传输容量、传输距离均小于输电线路，设计标准低于输电线路，因此配电线路抵御恶劣天气的能力更弱（Qin et al.， 2022）。提高电力供应可靠性，满足人民生活用能需求，是配电网高质量发展的必然要求，因此，有必要探讨强对流天气条件对配电线路的影响，提高配电网抵御强对流天气的能力。

由于强对流天气给电网安全运行带来极大影响，近年来相关学者在天气影响分析方面做了大量研究。例如，2020年3月21日午后，受强对流云团影响，浙中北地区自西向东出现雷电、短时强降水和雷暴大风等强对流天气，造成某500 kV输电线路发生停电故障，经现场踏勘认定为风偏故障，风偏放电是由于强风导致导线沿风向发生位移和偏转，使得导线与杆塔之间的空气间隙距离减小，降低了空气间隙的电气强度，从而引起跳闸现象（郭志民等，2017；邓红雷等，2021），事故点附近自动气象站观测的极大风速为30.6 m·s^-1（康丽莉等，2023）。2021年5月14日傍晚，江浙地区出现大范围的强对流天气，某500 kV线路出现线路跳闸、基杆塔倒塌的严重事故（王振国等，2021；康丽莉等，2023）。结合电线事故发生的时间和现场勘探情况，分析强对流天气影响系统、探空物理量、雷达回波特征等，对防范强对流天气引发的电线故障有一定指导意义（朱平和俞小鼎，2019；王黉等，2021；雷瑜等，2022）。

陇南市位于甘肃省东南部，地处秦巴山区、青藏高原、黄土高原三大地形交汇地带，属于西秦岭东西向褶皱带发育的陇南山地，地势西北高、东南低，形成了山高谷深的地形（鲍文中，2018），陇南北部的礼县、西和县境内海拔为1 000~3 400 m，南部的武都区境内海拔为660~3 600 m，东部的康县、成县境内海拔为600~2 400 m（陇南市人民政府，2020；裴静，2022）。陇南市是甘肃省范围内最大的强对流天气多发区域，雷暴大风年均频次为3.5~4.4次，短时强降水年均频次大于2次（谭丹等，2022；杨丽杰等，2023）。陇南市配网线路错综复杂，容易受地形、天气条件的影响，强对流天气条件下，配网线路极易发生故障导致大面积停电，对生产生活带来不利影响，目前在陇南市电网灾害性天气预警服务业务方面，强对流天气过程分析融入电网生产管理环节还不够深入，针对配电线路发生故障的气象条件阈值指标方面的研究也鲜有报道。因此本文针对2022年4月19日发生在陇南地区的强对流天气过程（简称“4·19”事件），基于地面加密自动气象观测站、探空、风云4A（FY-4A）卫星云图、多普勒天气雷达等多源实况观测资料，分析此次强对流天气过程及环流背景、物理量、中小尺度系统等，探索极大风速和闪电电流强度对配电线路的不利影响，并给出陇南市配电线路发生故障的气象条件阈值。

本文所用的2022年4月19日陇南市配电线路受损情况、用户停电、损失负荷等资料由国网陇南供电公司提供。多源实况观测资料包括2022年4月19日08：00—20：00陇南市国家气象站、区域气象站逐10 min和逐时极大风速和闪电定位数据，逐15 min风云4A（FY-4A）红外云图资料，逐6 min多普勒天气雷达资料，武都站08：00探空层结资料，以及500 hPa、700 hPa和地面环流形势场资料（来源于国家气象信息中心下发的MICAPS分布式实况数据）。文中所用时间均为北京时。

2022年4月19日14：18起强对流天气自西北向东南过境陇南市礼县、西和、武都、康县、成县、文县等区域，19：00基本结束，造成高山区域13条线路、703台变电出现故障，35 243户停电。国网陇南供电公司组织16支队伍积极进行抢修，于4月20日15：30抢修结束，全部恢复供电。

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，造成用户停电和电力负荷损失等不利影响（表1）。配网故障先后导致较多用户停电，其中西和、礼县、武都、康县分别占比33%、21%、19%、17%，占全市停电用户的90%，配电线路故障影响范围分布与此次强对流天气过境路径基本一致。电力行业是对气象灾害高度敏感的行业，因此在气象服务工作中，应及时发布分灾种、分时段、分强度、分影响的相应预警提示及建议措施。

2022年4月19日14：00—19：00甘肃南部出现了区域性强对流天气过程，过程共持续5 h，以雷电、雷暴大风为主，并伴随有弱的对流性降水及小冰雹，陇南、天水、兰州、甘南等市州共出现50余站次雷暴大风。其中，陇南市自西北向东南大部分区域都出现了强对流天气，具有范围大、强度强、极端性强的特点，全市共出现24站次雷暴大风[图1（a）、（b）]，极大风速出现在16：43康县安坪村，为24.6 m·s^-1，达十级大风。陇南市154个乡镇出现降水，其中康县冯家峡最大累计降水量达24.6 mm，17：00—18：00小时降水量达19.1 mm（图略）。另外，15：00—16：00陇南市成县苏园、康县平洛出现小冰雹。

4月上旬，500 hPa亚洲高纬地区盛行西风带纬向环流，高空锋区位于50°N以北，中亚有弱脊，西北地区受脊前西北气流控制，等高线稀疏，内蒙西部有短波活动（图略）；兰州以东大部降水偏少，陇南偏少10 mm以上；全省大部气温偏高，陇南偏高2 ℃以上。

4月19日08：00，500 hPa甘肃南部地区处于高原槽前西南气流中，温度场落后于高度场，高原槽有明显发展趋势，并且冷平流明显[图2（a）]，700 hPa宁夏至甘肃南部有切变[图2（c）]；20：00高原切变东移，引导横槽快速转竖东移[图2（b）]，切变逐渐移出甘肃，强对流天气结束[图2（d）]。大尺度高低空配置为此次强对流天气提供了系统性抬升条件。

从地面图上看，19日08：00地面冷空气主体位于青海西部，冷高压中心强度为1037.5 hPa[图3（a）]，14：00冷高压东移南下渗透影响甘肃南部地区[图3（b）]。16：00陇南市武都、西和一带有中尺度辐合线，17：00辐合线向东南方向移动至文县、康县、成县一带，当天午后的强对流天气正是沿着中尺度辐合线发生发展起来的，雷暴大风出现在地面辐合线附近。

综上所述，此次对流发展主要受高原槽影响，700 hPa宁夏至甘肃南部有切变线活动，动力抬升作用明显，随着系统向东南方向移动，再结合地面冷空气触发，以及地面辐合线发展，对应地面较强的雷暴大风。

图4为2022年4月19日甘肃南部4个气象站点不同气象要素演变。可以看出，礼县站[图4（a）]极大风速出现在15：00，近10 min内风速迅速陡升，从9.6 m·s^-1增大至22.1 m·s^-1，近20 min内气压上升1.8 hPa，气温迅速下降了4.2 ℃，后期气温表现平稳，近1 h内相对湿度从37%增大至63%，但降水量只有0.1 mm，相对湿度的增加主要由于降温使得饱和水汽压降低引起。西和六巷站[图4（b）]极大风速出现在15：57，近20 min内风速从4.9 m·s^-1迅速增大至20.2 m·s^-1，气温迅速下降了6.3 ℃，后续气温维持，近40 min内气压上升2.4 hPa，近1 h内相对湿度从52%增大至82%，降水量为0.4 mm。武都桔柑站[图4（c）]极大风速出现在16：36，近10 min内风速急剧增大，从6.9 m·s^-1增大至23.2 m·s^-1，近40 min内气压上升3.7 hPa，气温持续下降了8.2 ℃，近1 h内相对湿度从35%上升至78%，但无有效降水，相对湿度的增加主要由降温引起。康县安坪村站[图4（d）]极大风速出现在16：43，近10 min内风速从3.1 m·s^-1急剧增大至24.6 m·s^-1，近20 min内气温迅速下降了6.8 ℃，近50 min内气压上升3.6 hPa，近2 h内相对湿度从48%上升至99%，降水量为0.5 mm。由此可见，4个气象站气象要素变化最大的是风速，其次是相对湿度和气温，礼县和武都桔柑站此次强对流天气过程以阵性大风为主，西和六巷和康县安坪村站以雷雨大风为主，此次过程降温4.0~8.0 ℃，冷空气属于中等强度，同时动力条件较强，属于冷空气触发的对流活动。

图5为2022年4月19日08：00武都探空站T-ln P图。19日08：00，整层相对湿度较小，水汽条件弱，对流层中低层较干，不利于强降水的发生发展，700~500 hPa相较于其他层存在明显的干空气卷入，700 hPa以下有近似“倒喇叭”特征分布，不存在对流有效位能，下沉对流有效位能DCAPE（Downdraft Convective Available Potential Energy， DCAPE）值为451 J·kg^-1，有利于午后到夜间雷暴大风的发生发展，700 hPa与500 hPa温差19.2 ℃，850 hPa与500 hPa温差28.1 ℃，大气呈现“上冷下暖”的静力不稳定，对流层中下层温度直减率较大，气流下沉过程中温度低于环境温度，进一步增大下沉加速度，有利于雷暴大风形成。利用武都站14：00气压、温度、露点进行探空订正后对流有效位能CAPE（Convective Available Potential Energy， CAPE）值达1 009 J·kg^-1，有较高的不稳定能量（图略），08：00—20：00垂直风切变由弱转强，达22.7 m·s^-1。

图6为2022年4月19日对流云团不同发展阶段FY-4A卫星红外云图。可以看出，15：00甘肃定西、天水、陇南一带有分散性对流云团初生，初生时云团分散、面积小；16：00对流云团合并形成结构紧密的β中尺度对流云团，向东南方向移动并发展，此时对流云团发展旺盛，西和、武都交界处云顶亮温（Temperature of Brightness Blackbody，TBB）最低达212 K，影响陇南市礼县、西和、成县一带，出现雷电、阵性大风和10.0 mm以下弱降水；17：00随着对流云团进一步合并移动发展，不稳定能量达到顶峰，造成陇南市礼县、西和、成县、武都、康县一带出现雷电、阵性大风和11.0 mm以下弱降水；18：00以后对流云团逐渐消散，雷电和阵性大风范围缩小，主要集中在武都和康县，影响陇南的强对流天气过程趋于结束。此次强对流过程雷暴大风出现的主要时段在15：00—18：00，与对流云团的初生、发展、成熟阶段基本一致。

19日14：18有对流单体在陇南西北部初生、发展，随着对流单体的发展配合良好的环境条件及能量条件，在雷暴向东南移动发展过程中，出现后向传播及列车效应，雷暴单体不断加强，强回波超过55 dBZ，造成陇南东南部出现8级以上雷暴大风（图略）。此次雷暴大风过程开始阶段为大片弱回波镶嵌着孤立强雷暴单体，随着对流风暴的发展加强，孤立雷暴单体有组织化程度增强，从天水东移南下的多单体雷暴与武都地面辐合线触发的雷暴相遇后反射率因子增强，形成更强的多单体对流风暴（图略）。15：49该多单体对流风暴形成一条弓形带状回波，强回波中心强度达60 dBZ，该回波带向东南移动过程中造成天水、陇南及甘南的雷暴大风，强回波向东南移动且移动缓慢（图略），因此该强对流天气过程在甘肃南部持续时间较长，影响范围大。

不同仰角的反射率因子强回波核从低仰角到高仰角向入流一侧倾斜，存在弱回波区，强回波中心反射率因子随抬高仰角而增强（图7），随着向东南移动，配合陇南市东部的地面辐合线抬升，对流风暴增强，造成陇南东部的雷暴大风。径向速度从低仰角到高仰角逐渐减小，低层速度较大，存在速度大值区并出现速度模糊，实际径向速度为-19.5 m·s^-1（图8）。另外，结合反射率因子及径向速度综合分析，弓形回波对应低层速度大值区，从径向速度图可以看出辐散性大风是由高层辐合、低层辐散形成的，且反射率因子梯度大值区前侧有气旋性辐合。

从雷达回波发展演变来看，此次强对流天气过程自西北向东南过境陇南市，暖湿不稳定空气在地形作用下强迫抬升，当翻越地势较高的礼县和西和到达地势相对较低的武都、康县、成县后，由于地形背风坡对冷池出流有加速作用（陈双等2011；程文静等，2023；康丽莉等，2023），使得雷暴在下山时会有明显的发展增强阶段。

从前文分析可知，此次陇南市配电线路故障影响范围分布与此次强对流天气过境路径基本一致，且主要的高影响天气为雷电和大风。为进一步探讨配电线路发生故障的强对流天气阈值条件，结合陇南市配线线路发生故障的县（区）和时间，通过分析国家站和区域站逐10 min的极大风速和闪电定位数据，统计不同时段线路出现故障时极大风速及闪电电流强度的平均值，判断可能发生线路故障的极大风速及闪电电流强度的阈值。表2为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，图9为4月19日15：00—18：00陇南市极大风速、正地闪和负地闪电流强度的箱线图。可以看出，4月19日14：00—15：00，礼县境内2条35 kV线路发生跳闸故障，监测的极大风速为7.7~19.5 m·s^-1，极大风速平均值为14.4 m·s^-1，发生178次地闪，其中正地闪24次，负地闪154次，正地闪电流强度为4~192 kA，平均值为44 kA，负地闪电流强度为12~120 kA，平均值为28 kA。15：00—16：00，西和境内2条35 kV线路发生跳闸故障，监测的极大风速为10.2~20.2 m·s^-1，平均值为14.6 m·s^-1，发生358次地闪，其中正地闪70次，负地闪288次，正地闪电流强度为11~85 kA，平均值为38 kA，负地闪电流强度为10~98 kA，平均值为25 kA。16：00—17：00，武都和康县境内3条35 kV线路和3条110 kV线路发生跳闸和接地故障，监测的极大风速为9.5~24.6 m·s^-1，平均值为16.3 m·s^-1，发生542次地闪，其中正地闪86次，负地闪456次，正地闪电流强度为11~155 kA，平均值为47 kA，负地闪电流强度为4~140 kA，平均值为26 kA。17：00—18：00，武都、成县和文县境内2条35 kV线路和1条110 kV线路发生跳闸和接地故障，监测的极大风速为6.2~22.6 m·s^-1，平均值为14.5 m·s^-1，发生745次地闪，其中正地闪124次，负地闪621次，正地闪电流强度为7~130 kA，平均值为42 kA，负地闪电流强度为5~178 kA，平均值为24 kA。综上所述，依据不同时段线路出现故障时各县（区）的极大风速及闪电电流强度的平均值得出阈值条件，当极大风速超过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风险较高，对今后强对流天气电网气象预报预警服务工作有一定参考。

本文考虑强对流天气对配网线路安全的影响，对2022年4月19日午后陇南市强对流天气过程造成的13条配电线路故障事件进行总结分析，得出以下主要结论。

（1）此次强对流天气的范围大、强度强、极端性强，共出现24站次雷暴大风，由于大风舞动、避雷器击穿等原因造成陇南13条线路、703台变电出现故障，35 243户停电，故障分布与强对流天气发生时间和过境路径基本一致。

（2）此次强对流天气过程的成因有以下几方面：从大气环流形势来看，500 hPa高原槽配合700 hPa切变线为强对流天气过程提供了动力抬升条件；从地面分析来看，午后的雷暴大风天气出现在地面辐合线附近；从物理量分析来看，大气呈现“上冷下暖”的静力不稳定，下沉对流有效位能较高，垂直风切变大，利于午后到夜间雷暴大风的形成；从中小尺度系统分析来看，β中尺度对流云团自西北向东南移动，形成弓形带状回波多单体对流风暴，出现后向传播及列车效应，造成陇南东南部出现8级以上雷暴大风。

（3）强对流天气条件下，陇南市配电线路发生故障的气象条件阈值为：极大风速超过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。目前该阈值仅依据一次强对流个例得到，在今后的电力气象预报预警服务中，还需要收集更多个例以及电网持续改进情况优化阈值指标，进一步提升电网强对流天气应对能力。