沿海地區(qū)配電線路防風災措施研究

陳　曄，莫　新，胡　波，李中良，尹　姣，姜大志（.廣東電網(wǎng)有限責任公司湛江供電局，廣東　湛江　54000；.汕頭大學工學院計算機系，廣東　汕頭　5506；.廣東卓維網(wǎng)絡有限公司，廣東　佛山　5800）

沿海地區(qū)配電線路防風災措施研究

陳曄1，莫新1，胡波2，李中良3，尹姣3，姜大志2
（1.廣東電網(wǎng)有限責任公司湛江供電局，廣東湛江524000；2.汕頭大學工學院計算機系，廣東汕頭515063；3.廣東卓維網(wǎng)絡有限公司，廣東佛山528200）

配電線路運行的穩(wěn)定性直接關系到社會及國民經(jīng)濟的健康發(fā)展.但每年平均約有9個熱帶氣旋登陸我國沿海地區(qū)，對配電線路帶來極其嚴重影響.本文結合實際防風抗風工作的實踐經(jīng)驗，梳理、歸納與研究配電線路防風災的一整套措施，期望對沿海地區(qū)各級電力單位的配電線路防風災工作提供一種科學、系統(tǒng)的實施方案，同時為探索智能電網(wǎng)建設提供一條可參考的路徑.

熱帶氣旋；配電線路；防風災措施

0　引言

近些年來熱帶氣旋不僅發(fā)生的越來越頻繁，而且其等級越來越高，給整個社會和經(jīng)濟帶來嚴重的影響，對配電線路的危害也越來越大（配電線路健康運行關系到社會及國民經(jīng)濟的健康發(fā)展，但每次風災均會給配電線路帶來不同程度的影響）.因此，研究風災對配電線路的影響，制定合理、有效的措施，盡可能地降低對配電線路的危害，具有不可估量的理論與現(xiàn)實意義.

鑒于配電線路在整個國民經(jīng)濟社會中的重要性，國內(nèi)已有不少研究者開展配電線路防風災措施的研究.余文輝等人提出了一套完整的抗災型中壓配電網(wǎng)規(guī)劃方案［1］.吳長浩等人提出了一些配電線路的施工規(guī)范［2］.張飛飛在“計及風災影響的中壓配電網(wǎng)規(guī)劃方案研究”一文中，也提出了切實可行的配電線路的規(guī)范方案［3］.彭向陽等人結合南方電網(wǎng)的現(xiàn)狀，并結合廣東省近些年來臺風登陸的情況與特點，系統(tǒng)地分析了臺風造成配電設施受損的特點、成因以及提升配電線路抵御風災的措施，具有非常好的借鑒意義［4］.熊軍在“基于GIS的區(qū)域電網(wǎng)風災預警模型研究”中，建立基于GIS的區(qū)域電網(wǎng)風災評估模型，實現(xiàn)配電線路的預測、預報與預警，從而為運維人員提供決策幫助［5］.包博等人提出計及微地形的臺風風險預警方法，可以準確地辨識遭受風災影響的線路集并按風險等級進行預警，具有一定的可行性和有效性［6］.

本文結合廣東電網(wǎng)有限責任公司湛江供電局配電線路的實際情況，通過對熱帶氣旋這種自然災害的特點進行具體分析，總結其對配電線路產(chǎn)生的影響、配電線路受災的成因.更重要的是，在配電線路的設計、施工、災前檢查、災中應急預防和災后配電線路數(shù)據(jù)統(tǒng)計與更新五個階段提出科學而系統(tǒng)化的防范措施，以期有效降低因風災造成的配電線路損失.

1　熱帶氣旋

在我國的每年夏秋兩季，北半球熱帶或副熱帶洋面上海面溫度達到27攝氏度以上，大量海水被蒸發(fā)到空氣中形成低氣壓中心，而周圍的冷空氣不斷涌入下方補充空位，形成逆時針旋轉的氣旋性渦旋.如若氣溫不下降，那么氣旋性旋渦就會越來越大，最終就會形成熱帶氣旋（tropical cyclone，TC）.根據(jù)熱帶氣旋底層中心附近最大平均風速的不同，中國國家標準（GB/T19201—2006）將熱帶氣旋劃分為6個等級，具體等級標準如表1所示：

表1　熱帶氣旋名稱和等級標準

隨著地球溫室效應的不斷加劇，大氣中二氧化碳等溫室效應氣體濃度的增大，導致全球氣候變暖，使得部分地區(qū)海水表面溫度升高，這不僅導致熱帶氣旋發(fā)生的頻率增加，同時也提升了其強度.對中國沿海地區(qū)而言，風災可謂是最嚴重的自然災害.經(jīng)過歷年的氣象資料統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，在我國登陸的熱帶氣旋非常頻繁，平均每年約有9個，其中達到臺風等級的年平均約3.17個.

熱帶氣旋，尤其是是臺風及以上的氣旋到來常常伴隨著狂風巨浪、暴雨和風暴潮，會給人類的社會及國民經(jīng)濟造成嚴重的損失.僅以2014年的超強臺風“威馬遜”為例，“威馬遜”于7月18-19日在瓊粵桂三省附近沿海三次登陸，登陸時最大風力達到17級，風速達60～70 m/s.此次超強臺風為1973年以來登陸華南地區(qū)的最強臺風，臺風強度極大、波及范圍極廣，并快速地對瓊粵桂三省造成巨大破壞，據(jù)相關災后統(tǒng)計，瓊粵桂三省的59個縣市區(qū)、742.3萬人、468.5千公頃農(nóng)作物受災，直接經(jīng)濟損失約為265.5億元.鑒于此次臺風的巨大影響，“威馬遜”已被世界氣象組織臺風委員會“永久除名”，不會再給新臺風命名.

2　熱帶氣旋對配電線路的影響

熱帶氣旋會對配電線路造成嚴重影響，危害電網(wǎng)的安全運行.對于風災后的重建工作，恢復電力是優(yōu)先級最高的重要工作.還是以超強臺風“威馬遜”為例，“威馬遜”共造成廣東電網(wǎng)10 KV及以上線路跳閘3 000條次，變電站累計失壓183座，74 000多基桿塔受損，受影響供電臺區(qū)70 000多個，累計影響用戶532.7萬戶，其中湛江地區(qū)受災最為嚴重，徐聞縣供電全部中斷.針對此次臺風，中國南方電網(wǎng)公司從全網(wǎng)共調集6萬多名搶修人員、各種型號應急車近12 000多臺投入到災后搶修復電工作中.

熱帶氣旋對架空線路的破壞最為嚴重，其可能造成的破壞主要有三類，分別是：桿塔傾斜、倒塌；橫擔斷裂和脫落；導線拉斷、接地或相間短路燒斷導線等.造成的主要原因及其后果如表2所示.

表2　熱帶氣旋對架空線路造成破壞的原因及其相應后果

3　配電線路受災的內(nèi)在成因分析

近年廣東省沿海地區(qū)臺配電線路遭受風災，針對其內(nèi)在成因分析，可以概括為“臺風風力超過配電線路風荷載標準”、“部分配電線路設施陳舊，未及時改造，設計標準偏低、健康不佳”、“制造與施工質量不良”、“線路走廊樹木及高桿類植物在風災下壓線倒桿”.其詳細描述如表3所示.

表3　配電線路受災的內(nèi)在成因分析及其相關描述

4　提升配電線路防風災能力的措施

結合廣東電網(wǎng)有限責任公司湛江供電局近些年來的防風抗災的經(jīng)驗，我們認為有效提升配電線路防風災能力是一個多階段的、復雜的系統(tǒng)化工程.它的工作體現(xiàn)在包括配電線路設計階段、施工階段、災前自檢階段、災中應急預防以及災后配電線路數(shù)據(jù)統(tǒng)計與更新等5個階段.

4.1設計階段

為了提升配電線路的防風災的能力，在設計配電線路之前，有必要結合抗風要求，設計有針對性的、分等級的、差異化的防風災規(guī)劃方案.在配電線路中，由于線路與用戶分布區(qū)域廣且不均勻，為了應對風災，所有的線路按照統(tǒng)一的高標準來設計既沒有必要，也不經(jīng)濟.而且在沿海地區(qū)，熱帶氣旋登陸后隨著逐步進入內(nèi)陸，中心風速會逐漸減弱，危害程度逐漸減低.因此對于規(guī)劃方案，可根據(jù)沿海地區(qū)地理位置、地貌及其周遭環(huán)境特點，設計不同的、有等級的配電線路架空線的設計方案.實現(xiàn)差異化的規(guī)劃方案，在保證線路抗風能力的前提下，也可以有效降低配電線路的單位工程造價.

4.2施工階段

在配電線路施工階段，不僅要滿足國家標準《電氣裝置安裝工程35 kV及以下架空電力線路施工及驗收規(guī)范》（GB50173-92），針對于風災問題，要特別注意一些影響配電線路抗風能力的幾個重要因素.

1）桿塔的檔距部署要合理

在實際桿塔架線工作中，若檔距增大，則導線弧垂也將增大，當風速超過一定程度后，不僅容易造成碰線，引起相間短路而燒斷導線，也會加強導線舞動，對桿塔形成破壞力.

2）注重桿塔基礎的構建

在實際桿塔施工過程中，要根據(jù)電桿所處位置（常見的有：山地、水田、田埂、灘涂、馬路邊、水溝邊、河邊、水塘邊）以及周圍土質（常見的有：硬土、軟土、沙土、淤泥）進行桿塔基礎構建，可采用的方式有設置卡盤和底盤，以及加大埋深.

3）有效設置防風拉線

在配電線路施工過程中，大部分都采用水泥電桿來架設導線，因此在熱帶氣旋的風作用力情況下，電桿會漸漸向線路側傾斜，受力平衡會被破壞，一方面會導線弧垂慢慢增大，最后在風力的作用下產(chǎn)生碰線，引起短路并燒斷導線.另一方面會造成桿塔傾斜、倒斷桿等.因此，設置防風拉線是一種經(jīng)濟可靠的方法.

4.3災前檢查階段

1）桿塔基礎的加強與加固

在臺風季到來前檢查桿塔基礎是費時但是必要的工作.桿塔的下沉、外露以及埋深是否足夠等都是要著重關注的問題.此外，桿塔本體是否完好無損也是一個至關重要的問題，若遇到這類問題，應及時采取措施，保證桿塔的完好性、安全性.

2）增加配電線路中防風拉線密度和耐張桿塔的數(shù)量

事先對配電線路的抗風能力進行評估，以便在抗風能力薄弱的環(huán)節(jié)的電桿處增加防風拉線的密度.同時為了避免在強熱帶氣旋中，因配線線路的薄弱處導致線路大面積倒桿，需要在線路中增加耐張桿塔.

3）加強線路的巡視

對線路進行巡視，注重線路的細節(jié)，如鐵橫擔、避雷線、拉線、引線、弧垂、導線線夾、絕緣子等，注意銹蝕、裂紋、松動等問題.同時注意樹木對配電電路的影響，以免造成壓線倒桿.

4.4災中應急預防

我們認為，實現(xiàn)基于配電線路的GIS系統(tǒng)是配電線路防風災措施中的重要一環(huán).目前，基于GIS系統(tǒng)區(qū)域電網(wǎng)風災預警系統(tǒng)的設計與構建已逐步得到重視［6］.實現(xiàn)基于配電線路的GIS系統(tǒng)，實現(xiàn)電網(wǎng)狀況查詢、災害預測、應急搶修、決策指揮等應用，可為電網(wǎng)防災減災及應急指揮提供面向決策的可視化管理平臺.湛江供電局在基于電力GIS平臺基礎上，建立區(qū)域電網(wǎng)風災評估模型，實現(xiàn)極端風場分布的預測預報，并對受其影響的線路桿塔分等級預警，以提醒相關運行人員供其決策處置.區(qū)域電網(wǎng)風災評估模型的主要功能包括：

1）建設風速風向在線監(jiān)測，實現(xiàn)風速風向信息在GIS系統(tǒng)中的實時顯示.

2）收集現(xiàn)有線路防風能力現(xiàn)狀基本信息，建立線路防風能力分析模型，快速計算分析線路防風能力，指導線路抗風加固工作，提升沿海地區(qū)線路的抗風能力.

3）利用線路防風能力分析結果，通過配電線路防風能力等級的展示，結合臺風風速、路徑進行線路受損情況的預測分析，實現(xiàn)配電線路的抗風能力評估和受損情況估算.并在GIS系統(tǒng)實現(xiàn)預測受損點的分布情況顯示，提前做好薄弱點的針對性的風前檢查，以及風后搶修物資、搶修隊伍的有效準備和合理安排.

4.5災后配電線路數(shù)據(jù)統(tǒng)計與更新

災后配電線路數(shù)據(jù)統(tǒng)計與數(shù)據(jù)更新工作是電力系統(tǒng)防風災工作極其重要的一環(huán)，但往往被人忽視.并不是把受損數(shù)據(jù)統(tǒng)計上報就結束工作.在基于配電線路的GIS系統(tǒng)中，統(tǒng)計工作是為了有效地實現(xiàn)系統(tǒng)的修正.因此應該實現(xiàn)臺風歷史數(shù)據(jù)存檔，有效記錄歷次臺風實際路徑與風速等信息，并根據(jù)預測分析受損與實際受損，進行對比分析與數(shù)據(jù)挖掘，從而有效修正配電線路防風能力分析模型，形成自組織、自適應、自學習的智能系統(tǒng)，從而更好地指導今后的配電線路防風加固與應急預防工作.此外由于配電線路的更新與調整，這些結果應該及時地錄入到GIS系統(tǒng)中，避免日積月累形成“臟”數(shù)據(jù)，給數(shù)據(jù)分析與挖掘帶來干擾.

5　結語

近年來，隨著人民生活水平的飛速提高，社會對供電可靠性的要求也越來越高，而熱帶氣旋作為沿海地區(qū)最常見的自然災害，其發(fā)生導致電網(wǎng)大量線路跳閘或停運，特別是對中、低壓配電設施造成重大影響，造成配電線路大面積倒桿、斷桿、斷線及其他設備受損，對供電可靠性和電網(wǎng)安全構成重大威脅.本文通過文獻分析與整理，以及在實際抗風工作的實踐與經(jīng)驗，梳理、歸納與研究配電線路防風災的有效措施，結合廣東電網(wǎng)有限責任公司湛江供電局近些年來的防風抗災的經(jīng)驗，設計多階段的、復雜的系統(tǒng)化措施提升配電線路防風災能力.這套復雜的系統(tǒng)工程主要包括：配電線路設計、配電線路施工、配電線路災前自檢階段、配電線路災中應急預防以及災后配電線路數(shù)據(jù)統(tǒng)計與更新共5個階段工作.下一步工作將結合這5個階段的工作，建立配電線路防風災標準，期望對沿海地區(qū)各級電力單位的配電線路防風災工作提供一種科學、系統(tǒng)的實施方案，同時為探索智能電網(wǎng)建設提供一條可參考的路徑.

［1］余文輝，陶青松，劉念，等.茂名市配電網(wǎng)抗災規(guī)劃研究［J］.現(xiàn)代電力，2012，29（4）：56-61.

［2］張勇.臺風對電網(wǎng)運行影響及應對措施［J］.華東電力，2006，34（3）：28-31.

［3］吳長浩.增強配電網(wǎng)抗“臺風”能力的幾點建議［J］.電力安全技術，2013，15（6）：47-48.

［4］張飛飛，劉念，肖銳，等.計及風災影響的中壓配電網(wǎng)規(guī)劃方案研究［J］.華東電力，2012，40（7）：1178-1181.

［5］周中秋.臺風對配電網(wǎng)的影響和防御對策［J］.廣東電力，2009，22（5）：29-31.

［6］熊軍.基于GIS的區(qū)域電網(wǎng)風災預警模型研究［J］.華東電力，2011，39（8）：1248-1252.

［7］彭向陽.配電線路臺風受損原因及風災防御措施分析［J］.南方電網(wǎng)技術，2010，4（1）：99-102.

［8］包博，程韌俐，熊小伏，等.一種計及微地形修正的輸電線臺風風險預警方法［J］.電力系統(tǒng)保護與控制，2014，42（14）：79-86.

Research of TC Disaster Prevention Measures for Distribution Line in Coastal Area

CHEN Ye1，MO Xin1，HU Bo2，LI Zhongliang3，YIN Jiao3，JIANG Dazhi2
（1.ZhanjiangPower SupplyBureau of GuangdongPower Grid Co.，Ltd.，Zhanjiang524000，Guangdong，China；2.Department of Computer Science，Shantou University，Shantou 513063，Guangdong，China；3.Department of EngineeringTechnology，GuangdongTopwayCo.，Ltd.Foshan 528200，Guangdong，China）

The stability of distribution line is directly related to the healthy development of the society and the national economy.However，about 9 tropical cyclones（TC）land in the coastal areas of China every year，which will produce the extremely serious impact on distribution line. In this paper，according to the practical experience of TC disaster prevention，a set of measures is carded，inducted and researched for distribution line.It is expected that this study may provide a scientific and systematic implementation plan for electrical traction system unit at all levels，but also offer a reference to the construction of smart grid.

tropical cyclone；distribution line；disaster prevention measure

A

1001-4217（2016）02-0066-06

2015-09-22

陳曄（1968—），男，湖北羅田人，高級工程師.研究方向：智能電網(wǎng).

莫新（1973—），男，廣東雷州人，高級工程師.研究方向：智能電網(wǎng).E-mail：zjmoxin@139.com

姜大志（1982—），男，江蘇南京人，博士，副教授.研究方向：智能計算.E-mail：dzjiang@stu.edu.cn

中國南方電網(wǎng)有限責任公司科技項目（K-GD2014-080）；國家自然科學基金資助項目（61502291）

廣東省高等學校優(yōu)秀青年教師培養(yǎng)計劃項目（YQ2015070）；廣東省普通高校特色創(chuàng)新項目（自然科學類）（2015KTSCX039）；廣東省教育科學研究教育科研項目（2015GXJK037）