电线积冰的形成条件及物理过程，包括气象条件、气流动力学、液滴运动轨迹以及热力学过程。

通过外场观测、室内实验和数值模拟研究的不断开展，揭示出电线积冰质量增长过程决定于云降水粒子谱分布、碰撞效率、黏性率 、冻结率 、碰撞速度和角度等微物理参数，这 些参数又受控于降水率、云雾含水量、温度、湿度、风向 、风速等宏观气象条件。通过数值模式已可进行电线积冰量和积冰持续时间的定量研究和预测，进而在开发垂冰模式和形态模式等方面也取得了新的进展 。

电线积冰按形成过程

将电线积冰按形成过程分为两类：降水积冰和云雾积冰。

（1）降水积冰

降水产生的积冰包括雨淞湿雪和干雪引起的积冰，主要取决于近地面及地面以上几百米大气的温度层结。当环境温度在-10~0℃之间时，过冷却雨滴或毛毛雨滴碰冻在温度低于0℃的物体上形成雨淞，呈透明玻璃状或半透明毛玻璃状，坚硬光滑，密度很大干雪引起的积冰密度小，通常不超过0.1g.cm-3，对输电线路不会造成严重的影响。雪花下落经过近地面温度稍高于0℃的气层 时，会部分融化形成湿雪湿雪的粘附力大于干雪，形成的积冰密度较大，严重时可对输电线路造成一定危害。

（2）云雾积冰

指处在过冷却状态下的云滴 、雾滴碰到地面物体上发生冻结形成半透明毛玻璃状 、密度较大的积冰。雾淞多 出现在山地或者稳定逆温层下形成的过冷却雾中。根据云雾中的液水含量 云雾滴谱分布 温度和风速的不同，可形成软雾淞或硬雾淞，前者密度小于后者。硬雾淞形成时的温度一般在-10~0℃之间，软雾淞在-20~0℃之间。一般来说 ，液滴直径小、温度低，同时周围气温也较低 , 以致水滴冻结释放 的潜热能较快传出，易形成雾淞；反之，则易形成雨淞 。

电线积冰按微物理机制

根据积冰形成的微物理机制，电线积冰增长过程可分为干增长和湿增长 。这种分类有助于分析电线积冰的形成机理及形成过程中的热平衡及热传递。雾淞和干雪积冰是干增长过程的产物，雨淞和湿雪积冰是湿增长过程的产物，而混合淞则是雨淞、雾淞交替增长的结果。

总的来说，积冰类型主要由空气温度风速水成物粒子的大小液水含量和降雨强度等因素决定。

电线积冰研究历史

自20世纪50年代以来，世界各国的学者在电线积冰领域积累了丰富的资料，取得了有意义的成果。为了加速积冰研究成果、经验的交流，美国电力科学研究院(EPRI))、低温地带工程与研究实验室(CRREI，)和加拿大魁北克水电公司于1982年组织召开了大气结冰研讨会(IWAIS，International Workshop on Atmospheric Icing of Structures)，以后每隔2~4年在世界各地轮流召开。最近的第十三届IWAIS会议于2009年9月在瑞士与欧洲科学技术合作组织(European Cooperation in Science and Technology)联合举办，会议讨论了欧洲的大气结冰研究进展。

电线积冰重要性

据武汉电力设计院的研究，华中某输电线路若按冰厚lOmm设计(导线溶冰，按冰厚15ram验算)；每百公里投资63万元；若按冰厚15mm设计(不溶冰，按冰厚35mm验算)，每百公里需投资102万元。因此准确预报电线积冰，不但对指导输电线路上的冰冻灾害防治具有重要意义，也能够根据气候资料对电线积冰进行风险区划，为输电线路走向提供合理的方案，使输电线路设计更为合理，既节省开支又能够提供充足的保障。

从积冰架上的导线开始形成积冰起，至积冰消失止，称为一次积冰过程。一次积冰过程，一般可以包括积冰的发展、保持、崩塌或消融几个阶段。这几个阶段可能顺次出现，也可能反复交错出现，时间长短不一。往往积冰在总的增长过程中，会夹杂出现一些较小的崩塌现象。有电线积冰观测任务的气象站，须视机测定每一次积冰过程的最大直径和厚度，以毫米（mm）为单位，取整数。

当所测的直径达到以下数值时，尚须测定一次积冰最大重量，以克/米（g/m）为单位，取整数：单纯的雾淞 38mm；雨淞、湿雪冻结物或包括雾淞在内的混合积冰31mm。电线积冰观测，应在电线积冰架上进行。

影响电线积冰的因素众多，主要有：气象条件(包括风向风速、气温、气压、相对湿度)、地形及地理条件(包括迎风坡背风坡、山谷口、海拔高度等)、电线特征(包括电线距地高度、电线直径、电线扭转性能、电场强度等)、微物理特征(包括水滴直径、含水量)等 。

近10年来，电线积冰理论和数值模式得到了全面发展，已能够较为准确地再现和预报积冰宏微观物理过程，但在以下方面还有待进行更为深人的研究：

电线积冰外场观测试验

观测事实是理论和模式发展的基础，随着仪器设备和观测技术的发展，积冰过程和气象状况的观测内容不断丰富，精度不断提高。例如，高时间分辨率的积冰要素、云雾降水粒子尺度谱分布及落速、局地微气象参数等均 已能实现在线观测。开展经过精心设计的外场观测试验有助于进一步深人揭示 电线积 冰物理机制，为数值模式改进提供理论基础。同时，包含详细 复杂物理过程的数值模式的性能也是常规观测资料无法充分验证的，需要开展具有针对性的同时包含宏微观物理参数的观测试验支持。此外，地面气象观测针对通讯线路保障积累了大量历史积冰观测资料，如何将 其应用到电力系统保障，以及针对输 电线路安全如何进行积冰观测方案改进等问题也需要解决。

电线积冰积冰物理机制

（1）碰撞效率直接决定于云雾降水粒子的尺度，目前常用的碰撞效率经验公式是在缺少粒子尺度谱分布条件下获得的，在低碰撞效率时偏低，对较大积冰体和长时间积 冰会产生严重偏差。此外，当积冰体形状不规则时(如绝缘子)，电线周围的局部流场复杂，液滴轨迹与积冰表面的角度差异很大，其对碰撞效率 的影响也有待确定。

（2）湿雪的黏性率通常根据风速确定，甚至在一些物理过程较为全面的数值模式中也是如此。但是，温度、湿度、雪粒子谱分布及 由此决定的降雪强度等因素在很大程度上制约着勃性率的大小，下落雪花的热平衡处理方 法有助于该问题的解决。同时，在一定相对速度和粒子尺度条件下，过冷却水滴和雪花与电线碰撞时可能发生破碎现象，其对豁性率的影响需要进一步讨论。

（3）虽然雨淞的形成理论 比较成熟，但缺少复杂积冰表面粗糙度面的研究，造成热传递过程定量计算的困难。对此需要在研究中加强积冰热力学与微动力学的有机结合。

电线积冰积冰微气象条件

利用理论模式预测积冰量时存在的最主要问题之一，是缺乏准确的积冰微气象条件。如过冷却液滴中值体积直径和液水含量对雨淞模拟影响较小，但是严重影响雾淞发展过程，这两者及更为基本的粒子尺度谱分布均不属于常规观测 内容 又如 对 积 冰过 程 开 始 结束 的确 定 需 要借助准确的气温和云高等常规资料，但在一些地形复杂的偏远地获取这些数据还相当困难。

电线积冰积冰数值模拟

目前将高分辨云降水模式与积冰模式的耦合已成为一种趋势，但还需要提高模式对云雾降水粒子谱分布、含水量和冻雨发生条件预测的准确性 。另外，形态模式还处于起步阶段，为了建立能够反映自然过程的积冰形态演变控制方程，严密的支撑理论还需要进一步发展 。

电线积冰观测应在电线积冰架上进行。

电线积冰电线积冰架

电线积冰架一般由两组支架组成，一组成南北向，一组成东西向，两组之间距离以互不影响、方便操作为宜。每一组支架，包括两根支柱和两根导线。支柱采用50mm×50mm×5mm规格的角钢，采用直径约4mm(又称8号)、长100cm铁(钢)丝作为导线，两端在距端点5cm处弯成直角。两根导线分别水平横挂在支柱的上下绊钉上，上绊钉拧在支柱上部的一侧，下绊钉拧在支柱下部的相反一侧，导线两端须能自由地插入绊钉孔中并容易取出，但在插入绊钉孔后，导线应不产生移动或滚动。

在积冰比较严重地区，可以增设一组或多组支架。

电线积冰观测辅助工具

⑴ 合页箱：用以截取导线上的积冰物。它是一个25cm长，两端封闭的金属圆筒，筒分开上下两半，一边用合页连接。筒的直径，一般有15cm和25cm两种。每种规格的合页箱应各配两个，一个供东西向导线用，另一个供南北向导线用。为避免记录发生混淆，箱外应标明方向，定向专用。

冰严重地区，配有25cm直径合页箱还不敷使用的气象站，可以再配置直径为40cm的合页箱两个。

电线积冰积冰过程的观测

⑴ 进入积冰季节，应注意积冰架导线上有无积冰形成。当积冰开始形成时，要在观测簿当日的电线积冰“记事”栏，分方向记载冻结现象符号和开始时间；积冰完全消失，应记下终止时间。冻结现象为雾凇者，记∨符号；为雨凇或湿雪冻结物者，均记"para" label-module="para">

⑵ 开始积冰后，应注意观察“第一对”导线上积冰的变化。为便于观察，可在这一对导线的一端随时清除掉一小段冰层，视这段光裸导线有否冰层形成，来判别它的变化状况。当积冰积聚相当数量，结合天气条件估计已达本次积冰的最大程度，如果再保持下去有可能发生大崩塌的情况时，即应在“第一对”导线上进行该次积冰最大直径、厚度的测量。当直径达到规定标准时，还应测量最大重量。记录分别填入相应栏。

积冰的形成和变化是复杂的，有时会出现一个方向导线上有积冰，另一个方向上没有；或两者起止时间早迟不一；或一个方向达到测重标准，另一个方向末达到测重标准等等。遇到这类情况，对两个方向的积冰应分别按测量规定照实记载。

在积冰严重，一次积冰过程持续日子较长的情况下，要做到一次测量即能获得本次过程的最大值是困难的。很可能在第一次测量后，积冰并未发生大崩塌，或在崩塌之后(未崩塌完)又开始了新的增长。此时，须在“第二对”导线上对冰层状况继续观察，方法同“第一对”导线。当“第二对”导线积冰直径、厚度已超过“第一对”的测量值时，须作出判断，选择适当时机再在“第二对”导线上进行测定。该次测量的各项数值，也应记入观测簿中有关栏。

若一天内进行了两次测量(不论是一次积冰过程还是两次积冰过程)，应将第二次记录按照电线积冰栏的格式记入该日备注栏。

若第二次测定仍未达到要求，则应继续对“第三对”导线上的冰层进行观察和测定，具体要求同“第二对”导线的使用。“第四对”导线的使用法同此。

⑶ 当积冰增长至本次过程的最大程度时，在随之而来的崩塌之前，是进行积冰最大直径、厚度和重量测定的时机。这个时机可在观察的基础上，结合天气条件和实践经验来具体判断。某次若因估计不足等原因，造成在积冰发生较大崩塌前未能测定最大直径、厚度和重量时，可在发现崩塌时，立即进行测定。

⑷ 每次测定积冰重量之后，随即还应观测气温和风向风速(2分钟平均)一次，记录在观测簿当天“南北”向的相应栏中。若遇上只测定积冰直径、厚度而不测定重量的情况时，此项观测应在测定厚度之后进行。若两个方向导线上的积冰不是一次相继测定的，则在每一个方向积冰测定后，都须观测气温和风向风速，并区别方向填入观测簿。

电线积冰测量方法

（1）积冰直径和厚度的测量

测积冰直径是指垂直于导线的切面上冰层积结的最大数值线，导线直径包括在内；积冰厚度是指在导线切面上垂直于积冰直径方向上冰层积结的最大数值线，厚度一般小于直径，最多与直径相等。

测定时，先把外卡钳两脚尖张开，对着冰层选定的部位，再慢慢收拢到脚尖刚好挨着冰层，使两脚尖之间的距离相当于冰层的直径。然后把卡钳放在米尺上，读取两脚尖的距离， 定时，先把外卡钳两脚尖张开，对着冰层选定的部位，再慢慢收拢到脚尖刚好挨着冰层，使两脚尖之间的距离相当于冰层的直径。然后把卡钳放在米尺上，读取两脚尖的距离， 准确到1mm。随即再依此法测量冰层的厚度。测量时应小心，不要触落冰层。 冰层的表面往往不很整齐，因此导线上各点的冰层切面不完全相同，测量时应区别对待。一般情况下，应在导线的中央部分测量。当冰层上有较大的降突部分，但隆突部分数量很少，分布稀疏，测量时可不予考虑，而按多数冰层的切面测定；若隆突部数量较多，分布较密，测量时应按隆突的大小适当地加以平均。

（2）积冰重量的测量

积冰重量是指1m长导线上冰层的重量。

测量松脆冰层(例如雾淞)的重量时，应先把张开的合页箱的下半部分，从选定的冰层下方伸过去，让导线能嵌入合页箱横壁上适当的缺口位置，再将合页箱上半部分合拢扣上，导线上的冰层就有25cm长的一段进入箱内，让合页箱连同冰层暂时挂在导线上。然后，用刮刀、喷灯等着手除去导线两端绊钉上的冰层，再用两手握住导线两端，把导线连同挂在上面的合页箱一起水平地取下来。假使冰层很坚硬(如雨淞)，则应在套上合页箱之前，用锯在选定的冰层上锯两个切口。切口彼此距离25cm。每个切口应分别向导线端点方向适当扩大(可用钳子将冰夹碎)，使合页箱能在导线上扣合，并恰好将25cm长的完整冰段扣在箱内。把导线连同合页箱从积冰架上水平地取下来，随即把备份导线挂到积冰架上。然后将合页箱带回室内，待冰层融化后，取出导线，把水注入毫升量杯，量得的数值就是25cm长的冰层重量值(g)。再将此值乘以4，即得一米长导线的冰层重量。若有台秤，也可将带回室内的合页箱直接称量，然后扣除合页箱和导线的重量(应事先称好，并标明重量值)，即得25cm长冰层段的重量；再将此值乘以4，便是1m长导线上的冰层重量。

积冰严重的地区，每当取下导线十分困难，或积冰直径已超过所具备的合页箱直径时，在测定积冰时也可改为只取冰层，不取走导线的做法。其方法是：将合页箱张开置于选定的冰层下方，用锯、刮刀、钳子仔细地直接取下25cm长的冰层，再将盛冰的合页箱带回进行称量。取冰时应小心操作，不要散失应取下的积冰。事后，应随即刮去这根导线上多余的冰层。

如果由于某种原因，从导线上测定的完整冰层段的长度不足25cm时，则应按下式换算成一米长导线上的冰层重量。

电线积冰注意事项

⑴ 每年非积冰季节，应将绊钉、导线和合页箱等金属器械、工具擦干净，适当涂油，防止锈蚀。在积冰季节临近前，再把积冰架等各项用具检查擦拭一次，并安装好导线。

⑵ 为防止积冰时导线在绊钉孔中冻住，可事先在绊钉孔内外和导线两端的插入段上，涂上一些油脂(用机械油和凡士林油等量混合配制)。但要注意切勿把油脂沾到导线的水平段上，以免影响积冰的形成。

⑶ 在积冰过程中，为了勿使支柱上的积冰影响导线上积冰的发展与变化，可视具体情况，适当刮除附着在支柱上的积冰物。

目前对电线积冰的研究一般来说有三种方法：

一是基于实地观测数据的统计分析，建立积冰概率分布图，研究电线积冰的气象特征和微物理特征，并检验积冰模式效果；

二是模拟实验，建立模拟线路，分析各种气象因素以及电线参数对电线积冰的影响，研究电线积冰的物理过程，得到理论公式；

三是数学模型，根据流体力学和热力学原理，建立电线积冰微物理模型，预报电线积冰的厚度和重量，如Makkonen模式和Fu模式。

电线积冰是一种气象灾害 ，严重影响了电力系统的正常运行。积冰可导致电线的舞动杆塔倾斜 倒塌、断线、绝缘子闪络、通讯不畅、停电断水，给人民的生产生活带来了巨大不便，并给社会经济造成严重损失。

1961年4月挪威测得至今为止记录到的最大积冰量，每米电线上的冰重达305 kg，最大等效直径达1.4 m；

1998年加拿大魁北克的冰灾, 使900km的输 电线路遭到破坏，1000 多基线塔倒塌，这次冰灾无论持续时间还是危害程度上都是史无前例的；

2008 年1-2月中国也出现了历史罕见的冰冻天气，13个省电力系统运行受到影响，最严重地区电网近乎瘫痪，造成的间接经济损失难以估计；

除此之外，日本、美国 、英国 、冰岛、瑞士等地都曾发生过严重冰雪灾害，我国的云南、贵州、四川、江西，青海、湖南、湖北、陕西、河南、山东等省积冰也十分频繁，比较严重的是云南、贵州、四川、湖北西部的山区。