臺州臨海電網(wǎng)暴雨風(fēng)險評估模型研究

沈一平++王昕++徐碩++周嘯宇

摘 要：針對臺州自然災(zāi)害頻發(fā)，臺風(fēng)暴雨洪澇災(zāi)害威脅電網(wǎng)安全的問題，該文提出了針對電網(wǎng)的暴雨風(fēng)險評估模型并結(jié)合城市相關(guān)特點(diǎn)，探討了相關(guān)技術(shù)路線，給出了暴雨風(fēng)險評估模型的構(gòu)建過程，相信對從事相關(guān)工作的同行能有所裨益。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng) 暴雨 風(fēng)險評估 模型

中圖分類號：P33 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）12（c）-0075-02

臺州有著特殊的地理位置，地處東南沿海，是自然災(zāi)害頻發(fā)的地區(qū)，歷年臺風(fēng)登陸地很多集中在此地。臺風(fēng)暴雨洪澇災(zāi)害每年都嚴(yán)重威脅著臺州電網(wǎng)的運(yùn)行安全，并造成不同程度的損害。暴雨洪澇對電網(wǎng)的影響一方面來自于風(fēng)力帶來的破壞，如面向?？谔幒团_風(fēng)登陸前進(jìn)方向的高山風(fēng)口處的桿塔，因受到超過設(shè)計風(fēng)速的強(qiáng)臺風(fēng)襲擊，造成倒桿、折彎，引起線路跳閘；變電站內(nèi)主變壓器引下線受臺風(fēng)影響引起風(fēng)偏放電，造成主變壓器跳閘。另一個方面來自于臺風(fēng)登陸后經(jīng)常帶來的強(qiáng)降雨，雨水沖刷線路桿塔基礎(chǔ)，引起桿塔傾斜甚至倒塌，洪水、泥石流對變電站、配電室特別是地下開閉所帶來嚴(yán)重影響，造成二次設(shè)備如端子箱、直流系統(tǒng)進(jìn)水，引起繼電保護(hù)裝置不能正常工作或誤動、拒動，甚至整個變電站停運(yùn)。

暴雨侵害變電站電氣設(shè)備絕緣，致使設(shè)備運(yùn)行異?；蚬收稀?qiáng)風(fēng)時的暴雨往往雨量大而急、方向偏，有時會發(fā)生局部龍卷風(fēng)雨，對變電站電氣設(shè)備的防雨密封構(gòu)成較大威脅。尤其是高壓開關(guān)室的屋頂、繼電保護(hù)室的門窗、戶外斷路器、隔離開關(guān)的機(jī)構(gòu)箱、端子箱等，這些重要部位發(fā)生滲漏雨，就可能造成高壓設(shè)備外部絕緣閃絡(luò)放電，或造成二次控制回路接地、短路故障，甚至導(dǎo)致保護(hù)及開關(guān)誤動跳閘。處于防洪標(biāo)準(zhǔn)較低地域的變電站還可能遭受洪災(zāi)、泥石流的嚴(yán)重威脅，處于城市內(nèi)澇嚴(yán)重地段的變電站有水淹變電站的危險。

現(xiàn)有電網(wǎng)系統(tǒng)對暴雨災(zāi)害缺乏有效的檢測手段，不能有效預(yù)報災(zāi)害的發(fā)生，不能及時監(jiān)控災(zāi)情。指揮人員無法判斷暴雨災(zāi)害的發(fā)展趨勢及風(fēng)險，無法掌握暴雨對電網(wǎng)設(shè)施引起的風(fēng)險情況，無法得到相關(guān)的決策所需信息，這給電力系統(tǒng)的防災(zāi)減災(zāi)工作帶來了很多困難。因此，急需建立一個較為完善的防范預(yù)警系統(tǒng)，了解臺風(fēng)及暴雨洪澇的動態(tài)，能夠預(yù)測暴雨趨勢并顯示實(shí)際雨量及預(yù)警信息，及時了解暴雨洪澇可能對電網(wǎng)設(shè)備帶來的影響，及時做出部署，事后能根據(jù)災(zāi)害情況，對災(zāi)害對電網(wǎng)損害情況進(jìn)行評估，保證當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的安全運(yùn)行。

1 資料收集

（1）災(zāi)情資料：臺州臨海自有記錄以來的暴雨電網(wǎng)災(zāi)害數(shù)據(jù)，多災(zāi)并重時，選取影響最大的災(zāi)害。并統(tǒng)計以街區(qū)為單元的電力災(zāi)情頻次。（2）暴雨資料：臺州市范圍內(nèi)氣象站（常規(guī)站、自動站）、電力氣象監(jiān)測站自有記錄以來的逐日降水量統(tǒng)計。（3）社會經(jīng)濟(jì)資料：臺州臨海以街道為單元的土地面積、區(qū)內(nèi)耗電量、國民生產(chǎn)總值（GDP）等數(shù)據(jù)。（4）基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)：臺州臨海1∶500比例尺的水系及DEM數(shù)據(jù)。（5）電網(wǎng)分布數(shù)據(jù)。

2 風(fēng)險評估方法

從風(fēng)險評估四要素出發(fā)，充分考慮致災(zāi)因子危險性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、承災(zāi)體易損性和防災(zāi)減災(zāi)能力（即暴雨頻率、相對高差和水網(wǎng)密度、電網(wǎng)密度、國民生產(chǎn)總值）的空間差異和權(quán)重差異，進(jìn)行暴雨對電網(wǎng)安全影響的等級劃分、區(qū)劃和分區(qū)評價。

3 技術(shù)路線

電網(wǎng)風(fēng)險評估技術(shù)路線見圖1。

3.1 致災(zāi)因子程度計算

統(tǒng)計各站每年1、2、3……7 d的暴雨過程降水量，分別建立降水過程序列，計算不同序列的第60、80、90、95、98百分位數(shù)的降雨量值，即劃分為1～5個等級。根據(jù)暴雨強(qiáng)度等級越高，對內(nèi)澇形成所起的作用越大的原則，確定降水致災(zāi)因子權(quán)重，將暴雨強(qiáng)度5、4、3、2、1級分別取作權(quán)重，并進(jìn)行5級劃分。

3.2 孕災(zāi)環(huán)境計算

高程：從高程數(shù)據(jù)中，劃分2 m×2 m的網(wǎng)格，采用周圍8個格點(diǎn)高程標(biāo)準(zhǔn)差為地形起伏變化，作為地形影響指數(shù)。高程越低、標(biāo)準(zhǔn)差越小，表示越有利于形成澇災(zāi)，影響值就越大。

水系：主要包括河網(wǎng)密度和距離水體的遠(yuǎn)近。在1∶500的地形圖中采用2 m×2 m的網(wǎng)格計算河網(wǎng)密度。距離水體遠(yuǎn)近的影響則用GIS中的計算緩沖區(qū)功能實(shí)現(xiàn)，其中河流應(yīng)按照一級河流和二級河流、湖泊水庫按照水域面積來分別考慮，分為一級緩沖區(qū)和二級緩沖區(qū)，給予0～1適當(dāng)?shù)挠绊懸蜃又?。河網(wǎng)密度和緩沖區(qū)影響規(guī)范化處理后，給予權(quán)重值，采用加權(quán)綜合評價法求得水系影響指數(shù)。

計算暴雨內(nèi)澇災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境敏感指數(shù)，并采用自然斷點(diǎn)法，將敏感性劃分為5個等級。

3.3 承災(zāi)體易損性

從發(fā)電量和耗電量兩方面分析，利用GIS中自然斷點(diǎn)法將綜合承災(zāi)體易損性指數(shù)按5個等級分區(qū)劃分，并基于GIS繪制綜合承災(zāi)體易損性指數(shù)區(qū)劃圖。

3.4 防災(zāi)抗災(zāi)能力

防災(zāi)抗災(zāi)能力是受災(zāi)區(qū)對暴雨災(zāi)害的抵御和恢復(fù)程度，是為應(yīng)對暴雨內(nèi)澇災(zāi)害所造成的損害而進(jìn)行的工程和非工程措施，主要考慮人均GDP。對人均GDP規(guī)范化處理后，利用自然斷點(diǎn)分級法，繪制暴雨內(nèi)澇災(zāi)害防災(zāi)抗災(zāi)能力區(qū)劃圖。

3.5 暴雨內(nèi)澇電網(wǎng)災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃

在以上因子定量分析評價基礎(chǔ)上，暴雨內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)計算式如下：

bynl=（bywe）（yzwh）（cztws）（10-fznl）wr

式中：bynl為暴雨內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)，用于表示風(fēng)險程度，其值越大，則災(zāi)害風(fēng)險程度越大；by、yz、czt、fznl的值分別為風(fēng)險評價模型中的致災(zāi)因子的危險性、孕災(zāi)環(huán)境的敏感性、承災(zāi)體的易損性和防災(zāi)減災(zāi)能力各評價因子指數(shù)；we、wh、ws、wr為各評價因子的權(quán)重，通過專家評分確定。最后利用GIS中自然斷點(diǎn)分級法將暴雨內(nèi)澇電網(wǎng)災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)按5個等級分區(qū)劃分（高、次高、中等、次低和低風(fēng)險區(qū)），并基于GIS繪制區(qū)劃圖。

4 結(jié)語

隨著全球氣候變暖和城市化進(jìn)程的加快，城市暴雨內(nèi)澇已引起各國政府和學(xué)者的高度關(guān)注。社區(qū)作為組成現(xiàn)代城市的基本單元，在城市減災(zāi)降險中具有重要的基礎(chǔ)作用。因此，以社區(qū)為基礎(chǔ)的災(zāi)害風(fēng)險管理成為近年來國際社會普遍認(rèn)可并被實(shí)踐證明是行之有效的管理災(zāi)害的理念與手段，而風(fēng)險評估作為社區(qū)災(zāi)害風(fēng)險管理的基礎(chǔ)和前提則成為各國學(xué)者探討的熱點(diǎn)問題之一。該文以國網(wǎng)浙江省電力公司科技項(xiàng)目資助（521172Z1400SX）為依托，在實(shí)地考察和調(diào)研暴雨內(nèi)澇災(zāi)害及其風(fēng)險管理現(xiàn)狀，并獲得大量文獻(xiàn)資料和一手?jǐn)?shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用GIS方法、情景分析方法和概率統(tǒng)計方法開展了典型城市社區(qū)暴雨內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險評估的實(shí)證研究。

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