考慮降雨誘發(fā)次生地質(zhì)災害的電網(wǎng)風險評估對策研究

趙永泉 陳學文 母平昌

摘要：降雨頻繁、大規(guī)模發(fā)生誘發(fā)次生災害，增加了引出輸電線路停運的不良狀況，本文擬定建設(shè)一種考慮降雨引起次生地質(zhì)災害的風險評估方法，用于測評電網(wǎng)的運行狀態(tài)，進而為精確辨識降雨引起的次生地質(zhì)災害下電網(wǎng)系統(tǒng)薄弱節(jié)點提供可靠依據(jù)。整體分析網(wǎng)架構(gòu)造及電網(wǎng)運行狀況，設(shè)定現(xiàn)實應(yīng)用時模型內(nèi)的數(shù)據(jù)收集、處理及信息反饋等重要技術(shù)達成框架。

關(guān)鍵詞：輸電桿塔;降雨災害;輸電桿塔;風險評估

引言

伴隨全球氣候條件改變、嚴重自然災害發(fā)生率逐年提升，國內(nèi)電網(wǎng)系統(tǒng)悲破壞的概率相應(yīng)提高，形成了慘重的經(jīng)濟損失。大雨、暴雨及連續(xù)性強降雨等災害氣象很可能造成局部地勢發(fā)生次生地質(zhì)災害。輸電桿塔是電網(wǎng)高壓線路的重要支撐物，建設(shè)階段難免會跨越山脊、陡坡等地段，在降雨災害作用下，因發(fā)生次生地質(zhì)災害極易在短時間內(nèi)損壞大量桿塔。本文將輸電桿塔為研究對象，建設(shè)一種分析降雨氣象引起次生地質(zhì)災害的電網(wǎng)評估方法，并通過算例分析檢驗證實本文所提及方法的準確性。

1、建設(shè)致災因素的模型

1.1氣象模型

降雨過程及其以后容易發(fā)生山體滑坡等災害，且滑坡發(fā)育程度和雨量增減間存在正相關(guān)性。

設(shè)定降雨氣象災害開始實踐為第1天，預測第 天會發(fā)生滑坡。已知多天降雨之間在時間維度上具有一定關(guān)聯(lián)性，將和時間有關(guān)的衰減系數(shù)（ ）導入，則發(fā)生滑坡災害前 天的降雨量有效值（ ）可用①式表示[1]：

1.2建設(shè)地質(zhì)災害致災模型

本文只分析巖體失穩(wěn)滑落對桿塔形成的沖擊、破壞過程，建設(shè)滑坡體造成的桿塔形變的模型。

依照滑坡體運動耗能機理，可以采用彡式測算出滑坡體作用在桿塔的等效沖擊力（F）：

③[式中，x是F作用桿塔時和tare基相距的等效高度;m是滑坡體總質(zhì)量;h是滑坡體質(zhì)心

到桿塔塔基在垂直方向的間距;E1是桿塔的抗彎剛度;μ是滑面摩擦系數(shù); 是傾斜角度;g是重力加速度]

2、建設(shè)降雨災害誘發(fā)線路失效概率的模型

2.1估測降雨引起巖土滑坡概率

汛期中降雨氣象頻率明顯高于其他時間段，大量降雨對地質(zhì)災害發(fā)生過程能起到一定助推作用。結(jié)合既往實際勘測數(shù)據(jù)，采用曲線擬合的形式獲得降雨誘發(fā)巖體滑坡事件概率屬性（見圖1）[2]。

2.2估計巖體滑坡造成桿塔形變的概率

當發(fā)生滑坡事件時，滑體會由高熱能處朝向低勢能處運動，并會釋放出大量能量，增加桿塔損毀的風險。結(jié)合既往文獻資料，將輸電桿塔設(shè)定為研究對象，于有限元軟件內(nèi)建設(shè)桿塔有限元模型并進行了仿真模擬，結(jié)果見圖2所示。結(jié)合曲線擬合情況，認定正態(tài)分布能準確的呈現(xiàn)出滑坡體造成桿塔形變改變的分布特征。

3、電網(wǎng)運行風險的評估方法

3.1蒙特卡洛模

在測算風險指標時，應(yīng)對系統(tǒng)的狀態(tài)進行抽樣檢查。蒙特卡洛模擬法應(yīng)用階段不受主客觀條件的約束，可以簡單的模擬氣象與電力系統(tǒng)的主要特點與狀態(tài)，其在評估繁雜系統(tǒng)運行風險方面表現(xiàn)出良好效能，只要擬化頻次足夠多時，方能獲得一個準確度偏高的系統(tǒng)失效概率。

蒙特卡洛模擬法還被稱之為狀態(tài)抽樣法，其核心思想可以做出如下概述：一個系統(tǒng)狀態(tài)為全部元件狀態(tài)的整合，并且可以通過抽樣形式明確各元件出現(xiàn)某種狀態(tài)的概率。當抽樣數(shù)足夠多時，可以將系統(tǒng)狀態(tài)（ ）的抽樣頻率作為其概率的無偏差估算，有⑥式：

3.2系統(tǒng)風險指標算法

（1）建設(shè)負荷削減模型

建設(shè)該模型時充分考慮了多種運行管束條件，進而測求出降雨災害影響下的電網(wǎng)控制措施。

（2）設(shè)定系統(tǒng)風險指標

結(jié)合電網(wǎng)現(xiàn)實調(diào)度運轉(zhuǎn)的需求，可以設(shè)定諸多風險指標，本文主要使用切負荷概率（pPLC）、電力不足期望值（EDNA）、系統(tǒng)供電損失風險（Rrisk）等指標量化降雨災害下電網(wǎng)運行風險水平。

A.切負荷概率（pPLC）

4、技術(shù)實現(xiàn)框架

4.1采集數(shù)據(jù)

多普勒雷達系統(tǒng)能準確提供降雨信息（比如雨量、雨強及降雨區(qū)段等），且還要結(jié)合實況有針對性調(diào)整預測間隔時間。綜合使用數(shù)字高程模型（DEM）和遙感數(shù)據(jù)，能取得三維立體效果，準確校正遙感影像，有益于提升圖像詮釋的準確度，提獲地物參數(shù)。

4.2處理數(shù)據(jù)

本文采用網(wǎng)格劃分技術(shù)把降雨預報圖和電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓撲圖合二為一，其能快速捕獲降雨區(qū)段電力設(shè)備損毀狀況，處理流程如下：首先，結(jié)合既往電力設(shè)備損毀數(shù)據(jù)、遙感影像動態(tài)采集的信息，預處理數(shù)據(jù)與疊加DEM，完成修正數(shù)據(jù)，建設(shè)電力設(shè)備對應(yīng)的損毀概率密度曲線。其次，預測桿塔所處方位災害的嚴重性，并建設(shè)斷線概率模型。最后依照電網(wǎng)系統(tǒng)SCADA數(shù)據(jù)與拓撲結(jié)構(gòu)，測算實時潮流，建設(shè)次生地質(zhì)災害下電力運行風險測評方法（圖3）[4]。

4.3信息反饋

可以將遙感數(shù)據(jù)、DEM結(jié)果及模型輸送出的風險指標設(shè)定為反饋信息。把以上信息反饋到電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)度中心，這樣運維人員便能依此采用相關(guān)調(diào)整措施，例如嚴格監(jiān)測電網(wǎng)系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)、科學使用遙感數(shù)據(jù)防范外界災害侵襲電網(wǎng)內(nèi)部，綜合多種反饋信息，立足于實況擬定緊急預案與故障快速修整決策，借此方式提升電網(wǎng)抵抗自然災害的能力。

結(jié)束語：

文章在剖析降雨災害引起次生地質(zhì)災害致災機制的基礎(chǔ)上，建設(shè)了一種用于評估電網(wǎng)運行狀態(tài)的模型，該模型能準確的拓展現(xiàn)存電網(wǎng)防御系統(tǒng)，協(xié)助運維人員辨識降雨氣象條件下電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)，為修復決策制定提供較可靠的數(shù)據(jù)支持。

參考文獻：

[1]蘇華英，唐延婧，夏曉玲，等.基于決策流程的電網(wǎng)強降雨及地質(zhì)災害應(yīng)急信息系統(tǒng)研究[J].電力大數(shù)據(jù)，2020，23（02）：73-79.

[2]王申華，何湘威，方小方，等.基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)多源信息的電網(wǎng)動態(tài)風險評估系統(tǒng)[J].中國電力，2019，52（12）：10-19.

[3]張曉冬，王峰淵，應(yīng)國德，等.臺州臨海電網(wǎng)的暴雨災害實時風險評估研究[J].科技通報，2018，34（11）：251-254+259.

[4]陳國華，吳濤.基于設(shè)備狀態(tài)與調(diào)度運行的電網(wǎng)風險評估方法及應(yīng)用[J].水電能源科學，2018，36（07）：202-205+214.