电力系统灾害预防分析.docx

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电力系统灾害预防分析

电力系统灾害预防引言

电力系统是指由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产、传输、分配和消费的系统。

电力系统作为城市生命线系统工程的重要组成部分，其安全运行问题越来越受到人们的关注，提高其抗灾能力是国民经济安全稳定运行的前提。

由于电力的生产和输配多暴露在自然环境中，容易受到自然灾害的影响，因此系统研究自然灾害对电力系统的影响，能够帮助发电企业以及电网公司采取相关措施以减少自然灾害带来的损失，提高自身的应对能力。

受全球气候变化的影响，许多国家和地区的气候出现异常，自然灾害多发并发，由此造成的电力系统损失严重阻碍了经济社会的发展，影响了人们正常的生产生活。

近10年来，各国研究者都对此进

行了大量的研究。

由于冰灾、地震等灾害对中国电力系统造成了毁灭性打击，相关的研究也越来越受到人们的关注。

例如2008年中国南方部分地区电网受冰冻灾害影响大面积损毁之后，冰雪灾害对电力系统的影响成为了当时研究的热点。

1、南方电网受灾总体情况

2008年1月中旬以来，我国南方地区遭遇罕见的持续低温雨雪凝冻灾害，给南方电网公司贵州省和广东、广西自治区、云南省部分地区

的电力设施造成了严重破坏。

1.1、电力设施破坏情况

南方电网公司所属的广东、广西、云南和贵州电网不同程度地因冰灾受损。

全网发生线路杆塔倾倒损坏271236基（其中10kV及以上126247基，110kV及以上2686基）、断线224731处；7541条10kV及以上线路、859座变电站停运。

贵州电网在全国范围内受灾最严重，受损线路占贵州电网总数的77%。

1.2、电力供应受到严重影响

南方电网99个县、642万户、约2618万人受停电影响。

受灾影响最大负荷1716万千瓦，占灾前正常负荷的25.5%，累计影响电量136亿千瓦时，其中贵州用电负荷、供电量较灾前减少了2/3以上。

贵州、三峡、湖南鲤鱼江和桥口电厂送出通道中断，向广东送电比原计划减少703万千瓦。

1.3、经济损失重大

初步估算南方电网公司系统直接资产损失134.3亿元，其中：

广东电网公司30.9亿元，广西电网公司31.3亿元，云南电网公司9.9亿元，贵州电网公司58.5亿元，超高压输电公司西电东送主网架3.7亿元。

灾害最终影响全网售电量约136亿千瓦时，减少收入77亿元。

按照公司确定的灾后重建技术原则，考虑提高应对冰雪等恶劣自然灾害的能力，估算灾后重建总支出251.1亿元，主要包括按原标准修复支出134.4亿元，电网加固改造修复支出88.0亿元，提高抗冰能力技术改亿元。

28.7造措施费用．

以广东电网为例：

可见，冰灾对电力系统的危害主要体现在对输电线路的破坏，而且对人们的生产生活造成了特别重大的影响。

如何减少自然灾害对电力系统的影响，已成为中国电力行业建设与发展亟待解决的重点问题。

本文研究自然灾害对电力系统的影响，主要对冰雪灾害、地震灾害、雷电灾害三个典型自然灾害进行分析。

2.冰雪灾害

2.1概况及成因

覆冰是最容易引发输电线路群发性跳闸的灾害类型。

在电网覆冰过程的不同阶段，会发生不同的相继故障事故。

在覆冰初期，电网一般不会发生严重故障；当覆冰厚度达到一定程度时，如果风速为５ｍ／ｓ～１５ｍ／ｓ，且与线路夹角为４５°～９０°时，位于风口地段（如跨河、谷口和两侧有屏障的开阔通道或开阔平原）的线路可能会发生舞动；当覆冰厚度或冰风荷载超过线路或杆塔的设计标准时，

可能发生断线、倒塔事故。

在融冰天气阶段，绝缘子串覆冰或被冰凌桥接后，泄露距离缩短，在冰水电导率较大条件下可能会导致闪络事故，而且覆冰时绝缘子串内泄露电流增大，当泄露电流达到一定值时，就可能由局部弧光放电发展为闪络。

此外，在融冰天气阶段还可能出现由于不均匀脱冰导致的线路跳跃或舞动事故。

尤其在08年冰灾之后，对此给予了更大的关注，提高电力系统应对低温雨雪冰冻等重大自然灾害的能力，是一个系统工程，必须统筹考虑建设标准、抗冰融冰技术的应用、完善应急机制以及优化电网结构、加强电网建设、优化电源结构、电源合理布局等系统性的综合措施，并兼顾实施。

2.2应对措施

2.2.1融冰技术的研究应用

融冰技术的应用是南方电网抵御冰冻自然灾害的主要措施。

公司已组织开展制定交直流融冰方案，并组织编写防冻融冰技术导则，组织输电线路融冰关键技术参数试验研究和直流融冰装置样机研制，同时，组织开展基于新材料的防冰融冰技术、激光除冰技术、高频高压激励融冰技术和强电磁脉冲除冰技术的应用研究。

2.2.2适当提高标准对电网进行加固

根据专家评审意见，组织对电网进行普查，研究制定适当提高现有输电线路的抗冰能力，防止线路覆冰等自然灾害导致电网发生大面积停电和大范围设备损坏事故的电网加固方案。

为突出工作重点，确保关并采将线路划分为重点线路和非重点线路，键线路的安全可靠运行，

取不同的加固原则。

重点线路主要采取适当提高覆冰设防设计条件的措施，一般线路采取适当提高覆冰设防验算条件的措施。

2.2.3建立电力应急通信网

在空中架设的电力通信专网与公用通信网面对不同自然灾害具有很强的互补性利用公用通信资源，包括公用地埋光纤资源、管线路径资源、卫星和移动等建立电力应急通信网，能够在线路受损导致通信中断情况下，利用应急通信系统迅速恢复通信功能，确保不因通信中断影响电网运行和电力供应。

3地震灾害

3.1概况及成因

地震是最可能使电力系统遭受严重破坏的自然灾害。

中国部分地区处于地震的活跃地带，地震发生频度较高，并随之产生严重的次生灾害，对当地经济社会发展产生了很大影响。

世界上历次大地震的统计表明:

电力系统的地震易损性是极高的。

尽管其修复费用只占全部震后重建费用的一小部分，但电力系统失效造成的间接损失却是巨大的。

例如，1996年中国内蒙古包头发生地震，张家营变电站停止供电达11h，虽然地震没有造成人员的重伤和死亡，但造成电量损失达304

万kW·h，仅电力部门直属单位的直接经济损失就达1亿元以上。

在亿元，全120年中国汶川地震中，国家电网直接经济损失超过2008

国范围受灾损坏停运电力线路共计35900多条，变电站共1700多座，四川省电力公司负荷损失约400万kW，500kV茂县变电站停运，220kV变电站停运12座。

3.2电力设施地震灾害特征

在地震中,典型的电力设施的震害包括:

（1）变压器:

其震害表现一般为主体位移、扭转、跳出轨道或倾倒,

与之相伴,出现顶部瓷套瓶破坏、散热器或潜油泵等附件的破坏。

造成震害的主要原因是电力变压器浮放在轨道或基础平台上,未采取固定措施,或虽采取了固定措施,但强度不足,地震时将固定螺栓剪断或将焊缝拉开而导致震害。

变压器破坏会大大延缓系统恢复供电的时间。

（2）瓷质高压电气设备:

由于强烈的地面运动以及设备之间连接的相互作用,高压变电站中的一些设备比较容易在地震中遭受破坏。

这类电气设备包括断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、支柱绝缘子、避雷器等。

这些电气设备固有频率在1～10Hz范围内,与地震波的卓越频率接近。

同时,这类设备阻尼值一般较小,其主体材料瓷柱属脆性材料,耗能能力较小,因此在地震中极易因类共振影响使设备遭受破坏。

震害主要特征是绝缘瓷瓶断裂、设备倾斜或跌落等。

（3）支撑结构震害:

高压变电站的变电设备往往安装在钢或混凝土类支撑结构上。

在历史震害中,因支撑结构破坏导致变电站设备破坏的不乏其例。

．

（4）输配电线路杆塔:

由于输电线的低频振动对输入地震能量的解耦作用,同时也由于输电线路杆塔抗风和抗冰设计的要求,输电线路杆塔结构的震害相对较轻。

震害经验表明:

输电线路杆塔的震害绝大多数源于地震所引起的次生灾害,如地面变形、不均匀沉降、滑坡、泥石流或沙土液化发生塔体倾斜、倾倒、构件损坏等。

在地震高烈度区,也会产生输电塔结构的动力破坏（如1999年台湾集集地震）。

（5）没有固定或锚固的电力设备是很容易受地震作用而破坏的,特别是那些设置在轨道上的设备以及没有可靠连接的支柱架设的设备。

上述震害特点表明,电力系统的震害主要集中在发电厂、变电站、开关站、换流站的电气设备,因此,电力系统的抗震设防重点是厂房、各种设备及基础等,对于处于高烈度区的输电塔也要重视抗震设

计。

3.4.地震灾害应对措施

3.4.1加强电气设备,特别是变电站、开关站、换流站电气设备的抗震性能评估,采用先进的隔震、减震等控制措施,提高电气设备的抗震性能。

3.4.2全面系统地研究500kV超高压和1000kV特高压各种电气设备的抗震性能,弥补电气设备抗震研究工作的断档。

3.4.3开展区域电力系统的抗震危险性分析和可靠性评估研究,建立电力系统抵抗地震灾害的长效机制。

3.4.4建立和健全各大电网公司的地震应急响应机制和震后供电快力争将特大地震灾害对电网的冲击降低到最小。

速恢复机制．

4.雷电灾害

4.1概况及成因

发电厂、变电站一般建在空旷的野外，高大的构架和设备、良好的接地，使其本身就成了一个引雷体，容易遭受雷电袭击。

发电厂和变电站输变电线路传送距离远、分布面广，遭受雷击的概率很大。

有资料表明沿线路侵入的雷电波是造成变电站雷害事故的主要原因。

雷击输电设备会产生反击过电压，其产生的原因大致有3个:

接地装置因散流作用使电位升高;感应出的雷电流在导线上产生电阻压降、自感压降和互感压降;高电位通过某些电容传递时造成过电压。

雷害对电网的影响比较大，经常导致大量线路同时跳闸，有时还使线路多次跳闸、多次重合，使开关设备受到冲击。

特别是地方电网网架薄弱，一条线路跳闸就可能造成大面积停电。

雷电还易造成配网线路断线，对人身安全造成威胁。

雷电对电力系统通信、自动化设备也会产生不良影响。

4.2保护措施

4.2.1安装避雷线

避雷线是输电线路最基本的防雷措施之一，可防止雷电直击导线；对雷击电流的分流；与导线耦合，降低导线上的感应过电压；降低雷击杆塔时塔头绝缘上的电压。

但避雷线的作用是引雷，会造成反击、绕击及感应雷击事故，对高杆塔或大档距的输电线路保护不够理想。

．

4.2.2提高线路绝缘水平

在线路设计过程中，一般不按雷电过电压的要求选择绝缘子串的绝缘子强度，但可根据具体情况对输电线路进行调爬，110kV输电线路调整到8片绝缘子，500kV线路调整为27片、28片，既减少污闪又起到增强线路防雷性能的作用。

4.2.3杆塔接地技术

对一般高度的杆塔，降低线路杆塔地网接地电阻是提高线路耐雷水平，以防止反击的有效措施。

接地装置在雷电流作用下，存在电感效应和火花效应，电感效应导致阻抗增加，而火化效应导致阻抗降低。

降低杆塔接地电阻应该降低的是冲击接地电阻，一般来说，接地装置的冲击接地电阻低于工频接地电阻。

但经常出现工频接地电阻很低的杆塔而雷击闪络事故频繁的现象。

其原因是，在一些高土壤电阻率地区采用较长的水平伸长接地体可以有效降低工频接地电阻，但由于接地体具有雷电冲击有效长度，冲击接地电阻却不会随之降低。

目前，我国一般将杆塔的工频接地电阻乘以一个估算的冲击系数来得到冲

击接地电阻。

4.2.4架设耦合地线

在降低杆塔接地电阻有困难的时候，可以在导线下方架设一条接地线（耦合地线），作用有：

①增加避雷线与导线之间的祸合作用，降低绝缘子串两端的反击电压；②在雷击塔顶时，增大向相邻杆塔分流的雷电流。

双回输电线路采用不平衡绝缘4.2.5

双回输电线路采用不平衡绝缘，低绝缘水平的一回线路在雷击时将率先闪络来保护另一回线路。

过去日本的不平衡绝缘线路采用降低一回线路的绝缘水平的差绝缘方式，结果导致线路总体雷击闪络率增加，目前我国采用的是加强一回线路绝缘水平的方式。

4.2.6线路装设自动重合闸装置

由于雷击造成的闪络大多能在跳闸后可自行恢复绝缘性能，所以装设自动重合闸装置可使线路恢复供电。

4.2.7安装线路避雷器

线路避雷器工作的基本原理是雷击避雷线或塔顶时，当产生的过电压超过一定的幅值时避雷器发生动作，给雷电流提供一个低阻抗的通路，使其泄放到大地，从而限制了电压的升高。

避雷器的性能有待改进使其提高容量、降低残压和延迟老化等，同时降低生产成本、扩大应用范围。

经验表明，线路避雷器可达到100%防止被保护线段雷击闪络的效果，要消除线路雷击闪络，需要在易击段每个杆塔上安装线路避雷器。

5.自然灾害的防灾对策流程

5.1灾前的预防：

主要包括:

（1）具有抗灾性能的设备设计、设备抗灾性能的确认、未达标设备补强的实施;

（2）可以回避、限制停电或短时间恢复供电的设备构成以及系统设计;（3）为了保障顺利实施非常灾害时对策活动的相关事项的整备;（4）本公司与其他公司的灾害事例的探讨、教训总结、对应的新方法的交流。

．

5.2灾时的应急对策:

基于初期对应策略的停电恢复。

恢复方法包括:

基于电力系统自动恢复功能的供电恢复、由24h监测人员的系统切换以及现场察

看后的恢复。

5.3灾后的快速恢复：

这个阶段主要进行基于设备功能恢复的供电恢复,主要指灾害管理人员、相关企业人员参与,运用救灾物资器材的应急送电和设备恢复。

6.应对灾害中存在的问题及反思

（1）要合理安排电源规划及电源布局。

自然灾害随时可能破坏电网结构，造成系统解裂，引起大规模的停电事故，所以电源的布局应从综合电网结构和地区的用电因素等方面进行考虑。

要重视电力系统经

济性和可靠性之间的协调关系。

可以通过构建110kV灵活供电网，建立110kV地区互供电网及完善110kV电网骨干骨架等方面进行研究。

要重视电源与电网的协调发展，增强电网规划对电源规划的引导作用，优化电源结构布局。

（2）要加强应急预案的管理和实施。

良好而合理的应急预案可以提高电力系统预防和处置电力突发事件的能力，最大限度的减少损失，以提高应急预案水平可以提高供电的可靠性。

目前的情况是应急预案体系、应急管理和应急救援指挥体系及应急救援队伍均初步形成，但是大多数地区都还只是起步阶段，应急处理能力较低。

因此，加强电．

力应急的日常管理，完善应急预警机制和预案体系，加强应急队伍和协调联动机制的建设以及建立专项的电力应急资金等措施，是十分有必要的。

（3）进一步加强气象信息监控与电网监控的结合。

自然灾害对电力系统的影响是巨大的，因此，越来越多的电网公司越来越注重气象的检测。

加强自然灾害的预警监控，以便在灾害天气来临和发生时

及时进行防范。

（4）对输电线路进行差异化设计。

在利益最大化的同时保证供电可靠性，对于重要的联络线路和关键线路要适当提高设计标准，留有足够的裕度。

分析和评价电网完善系统主网架中的薄弱环节，加强系统的可靠性。

7.结束语

分析了覆冰、地震、雷电等自然灾害对电力系统正常运行的危害，揭露了危害的形成，提供了应对措施，也针对我国电力网在应对自然灾害时的不足进行了反思及总结。

随着我国电力系统的快速发展，电

力市场逐步建立，对电力系统的安全运行及供电的可靠性也有了更高的要求。

电网的安全可靠运行需要通过科学化、规范化和制度化的措施逐步推进电网安全的发展。

加强对灾害影响电力设备的量化评．