臺州臨海電網暴雨風險評估模型研究

沈一平++王昕++徐碩++周嘯宇

摘 要：針對臺州自然災害頻發，臺風暴雨洪澇災害威脅電網安全的問題，該文提出了針對電網的暴雨風險評估模型并結合城市相關特點，探討了相關技術路線，給出了暴雨風險評估模型的構建過程，相信對從事相關工作的同行能有所裨益。

關鍵詞：電網 暴雨 風險評估 模型

中圖分類號：P33 文獻標識碼：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，是自然災害頻發的地區，歷年臺風登陸地很多集中在此地。臺風暴雨洪澇災害每年都嚴重威脅著臺州電網的運行安全，并造成不同程度的損害。暴雨洪澇對電網的影響一方面來自于風力帶來的破壞，如面向海口處和臺風登陸前進方向的高山風口處的桿塔，因受到超過設計風速的強臺風襲擊，造成倒桿、折彎，引起線路跳閘；變電站內主變壓器引下線受臺風影響引起風偏放電，造成主變壓器跳閘。另一個方面來自于臺風登陸后經常帶來的強降雨，雨水沖刷線路桿塔基礎，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重影響，造成二次設備如端子箱、直流系統進水，引起繼電保護裝置不能正常工作或誤動、拒動，甚至整個變電站停運。

暴雨侵害變電站電氣設備絕緣，致使設備運行異常或故障。強風時的暴雨往往雨量大而急、方向偏，有時會發生局部龍卷風雨，對變電站電氣設備的防雨密封構成較大威脅。尤其是高壓開關室的屋頂、繼電保護室的門窗、戶外斷路器、隔離開關的機構箱、端子箱等，這些重要部位發生滲漏雨，就可能造成高壓設備外部絕緣閃絡放電，或造成二次控制回路接地、短路故障，甚至導致保護及開關誤動跳閘。處于防洪標準較低地域的變電站還可能遭受洪災、泥石流的嚴重威脅，處于城市內澇嚴重地段的變電站有水淹變電站的危險。

現有電網系統對暴雨災害缺乏有效的檢測手段，不能有效預報災害的發生，不能及時監控災情。指揮人員無法判斷暴雨災害的發展趨勢及風險，無法掌握暴雨對電網設施引起的風險情況，無法得到相關的決策所需信息，這給電力系統的防災減災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警系統，了解臺風及暴雨洪澇的動態，能夠預測暴雨趨勢并顯示實際雨量及預警信息，及時了解暴雨洪澇可能對電網設備帶來的影響，及時做出部署，事后能根據災害情況，對災害對電網損害情況進行評估，保證當地電網的安全運行。

1 資料收集

（1）災情資料：臺州臨海自有記錄以來的暴雨電網災害數據，多災并重時，選取影響最大的災害。并統計以街區為單元的電力災情頻次。（2）暴雨資料：臺州市范圍內氣象站（常規站、自動站）、電力氣象監測站自有記錄以來的逐日降水量統計。（3）社會經濟資料：臺州臨海以街道為單元的土地面積、區內耗電量、國民生產總值（GDP）等數據。（4）基礎地理信息數據：臺州臨海1∶500比例尺的水系及DEM數據。（5）電網分布數據。

2 風險評估方法

從風險評估四要素出發，充分考慮致災因子危險性、孕災環境敏感性、承災體易損性和防災減災能力（即暴雨頻率、相對高差和水網密度、電網密度、國民生產總值）的空間差異和權重差異，進行暴雨對電網安全影響的等級劃分、區劃和分區評價。

3 技術路線

電網風險評估技術路線見圖1。

3.1 致災因子程度計算

統計各站每年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、98百分位數的降雨量值，即劃分為1～5個等級。根據暴雨強度等級越高，對內澇形成所起的作用越大的原則，確定降水致災因子權重，將暴雨強度5、4、3、2、1級分別取作權重，并進行5級劃分。

3.2 孕災環境計算

高程：從高程數據中，劃分2 m×2 m的網格，采用周圍8個格點高程標準差為地形起伏變化，作為地形影響指數。高程越低、標準差越小，表示越有利于形成澇災，影響值就越大。

水系：主要包括河網密度和距離水體的遠近。在1∶500的地形圖中采用2 m×2 m的網格計算河網密度。距離水體遠近的影響則用GIS中的計算緩沖區功能實現，其中河流應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，分為一級緩沖區和二級緩沖區，給予0～1適當的影響因子值。河網密度和緩沖區影響規范化處理后，給予權重值，采用加權綜合評價法求得水系影響指數。

計算暴雨內澇災害孕災環境敏感指數，并采用自然斷點法，將敏感性劃分為5個等級。

3.3 承災體易損性

從發電量和耗電量兩方面分析，利用GIS中自然斷點法將綜合承災體易損性指數按5個等級分區劃分，并基于GIS繪制綜合承災體易損性指數區劃圖。

3.4 防災抗災能力

防災抗災能力是受災區對暴雨災害的抵御和恢復程度，是為應對暴雨內澇災害所造成的損害而進行的工程和非工程措施，主要考慮人均GDP。對人均GDP規范化處理后，利用自然斷點分級法，繪制暴雨內澇災害防災抗災能力區劃圖。

3.5 暴雨內澇電網災害風險區劃

在以上因子定量分析評價基礎上，暴雨內澇災害風險指數計算式如下：

bynl=（bywe）（yzwh）（cztws）（10-fznl）wr

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

4 結語

隨著全球氣候變暖和城市化進程的加快，城市暴雨內澇已引起各國政府和學者的高度關注。社區作為組成現代城市的基本單元，在城市減災降險中具有重要的基礎作用。因此，以社區為基礎的災害風險管理成為近年來國際社會普遍認可并被實踐證明是行之有效的管理災害的理念與手段，而風險評估作為社區災害風險管理的基礎和前提則成為各國學者探討的熱點問題之一。該文以國網浙江省電力公司科技項目資助（521172Z1400SX）為依托，在實地考察和調研暴雨內澇災害及其風險管理現狀，并獲得大量文獻資料和一手數據的基礎上，綜合運用GIS方法、情景分析方法和概率統計方法開展了典型城市社區暴雨內澇災害風險評估的實證研究。

參考文獻

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