電力系統(tǒng)地震災(zāi)害及防救規(guī)劃對(duì)策

王麗華 王志濤,2 郭小東,2

(1.北京工業(yè)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院,北京 100124； 2.北京工業(yè)大學(xué)抗震減災(zāi)研究所,北京 100124)

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電力系統(tǒng)地震災(zāi)害及防救規(guī)劃對(duì)策

王麗華1王志濤1,2郭小東1,2

(1.北京工業(yè)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院,北京 100124； 2.北京工業(yè)大學(xué)抗震減災(zāi)研究所,北京 100124)

通過統(tǒng)計(jì)電力系統(tǒng)三大組成部分在國外多次重大地震災(zāi)害中的破壞情況，分析了設(shè)備類型及安置方式對(duì)電力系統(tǒng)震害破壞程度的影響，并結(jié)合唐山與阪神兩次重大地震災(zāi)害的應(yīng)急響應(yīng)實(shí)例，整理了電力系統(tǒng)震后恢復(fù)工作的模式類型、基本原則、工作順序等內(nèi)容，為電力系統(tǒng)防災(zāi)規(guī)劃的研究和推行提供參考。

電力系統(tǒng)，地震災(zāi)害，發(fā)電站，應(yīng)急恢復(fù)體系

0 引言

電力系統(tǒng)作為關(guān)系國家安全和國民經(jīng)濟(jì)命脈的重要基礎(chǔ)設(shè)施，由于其生產(chǎn)的電能無法大量貯存，通常利用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)線將電能從發(fā)電廠輸送并分配給所有用戶，整個(gè)電力系統(tǒng)集生產(chǎn)、輸送、分配和消費(fèi)于一體，上述各組成部分之間相互關(guān)聯(lián)、相互影響。

隨著我國電網(wǎng)規(guī)模的日益增大，其結(jié)構(gòu)組成和運(yùn)行方式已經(jīng)趨于多樣化發(fā)展，一旦發(fā)生事故，極有可能通過關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)分散傳播，出現(xiàn)多類電力設(shè)施的連鎖性故障，進(jìn)而引發(fā)大面積停電等事故[1]。

研究發(fā)現(xiàn)，一旦電力系統(tǒng)發(fā)生功能性破壞，不僅無法實(shí)現(xiàn)其自身的電力供應(yīng)，而且還會(huì)影響生命線工程其他系統(tǒng)的工作能力，甚至導(dǎo)致其他系統(tǒng)完全癱瘓[2，3]。例如日本福島大地震及海嘯等極端災(zāi)害的發(fā)生，給電力系統(tǒng)帶來了嚴(yán)重破壞，造成大范圍、長時(shí)間的停電事故，嚴(yán)重影響了居民生活及生產(chǎn)等方面的電力供應(yīng)[4，5]。

本文通過匯總國內(nèi)外強(qiáng)震災(zāi)害過程中的電力系統(tǒng)破壞情況，總結(jié)發(fā)電站、變電站及輸電線等多個(gè)電力系統(tǒng)組成部分的震害規(guī)律。根據(jù)電力震后應(yīng)急響應(yīng)，從人員配備、物資儲(chǔ)備等多方面提出電力系統(tǒng)震后恢復(fù)體系的構(gòu)建策略，為電力系統(tǒng)抗震防災(zāi)規(guī)劃的制定和實(shí)施提供幫助。

1 電力系統(tǒng)震害分析

1.1 發(fā)電站地震災(zāi)害

如圖1所示，發(fā)電站作為城市電力系統(tǒng)的首要組成部分，一旦發(fā)生地震破壞，會(huì)直接影響其所在電力系統(tǒng)的電力生產(chǎn)能力，甚至導(dǎo)致整個(gè)區(qū)域喪失了電力供應(yīng)。

例如，1976年7月28日發(fā)生唐山大地震，陡河發(fā)電廠和唐山發(fā)電廠的廠區(qū)地震烈度均為9度以上，區(qū)域內(nèi)建筑破壞極其嚴(yán)重，

大量發(fā)電設(shè)備及基礎(chǔ)設(shè)施損毀，導(dǎo)致發(fā)電廠喪失了正常工作能力。地震發(fā)生后，唐山地區(qū)電力供應(yīng)徹底停止，嚴(yán)重影響了災(zāi)民生活質(zhì)量和災(zāi)后救援工作。

1.2 變電站地震災(zāi)害

如圖2所示，變電站作為城市電力系統(tǒng)的重要組成部分，其抵御震害破壞的能力較差且容易產(chǎn)生巨大的震害不利影響。

例如，唐山市供電局在當(dāng)?shù)毓膊贾糜?8座變電站參與日常變電工作，調(diào)研發(fā)現(xiàn)，其中33座變電站發(fā)生嚴(yán)重震害。發(fā)生嚴(yán)重震害破壞的變電站中有15%徹底倒塌，24%部分倒塌，61%的變電站出現(xiàn)了諸如墻體裂縫或墻體傾斜等破壞。

1.3 配電線路地震災(zāi)害

如圖3所示，電力輸送線路由于工作布置方式和結(jié)構(gòu)特性比較特殊，導(dǎo)致其自身震害較輕且容易修復(fù)，由于影響范圍較大，仍需對(duì)其在地震過程中的破壞問題提高警惕。

例如，大阪到神戶地區(qū)的輸電線路共包括架空配電線和地下配電線2種。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，上述2類配電線在遭遇阪神地震時(shí)發(fā)生破壞的概率相近，各自約占總線路的3%，所有線路破壞均發(fā)生在7級(jí)烈度以上區(qū)域。

2 電力系統(tǒng)震后恢復(fù)

2.1 電力系統(tǒng)的震后恢復(fù)模式

電力系統(tǒng)的震后恢復(fù)一般分為三種模式：

其一是緊急恢復(fù)災(zāi)區(qū)內(nèi)發(fā)生震害的發(fā)電廠，就地解決電力供應(yīng)問題，無需外部的電力輸入；其二是當(dāng)災(zāi)區(qū)沒有發(fā)電廠或雖有發(fā)電廠但因震害嚴(yán)重導(dǎo)致短期不可能恢復(fù)供電時(shí)，只能引入災(zāi)區(qū)附近城市的發(fā)電廠的電力能源；其三是以上兩種模式的組合，利用外地發(fā)電廠的電力部分補(bǔ)充災(zāi)區(qū)發(fā)電廠喪失的發(fā)電能力。

2.2 電力系統(tǒng)的震后恢復(fù)原則

整個(gè)電力系統(tǒng)恢復(fù)工作應(yīng)分階段進(jìn)行，其基本原則為震后采用先供電后發(fā)電，先簡易送電再健全完善，先供重點(diǎn)后供一般。

以唐山地震為例，其電力系統(tǒng)恢復(fù)工程可以分為如下四個(gè)階段：

1)7月28日～8月1日，利用京津唐電網(wǎng)將外部電力輸送至唐山災(zāi)區(qū)；2)8月2日～8月14日，增加唐山災(zāi)區(qū)的接收外來電能的路線，即由1條11萬V輸電線增加為4條，增加災(zāi)區(qū)供電范圍；3)8月15日～8月27日，增加唐山災(zāi)區(qū)的供電能力，修復(fù)地震災(zāi)害影響范圍內(nèi)的主要輸電線路和城市主變壓站，提升了唐山市的電力負(fù)荷能力；4)8月27日以后，恢復(fù)唐山災(zāi)區(qū)的2個(gè)發(fā)電站，經(jīng)過長時(shí)間不間斷的高強(qiáng)度修復(fù)工作，唐山發(fā)電站的各機(jī)組相繼并網(wǎng)發(fā)電，為了降低余震對(duì)電力系統(tǒng)的二次破壞，在恢復(fù)過程中電力設(shè)施、設(shè)備采取了加固措施。

2.3 電力震害應(yīng)急恢復(fù)體系

震害發(fā)生之后，國家應(yīng)在第一時(shí)間成立震害應(yīng)急調(diào)查部門，震害影響范圍內(nèi)的省市縣分別成立震害應(yīng)急處理部門，形成可以緊急進(jìn)行災(zāi)害情報(bào)收集、分析、判斷、傳遞的抗震救災(zāi)體系。基于收集并歸納的震害情報(bào)，判斷電力系統(tǒng)應(yīng)急恢復(fù)體系的構(gòu)建基礎(chǔ)是否滿足需要，主要包括電力恢復(fù)人員配置及業(yè)務(wù)水平、電力恢復(fù)物資儲(chǔ)備等多方面內(nèi)容。

以日本抗震救災(zāi)體系構(gòu)建原則為例，具體要求如下：

1)電力恢復(fù)人員配置。發(fā)生強(qiáng)烈地震災(zāi)害時(shí)，依據(jù)國家確保有一定數(shù)量的電力恢復(fù)人員，地震災(zāi)害一旦發(fā)生，果斷采取有效措

施保證公司電力系統(tǒng)不受震害影響。

2)恢復(fù)物資及其運(yùn)輸。如果電力系統(tǒng)緊急恢復(fù)的庫存物資不足時(shí)，應(yīng)由災(zāi)區(qū)附近的物資儲(chǔ)備中心緊急補(bǔ)充。政府、醫(yī)院、學(xué)校等主要單位應(yīng)配備相應(yīng)數(shù)量的發(fā)電機(jī)、移動(dòng)變壓器車、移動(dòng)電開關(guān)設(shè)施車等，保證上述單位在震后能迅速恢復(fù)自身電力供給，維持其正常運(yùn)行。

2.4 電力震害應(yīng)急恢復(fù)順序

1)發(fā)電站或發(fā)電設(shè)備應(yīng)首先恢復(fù)能夠確保發(fā)電站內(nèi)供電電源的發(fā)電站，其次應(yīng)恢復(fù)對(duì)城市電力系統(tǒng)影響較大的發(fā)電站，再次應(yīng)恢復(fù)區(qū)域供電功能的發(fā)電站，最后恢復(fù)其他類型的發(fā)電站。

2)送電設(shè)備應(yīng)首先恢復(fù)城市電力系統(tǒng)失效的主要線路，其次應(yīng)恢復(fù)城市電力系統(tǒng)失效的其他線路，再次應(yīng)恢復(fù)部分電力系統(tǒng)失效的主要線路，最后應(yīng)恢復(fù)電力系統(tǒng)失效的其他線路。

3)變電設(shè)備首先恢復(fù)與主要干線恢復(fù)有關(guān)的承擔(dān)送電任務(wù)的變電站，其次恢復(fù)城市中心區(qū)送配電的送電系統(tǒng)的中間變電站，最后恢復(fù)重要設(shè)施配電用的變電站。

4)配電設(shè)備應(yīng)首先恢復(fù)給交通、通信、給排水、煤氣等生命線系統(tǒng)，醫(yī)院、新聞與政府機(jī)關(guān)等公共機(jī)構(gòu)供電的線路，然后恢復(fù)其他線路。

3 結(jié)語

1)電力系統(tǒng)作為城市災(zāi)害生命線工程的主要組成部分，一旦遭到震害作用，其他生命線工程如供水、煤氣等系統(tǒng)均會(huì)遭受打擊，為災(zāi)后民眾生活恢復(fù)及應(yīng)急救援造成不利影響。

2)發(fā)電站、變電站及輸電線路等作為城市電力系統(tǒng)的主要組成部分，當(dāng)遭遇重大地震災(zāi)害時(shí)，將根據(jù)其各自的設(shè)備特點(diǎn)出現(xiàn)程度不等、影響范圍不同的破壞效果。

3)根據(jù)震后電力系統(tǒng)應(yīng)急響應(yīng)工作特點(diǎn)，總結(jié)震后電力恢復(fù)模式、恢復(fù)原則、恢復(fù)順序等若干問題的解決措施，從震害實(shí)例的角度解讀震后電力恢復(fù)的工作綱領(lǐng)。

[1] 趙遵廉.中國電網(wǎng)的發(fā)展與展望[J].中國電力，2004(1):1-6.

[2] 魏 巍.電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的思考[J].云南電業(yè)，2004(4):39-40.

[3] 魯斯伊.現(xiàn)代電力系統(tǒng)防災(zāi)措施的構(gòu)想[J].四川水利發(fā)電，2011，30(5):171-174.

[4] CUTTER S L，BARNES L，BERRY M，et al.A place-based model for understanding community resilience to natural disasters[J].Global Environmental change，2008，18(4):598-606.

[5] ABBEY C，CORNFORTH D，HATZIARGYRIOU N，et al.Powering through the storm:micro grids operation for more efficient disaster recovery[J].IEEE Power and Energy Magazine，2014，12(3):67-76.

[6] 蘇幼坡，蘇經(jīng)宇.城市生命線系統(tǒng)震后恢復(fù)的基礎(chǔ)理論與實(shí)踐[M].北京：地震出版社，2010：132-133.

The power system earthquake disaster and prevention planning countermeasures

Wang Lihua1Wang Zhitao1,2Guo Xiaodong1,2

(1.ArchitectureandUrbanPlanningSchool,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124,China; 2.EarthquakeDisasterReductionInstitute,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124,China)

Through the statistical of the damage situation of three components of power system in several major geological disasters at home and abroad, analyzed the influence of equipment type and placement to power system earthquake disaster damage extent, combining with the emergency response examples of Tangshan and Kobe two major earthquake disasters, finished the patterns, basic principles, work orders and other contents of power system restoration work after earthquake, provided reference for the research and implementation of power system disaster prevention planning.

power system, earthquake disaster, power station, emergency recovery system

2016-11-26

王麗華(1991- )，女，在讀碩士

1009-6825(2017)04-0045-02

TU894

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