輸電線路山火防治技術(shù)及其在湖南電網(wǎng)的應用

吳傳平，陸佳政，劉毓，楊莉

(國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學研究院，湖南 長沙410007)

近年來，受人民生活習俗(如掃墓、燒荒、燒秸稈等)和當時天氣(如連續(xù)干旱少雨)影響，國內(nèi)南方地區(qū)森林火災頻發(fā)。而輸電線路經(jīng)常跨越山火易發(fā)地段，若山火發(fā)生在輸電線路附近，山火產(chǎn)生的污穢或引起的空氣放電將導致輸電線路跳閘，嚴重影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行〔1〕。2005年至2010年，湖南電網(wǎng)220 kV 線路共發(fā)生34 起山火跳閘事故。2009年2月中旬，湖南電網(wǎng)發(fā)生500 kV線路跳閘3 次，均為山火造成;220 kV 輸電線路跳閘14 次，其中山火造成的跳閘為9 次。山火已成為湖南電網(wǎng)除冰凍和雷擊外造成線路跳閘次數(shù)最多的災害〔2〕。

本文提出輸電線路山火防治技術(shù)體系，涵蓋輸電線路山火預測技術(shù)、監(jiān)測技術(shù)與應急處置技術(shù)。研制的山火監(jiān)測系統(tǒng)和山火防治裝備在湖南電網(wǎng)成功應用，應用效果良好。

1 輸電線路山火防治技術(shù)體系的構(gòu)建

山火預測、監(jiān)測和應急處置全方位的輸電線路山火防治體系如圖1 所示。防治技術(shù)體系由輸電線路山火預測技術(shù)、監(jiān)測技術(shù)和應急處置技術(shù)三部分組成。山火預測技術(shù)提前預測出未來3 天或7 天山火發(fā)生情況，相關(guān)運維單位可提前在山火重點區(qū)域做好防山火措施;通過山火監(jiān)測技術(shù)可監(jiān)測到輸電線路附近的山火并定位火點，發(fā)出告警信息，運維單位人員可立即趕赴山火現(xiàn)場，確定火點位置和火勢情況;利用山火應急處置技術(shù)可對初發(fā)小范圍山火進行撲救滅火，避免山火蔓延擴大，危及線路運行，對于超出撲救能力的大范圍山火，可及時改變線路運行方式，確保電網(wǎng)運行穩(wěn)定。

圖1 輸電線路山火防治技術(shù)體系結(jié)構(gòu)圖

2 輸電線路山火預測技術(shù)

通過總結(jié)湖南歷史山火發(fā)生的規(guī)律，提出了湖南省輸電線路山火預報的“四要素預報方法”，即通過判斷如下4 個因子進行預報:

1)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活因素。湖南省山火發(fā)生時間段主要集中在春節(jié)、春耕、清明、中元(農(nóng)歷七月十五)、秋收、秋后燒荒6 個時間段。因此，在此6 個時間段應重點防范，尤其是2月份、3月份。

2)氣象因素。山火發(fā)生同當時的溫度、濕度、風速等氣象因素有密切關(guān)系。發(fā)生山火時，湖南省的氣象條件一般呈現(xiàn)出溫度高、濕度較小的特點，一般在14 時的濕度低于30%，氣溫高于15℃。具體應結(jié)合山火發(fā)生與氣象條件的影響規(guī)律，根據(jù)各地區(qū)山火發(fā)生的典型氣象因素閾值，開展各地區(qū)的山火預報。

3)衛(wèi)星熱點監(jiān)測結(jié)果。通過分析衛(wèi)星紅外遙感數(shù)據(jù)知，當湖南省內(nèi)衛(wèi)星熱點總數(shù)已經(jīng)達50 個以上時，在合適的氣象條件下，未來發(fā)生電網(wǎng)大面積山火的可能性非常大。

4)地形因素。植被覆蓋豐富區(qū)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)密集區(qū)、墳場集中地等地形的山火發(fā)生概率大。

當滿足上述4 個條件時，山火對電網(wǎng)的威脅急劇增大，需要加強戒備。

3 輸電線路山火監(jiān)測監(jiān)測技術(shù)

基于衛(wèi)星紅外數(shù)據(jù)〔3〕，開發(fā)了輸電線路山火監(jiān)測系統(tǒng)，原理結(jié)構(gòu)如圖2 所示。該系統(tǒng)由衛(wèi)星接收裝置、前端接收服務(wù)器、后端應用服務(wù)器和山火預警服務(wù)器組成。衛(wèi)星通過紅外遙感傳感器獲取地面溫度數(shù)據(jù)，發(fā)送給地面衛(wèi)星接收裝置。衛(wèi)星接收裝置將數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，進行圖片預處理，再將圖片傳輸給后端火點判識與預警服務(wù)器，進行火點的判識與線路告警計算。最后將監(jiān)測與預警信息發(fā)布給輸電線路運行維護單位，進行山火應急處置。

圖2 輸電線路山火監(jiān)測系統(tǒng)原理圖

通過衛(wèi)星數(shù)據(jù)判別出火點后，將火點經(jīng)緯度與輸電線路桿塔位置進行距離計算，判別是否形成山火告警，若有告警，則將告警信息通過信息發(fā)布平臺及時告知運維單位。線路告警判別模型為(d為火點與桿塔距離):

4 輸電線路山火應急處置技術(shù)

長期以來，因缺乏有效的山火應急處置裝備和技術(shù)，輸電線路在遭遇山火時，即使運維人員在現(xiàn)場值守，仍無法阻止山火燒至線路致使跳閘。為了提高輸電線路運維人員處理山火的能力，研發(fā)了適用于輸電線路山火滅火的滅火液和高壓細水霧滅火裝備，可對輸電線路初發(fā)小范圍山火進行滅火，防治山火擴大。

滅火液工作原理如圖3 所示。滅火液遇熱分解產(chǎn)生大量的氨氣、二氧化碳和水蒸氣，帶走大量的熱量并隔絕空氣，迅速降溫，并在燃燒物表面形成致密鹽層，提高燃點，從根本上阻止復燃，能滿足輸電線路山火迅速降溫和防復燃的要求。

便攜式高壓細水霧滅火器則利用高壓水泵將滅火液和水的混合液通過細水霧噴頭后產(chǎn)生的細小霧滴進行滅火，霧滴平均直徑小于Φ1 mm，表面積大和空間分布密度高，遇火焰高溫后迅速汽化膨脹，使保護區(qū)的氧濃度大為降低，通過吸收大量熱量，具有很強的汽化降溫作用，達到迅速滅火的目的，且耗水量低，同時配合降溫防復燃滅火液，可以成倍提高滅火效果，防止復燃。

圖3 滅火液工作原理示意圖

5 應用效果

2013年3月上旬，湖南地區(qū)氣溫迅速攀升至20 ℃以上，受前期連續(xù)陰雨天氣影響，春耕燒荒活動集中在此時間進行。

3月3日，利用輸電線路山火預測方法，提前發(fā)布了“全省天氣晴好，氣溫較高，春耕生產(chǎn)即將開始，全省輸電線路將發(fā)生較大范圍山火”的中期預報。3月4日及時發(fā)布了“山火藍色告警”(火點數(shù)50—100 個)的短期預報，3月5—7日均發(fā)布了“山火黃色告警”(火點數(shù)100—300 個)的短期預報，并指出了湘中及以南地區(qū)為重點關(guān)注地區(qū)。預報結(jié)論與實際山火發(fā)生情況非常吻合，有力指導了湖南電網(wǎng)線路運維人員開展防山火工作。

2013年3月4—9日，通過輸電線路山火監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到湖南省山火火點總數(shù)達874 個，一級告警火點65 個，其中56 處一級告警火點均經(jīng)現(xiàn)場人員查勘得到證實。該系統(tǒng)為現(xiàn)場運行維護人員準確、快速發(fā)現(xiàn)線路山火提供了重要手段。3月6日監(jiān)測系統(tǒng)畫面如圖4 所示。

2013年3月至8月，利用高效滅火液和高壓細水霧滅火裝備，累計撲滅了40 余起嚴重威脅輸電線路安全的山火，有效地保證了耒煙線、耒真線等輸電線路的安全穩(wěn)定運行。

應用結(jié)果表明，輸電線路山火防治技術(shù)能有效提高輸電線路抵御山火災害的能力，提高輸電線路運行的安全可靠性。

6 結(jié)束語

文中提出了輸電線路山火預測、監(jiān)測與應急處置于一體的輸電線路山火防治技術(shù)體系，并介紹了山火預測技術(shù)、山火監(jiān)測技術(shù)和山火應急處置技術(shù)的內(nèi)涵，研發(fā)了相應的系統(tǒng)和裝備，成功進行了整體技術(shù)的應用。應用結(jié)果表明，輸電線路山火防治技術(shù)能有效提高輸電線路抵御山火災害能力，提高線路運行安全性和可靠性。

〔1〕胡湘，陸佳政，曾祥君，等． 輸電線路山火跳閘原因分析及其防治措施探討〔J〕． 電力科學與技術(shù)學報． 2010，25(2):73-78．

〔2〕王正綱，李寧，張明敏． 山火對湖南電網(wǎng)運行影響及應對措施〔J〕． 湖南電力，2012，32(1):33-35．

〔3〕楊珊榮，李虎，余濤，等． 基于MODIS 的秸稈焚燒火點識別原理及算法IDL 實現(xiàn)〔J〕． 遙感應用． 2009(2):91-97．