電力系統(tǒng)應(yīng)對極端天氣自然災(zāi)害對策探析

馬靜 張鴻毓 馬進財

摘要：近幾年，由極端氣候和自然災(zāi)害引起的大規(guī)模電力中斷在世界各地頻繁發(fā)生，造成了重大的經(jīng)濟損失。在全球變暖背景下，十年一遇、百年一遇的極端天氣事件發(fā)生頻率和強度均呈上升趨勢。隨著碳達峰和碳中和目標的提出，以新能源為主的電網(wǎng)氣象耦合與系統(tǒng)脆弱性增強，電網(wǎng)運行的安全性與可靠性受到空前挑戰(zhàn)，迫切需要轉(zhuǎn)變思維、統(tǒng)籌謀劃，全方位提高電網(wǎng)的應(yīng)急保障能力?；诖?，本文將對電力系統(tǒng)應(yīng)對青海地區(qū)極端天氣自然災(zāi)害存在的薄弱環(huán)節(jié)進行分析，并提出相應(yīng)的對策和措施，以供參考。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；極端天氣；自然災(zāi)害

DOI：10.12433/zgkjtz.20232446

一、電力系統(tǒng)概述

電力系統(tǒng)是由發(fā)電、供電、用電設(shè)施、調(diào)節(jié)控制及繼電保護和安全自動裝置、計量裝置、調(diào)度自動化、電力通信等輔助設(shè)施組成的有機整體。

電網(wǎng)是由發(fā)電廠、輸電線路、供配電所以及用戶構(gòu)成的一種能源生產(chǎn)和消耗體系。其作用是將大自然中的一次能源，經(jīng)過發(fā)電功率設(shè)備轉(zhuǎn)換為電能，再經(jīng)過輸電、變電和配電，把電能供給到用戶。為達到這一目的，在每個環(huán)節(jié)和每個層級，都要有一個與之對應(yīng)的信息與控制系統(tǒng)對電能的生產(chǎn)過程進行測量、調(diào)節(jié)、通信和調(diào)度，從而確保用戶得到安全、高質(zhì)量的電能。電網(wǎng)各種檢測設(shè)備、通信設(shè)備、調(diào)度自動化系統(tǒng)等構(gòu)成了電力系統(tǒng)的信息與控制系統(tǒng)。電網(wǎng)的配置必須以較高的技術(shù)水平和經(jīng)濟效益為前提，使發(fā)電與用電達到最優(yōu)平衡。

構(gòu)建一個結(jié)構(gòu)合理的大型電力系統(tǒng)，不但可以方便對電能生產(chǎn)與消費的集中管理、統(tǒng)一調(diào)度和分配，而且可以降低總裝機容量，節(jié)約電力設(shè)施投資，對區(qū)域能源資源的合理開發(fā)利用產(chǎn)生有利影響，最大限度地滿足區(qū)域國民經(jīng)濟日益增長的用電需求。

二、極端天氣自然災(zāi)害給電力系統(tǒng)和新能源帶來的不良影響

（一）極端天氣自然災(zāi)害給電力系統(tǒng)帶來的不良影響

1.給電力線路設(shè)施帶來的不良影響

根據(jù)不完整的數(shù)據(jù)，每年有數(shù)千人被雷擊致死或者引發(fā)火災(zāi)，造成數(shù)十億元的經(jīng)濟損失，對社會治安和人們的生命財產(chǎn)構(gòu)成了威脅。在雷電災(zāi)害發(fā)生時，在被雷電劈到的電線上可能會形成一個過電壓，并在電線周圍形成一個過電壓和一個擾動電磁場，這種高電壓會對電力設(shè)備、用戶電氣設(shè)備造成嚴重破壞。雷電場還可能通過各類電纜竄入裝置，對裝置產(chǎn)生損害，尤其是輸（電）線竄入裝置中。突如其來的狂風和暴雨，往往會導致輸電線路發(fā)生碰撞，輸電線路斷裂。冰雪是引起尤其是高寒山區(qū)輸電線失效的重要氣象因素。覆冰不僅會增大電纜的負荷，增大電纜的受風面，還會引起不穩(wěn)定的馳振動，引發(fā)跳頭扭曲、斷線、停電等重大電網(wǎng)安全問題。冰凍災(zāi)害已導致一些省市發(fā)生有史以來嚴重的覆冰事件，許多地區(qū)的電力系統(tǒng)受到破壞，使許多地區(qū)出現(xiàn)大量的斷電、停水等情況，給人們的工作、生活帶來很大的沖擊。

2.給電力負荷帶來的不良影響

用電負載與氣候有很強的相關(guān)性。其中，天氣因素對其波幅變化有85%～90%。天氣對用電量有很大的影響。除了與季節(jié)、時間和各類用電用戶的行為有關(guān)外，還與最高氣溫、最低氣溫、天氣狀況等氣象因素有很大的關(guān)系。極端溫度和最大用電負載之間存在著顯著的正向關(guān)聯(lián)，極端溫度和極端溫度將極端溫度和極端溫度下的用電負載的大幅激增，導致供電能力下降。在下雨或有陰霾的天氣條件下，燈光消耗的電力急劇增加，而在陽光充足的天氣條件下，電力消耗的電力就會減少。

（二）極端天氣自然災(zāi)害給新能源帶來的不良影響

1.極端天氣給光伏運行帶來的不良影響

沙塵暴、雪災(zāi)、霧等天氣都會對光伏模塊進行遮擋，并削弱陽光輻射，進而對光伏發(fā)電運行產(chǎn)生不良影響。對太陽能發(fā)電系統(tǒng)危害最大的是積雪。若不及時清除光伏組件頂端的積雪，將導致光伏組件、支撐支架和結(jié)構(gòu)倒塌。沙塵暴、霧、霾對光伏電站造成的最大的影響是會讓光伏模塊上產(chǎn)生塵?；蛭圹E，進而減少模塊所接受的陽光輻射強度，減少模塊的發(fā)電量。此外，粉塵覆蓋不僅會對發(fā)電產(chǎn)生不利影響，還會給電網(wǎng)帶來嚴重的安全風險。如果不及時清理，會產(chǎn)生粉塵閃爍等污染。

2.極端天氣給風機運行帶來的不良影響

如果風機的速度太快，則風扇超過切割速度而停止工作。風扇自動停止運轉(zhuǎn)的風速，即風扇并網(wǎng)發(fā)電的最大風速，通常為19～25 m/s （10級及以上大風）。截流速度與風扇葉片與單元負荷密切相關(guān)，如果已經(jīng)到達截流速度而沒有截流，將會引起塔倒塔和葉輪飛車等嚴重的安全事故。另外，不僅會對當?shù)氐碾妷汉褪?nèi)頻率調(diào)整產(chǎn)生較大影響，還會對風力發(fā)電預(yù)報精度產(chǎn)生較大影響。

三、電力系統(tǒng)在應(yīng)對極端天氣自然災(zāi)害方面存在的薄弱環(huán)節(jié)及對策建議

（一）電力系統(tǒng)在應(yīng)對極端天氣自然災(zāi)害方面存在的薄弱環(huán)節(jié)

1.極端天氣自然災(zāi)害的預(yù)警系統(tǒng)水平較低

當前，電網(wǎng)的安全風險預(yù)警以氣象預(yù)報為主，缺乏針對性強的電網(wǎng)氣象數(shù)據(jù)和精細的地理位置數(shù)據(jù)，以及實時的電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，造成電網(wǎng)對惡劣氣候和災(zāi)害的認識不足，難以實現(xiàn)電網(wǎng)安全風險的快速預(yù)警。

2.電力系統(tǒng)的設(shè)計標準不夠完善

當前，青海地區(qū)以傳統(tǒng)電網(wǎng)為基礎(chǔ)的電網(wǎng)安全與經(jīng)濟運行模式，難以適應(yīng)新能源比例高、極端天氣頻次高、停電代價高的新電網(wǎng)發(fā)展需求，且缺少對非常規(guī)場景的抗災(zāi)設(shè)計，缺少對重點客戶的精細管控，造成電網(wǎng)應(yīng)急響應(yīng)能力先天不足。

3.缺少健全的應(yīng)急制度

極端氣候引發(fā)的災(zāi)害往往會對交通、通信、電力、水利等多個領(lǐng)域的基礎(chǔ)設(shè)施造成嚴重損害，電力設(shè)施的應(yīng)急救援會影響到交通、通信和水利等多個領(lǐng)域的應(yīng)急救援，加之目前各領(lǐng)域間缺乏有效的協(xié)調(diào)合作，嚴重制約應(yīng)急救援的成效。此外，當前青海地區(qū)的應(yīng)急救援主要采用離線式應(yīng)急救援計劃，且信息化水平不高，不能依據(jù)災(zāi)害發(fā)展動態(tài)、故障恢復(fù)進程、應(yīng)急物資分布等實時信息，及時實施在線式應(yīng)急救援計劃，造成應(yīng)急救援周期漫長。

4.可用應(yīng)急方法較少

當前，在接近電力系統(tǒng)的地方，電網(wǎng)所占比例還不到10%，并且以光電為主，與氣象條件密切相關(guān)。但是諸如電化學儲能之類的新型儲能的裝機數(shù)量不到6000萬千瓦，所占的比例還不到0.3%，而且這些儲能中的大多數(shù)都是在電源側(cè)，而不在用戶側(cè)。在極端環(huán)境下，可調(diào)配的應(yīng)急資源非常少。但是像用戶的自備應(yīng)急電源以及快速增長的電動汽車這樣的新興應(yīng)急資源，都被長久擱置，并沒有形成市場化的調(diào)配機制。

（二）電力系統(tǒng)在應(yīng)對極端天氣自然災(zāi)害方面的對策建議

1.提升應(yīng)急系統(tǒng)的整體水平

結(jié)合青海地區(qū)電力部門的實際需求，綜合運用高分辨率衛(wèi)星、氣象雷達和無人機等多種技術(shù)手段，構(gòu)建面向電網(wǎng)的高精度、高預(yù)見性的氣象信息服務(wù)平臺，實現(xiàn)電網(wǎng)安全運行的高精度、高預(yù)見性和高精度的電網(wǎng)安全運行預(yù)警和預(yù)測。利用物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字技術(shù)等高科技手段，定時定量地預(yù)測電網(wǎng)故障的影響范圍和破壞程度，實現(xiàn)全方位、多層次、多時段的全方位、多層次的預(yù)測。

2.完善電力系統(tǒng)的設(shè)計標準

在對青海地區(qū)新能源電網(wǎng)事故風險點、影響面及關(guān)聯(lián)鏈條再認識的基礎(chǔ)上，進行電網(wǎng)安全與投資經(jīng)濟再平衡分析，并以此為基礎(chǔ)，科學制訂新能源電網(wǎng)的抗震設(shè)計規(guī)范，既要防范新能源電網(wǎng)發(fā)生過多的斷電事故，又要防范新能源電網(wǎng)發(fā)生過多的斷電事故，進而影響到經(jīng)濟和社會發(fā)展。充分運用數(shù)字技術(shù)，并與地理信息、氣象條件以及電力設(shè)備特征相結(jié)合，制定差別化的防災(zāi)標準，重點挖掘用戶的精細化需求，盡最大限度保障關(guān)鍵用戶的用電需求。

3.不斷健全應(yīng)急制度

自然災(zāi)害中存在著多種不可抗拒的原因，但也有一些是季節(jié)性的、地域性的，并且是可以預(yù)見的，可以通過技術(shù)手段和組織手段加以預(yù)防。在當前氣候變化加劇、環(huán)境惡化及資源過度開采的背景下，地震、臺風、暴雨及冰雪等極端災(zāi)害的頻發(fā)程度及頻次進一步增加。在面臨災(zāi)難時，青海地區(qū)應(yīng)加速構(gòu)建電網(wǎng)自身的災(zāi)難早期預(yù)警體系。加強與氣象、地質(zhì)、水利等有關(guān)部門之間的協(xié)作，建立起應(yīng)對自然災(zāi)害的體系，增強對災(zāi)害的預(yù)報和預(yù)警的能力，切實將災(zāi)害的危害控制在最小范圍內(nèi)。通過研究“5G+ UAV+衛(wèi)星”的應(yīng)急通信技術(shù)，提升災(zāi)害的認知與響應(yīng)水平，構(gòu)建事前預(yù)案和事中聯(lián)動的電網(wǎng)恢復(fù)機制，構(gòu)建電網(wǎng)與氣象、交通、水利、通信、地震等多部門多方位的應(yīng)急響應(yīng)體系。在此基礎(chǔ)上，盡可能地獲得有關(guān)部門的應(yīng)急救援支援，并優(yōu)化供電修復(fù)計劃。

4.積極應(yīng)用多樣化的應(yīng)急方法

青海地區(qū)的相關(guān)單位強化安全底線觀念，大力開展“退而不拆”的退役單位轉(zhuǎn)型為后備能源工作，有序發(fā)展分散能源，合理指導用戶端新能源存儲，實現(xiàn)應(yīng)對突發(fā)事件的多樣化。按照“誰獲益，誰負擔”的原則，研究構(gòu)建能夠有效調(diào)動用戶自備應(yīng)急電源、用戶側(cè)儲能和電動汽車等應(yīng)急資源的市場化應(yīng)急保供機制。在此基礎(chǔ)上，青海地區(qū)提出一種有效的電網(wǎng)防災(zāi)減災(zāi)措施。研發(fā)抗自然災(zāi)難的新型防冰雪、防污閃涂層和絕緣材料，并廣泛普及；優(yōu)化電力系統(tǒng)設(shè)備如導線、桿塔和金具進行，以增強其抗強風、防冰凍和抗震減振等災(zāi)害的能力；開展電力設(shè)施故障定位、在線監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)、電力設(shè)施快速維修等技術(shù)的研發(fā)，提高裝備的安全監(jiān)測和災(zāi)害預(yù)防的整體水平。

5.提升電網(wǎng)的極端天氣預(yù)防效果

青海地區(qū)在對電網(wǎng)設(shè)計時，應(yīng)堅持將普遍性與特殊性相結(jié)合的科學適用的原則，全面考慮政治、安全、經(jīng)濟等因素，對不同線路的重要程度和差異性、同一線路不同地域的差異性、不同供電區(qū)域的差異性等因素進行。加強對重點供電線路、主干電網(wǎng)、用戶配電線路等重點線路的設(shè)防；對穿越干線鐵路、高等級公路、通航河道、重要電力線路，對部分路段的運營維修和應(yīng)急救援難度較大的路段，可適當提升其等級；對于同一電壓級別的輸電線路，按其對電網(wǎng)的重要程度提出不同的可靠性要求；根據(jù)設(shè)計規(guī)程，應(yīng)根據(jù)地域、地域、天氣等因素，制定更為詳盡的地域差別設(shè)計準則。

6.建設(shè)穩(wěn)定的電網(wǎng)系統(tǒng)

目前，伴隨著電網(wǎng)架構(gòu)逐步擴大，電力系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜。因此，青海地區(qū)各級電網(wǎng)企業(yè)要面對的是電網(wǎng)系統(tǒng)中所存在的大面積停電風險、配網(wǎng)薄弱瓶頸制約等問題。近幾年，自然災(zāi)害對電網(wǎng)造成的較大破壞，要增強風險意識，并加大對電網(wǎng)的建設(shè)投資，還要對電網(wǎng)中的一些重點和難點問題進行有效預(yù)防，從而提升電網(wǎng)的安全穩(wěn)定水平，還要預(yù)防各種風險和災(zāi)害的沖擊。綜合分析電網(wǎng)中的安全隱患和薄弱環(huán)節(jié)，同時還要改進輸、配電網(wǎng)中的薄弱環(huán)節(jié)，深入研究電力行業(yè)中的各種關(guān)鍵問題，從而采取安全穩(wěn)定措施，構(gòu)建堅實的電網(wǎng)安全穩(wěn)定三道防線，加強電網(wǎng)安全的技術(shù)支撐，從而可以更好地掌控電網(wǎng)。

7.積極開展安全管理工作

青海地區(qū)要將安全管理工作都做得更好，并與電力行業(yè)的安全隱患排查治理工作和安全生產(chǎn)專項督查等活動相結(jié)合，做到舉一反三，有針對性地制定對策，不斷健全安全管理制度體系。在吸收并學習其他電力企業(yè)在安全管理方面的先進經(jīng)驗和良好的管理方式，從而提升安全管理水平。要加強對電力生產(chǎn)現(xiàn)場控制，完善安全檢查和考核制度，將各個層次、各個崗位的安全生產(chǎn)職責都進行有效的落實，對各種安全生產(chǎn)事故進行綜合防治。

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作者簡介：馬靜（1990），女，回族，青海省西寧市人，本科，工程師，研究方向為數(shù)據(jù)運營及數(shù)據(jù)分析。