鄂西電網抵御自然災害能力評估

蔡德福，施通勤，周鯤鵬，盧生煒，曹 侃，蔣 偉，姚 堯，王 瑩

（1.國網湖北省電力公司電力科學研究院，湖北 武漢 430077；2.國網湖北省電力公司，湖北 武漢 430077）

0 引言

近年來，極端異常氣候對電力設施破壞事件發生的頻度不斷增加[1-4]。我省西部的武陵山區、秦巴山區在極端自然災害中出現過數次大范圍、長時間的停電事件，嚴重影響當地正常的工農業生產和人民生活。為提升鄂西電網的抗災能力和供電服務水平，有必要開展鄂西電網抵御自然災害能力評估。

本文研究的鄂西電網包括恩施、宜昌、襄陽、十堰、神農架等5個地級市（自治州、林區）的24個縣域電網，具體包括恩施州的恩施市、利川、建始、巴東、宣恩、咸豐、來鳳、鶴峰等2個市6個縣，宜昌市的五峰、長陽、秭歸、遠安、夷陵、興山等6個縣（區），襄陽市的保康、南漳、谷城等3個縣，十堰市的丹江口、鄖陽、鄖西、竹山、竹溪、房縣等6個縣（區），以及神農架林區。本文的鄂西電網特指上述的5個地級市（自治州、林區）24個縣級區域涉及到的220 kV及以下電壓等級電網。

本文從電網結構和設備兩個方面詳細分析鄂西不同電壓等級（包括220 kV、110 kV、35 kV、10 kV）電網的抵御自然災害能力和薄弱點，可為下一步針對性地提出鄂西電網抗災能力提升措施建議奠定堅實基礎。

1 220 k V電網抵御自然災害能力

1.1 電網結構及其薄弱點

2008～2016年，自然災害共造成鄂西電網32條220 kV線路停運33條次，倒斷塔10基，斷損線長度11.1 km，其中僅宜昌發生過1次220 kV線路受災停運導致負荷損失的情況。220 kV電網相對堅強。

為進一步提高鄂西220 kV電網抗災能力，應在電網規劃和運行中重視以下電網安全運行風險點。

（1）豐水期十堰外送通道壓力較大

考慮穩控系統投運，十堰外送通道穩定限額為900 MW，受制于500 kV十樊雙回線同跳后220 kV線路過載。京能熱電投運后，若豐水期不限制十堰水火電出力，正常方式220 kV龍當線即可能過載。

（2）恩施電網存在斷面卡口

2016年冬季高峰時段，220 kV恩蕉和恩旗斷面輸送功率最大為490 MW，平均為420 MW，超400 MW的穩控限額。若自然災害造成220 kV恩蕉線同塔雙回同跳，恩旗線將嚴重過載，存在連鎖跳閘風險。

（3）宜昌220 kV五峰變單線饋供單變運行

220 kV五峰變只有一條220 kV朝峰線作為220 kV電源支撐，且單變運行。2014年，朝峰線因線路覆冰導致線路斷裂，造成220 kV五峰、110 kV萬馬池等變電站失壓，引起負荷損失。

（4）神農架220 kV樂意變單線饋供單變運行

220 kV樂意變只有一條220 kV翁樂線作為220 kV電源支撐，并且單變運行。

1.2 設備及其薄弱點

（1）恩施

利壩線等8條220 kV線路存在抗冰能力不足的問題。其中利壩線最為突出，該線路001－011號、064－069號、084－089號區段按照15 mm冰厚設計，其他區段按照10 mm冰厚設計。但001－011號、064－069號、084－089號區段的設計水平仍較冰區等級要求（依據2014版湖北電網冰區分布圖，下同）低1個等級，070－083號、090－116號區段的設計水平較冰區等級要求低2個等級。

（2）宜昌

麂桑線等5條220 kV線路存在抗冰能力不足的問題。其中麂桑線全線按照10 mm冰厚設計，但15－64號區段的設計水平較冰區等級要求低2個等級。麂泉線等4條220 kV線路均按照10 mm冰厚設計，設計水平較冰區等級要求低1個等級。

（3）襄陽

220 kV順水線存在抗洪澇災害能力不足的問題，其中8基桿塔、2.2 km導地線不滿足抗災要求。

（4）十堰

220 kV十懸線、十房線存在抗冰能力不足的問題。220 kV十懸線10－12號、22－29號、40－42號區段，220 kV十房線9－11號、60－75號、76－77號、80－84號、122－127號區段均按照10 mm冰厚設計，設計水平較冰區等級要求低1個等級。

220 kV黃柏線存在抗洪澇災害能力不足的問題，其中4基基礎（含拉線、護坡、防洪設施）不滿足抗災要求。220 kV十當線存在抗地質災害能力不足的問題，其中6基基礎不滿足抗災要求。

（5）神農架

神農架電網僅有翁樂線1條220 kV輸電線路，涉及桿塔8基，線路設計冰厚與冰區圖相符合，而且投運以來未發生過因自然災害造成的線路故障。

2 110 k V電網抵御自然災害能力

2.1 電網結構及其薄弱點

2008～2016年，自然災害共造成鄂西電網45條110 kV線路停運77條次，倒斷塔16基，斷損線長度74.3 km。其中僅宜昌發生過1次110 kV線路受災停運導致負荷損失的情況。110 kV電網相對堅強。

鄂西各地區110 kV電網形成以各220 kV變電站為中心的供電格局，電網接線模式包括鏈式、環網、輻射，如圖1所示。鏈式、環網、雙輻射接線因具有2路及以上電力供應通道，供電可靠性較高。鄂西110 kV電網結構情況如表1所示。鄂西電網共有110 kV線路309條，其中鏈式、環網、輻射接線分別有146、70、93條，占比分別為47.2%、22.7%和30.1%，鏈式、環網、雙輻射接線共251條，占比81.2%，具有較高的供電可靠性。

圖1 110 k V電網結構示意圖Fig.1 Schematic diagram of 110 k V power grid structure

表1 110 k V電網結構情況Tab.1 110 k V power grid structure

表2列出了鄂西110 kV電網薄弱點，鄂西電網110 kV線路“N-1”通過率為77.7%，其中襄陽電網110 kV線路“N-1”通過率最高，為88.5%；恩施和神農架電網110 kV線路“N-1”通過率最低，均為60%。鄂西電網共有69條110 kV線路不滿足“N-1”，其中受災停運線路17條次，占停運110 kV線路的22.1%；55條線路既不滿足“N-1”且下級轉供通道轉移負荷能力不足，占所有線路的17.8%。不滿足“N-1”且下級轉供通道轉移負荷能力不足的110 kV線路是規劃、改造和運維的重點，受災故障時發生負荷損失的風險大。

表2 110 k V電網薄弱點Tab.2 110 k V power grid weakness

2.2 設備及其薄弱點

恩施、宜昌、十堰、神農架110 kV公用主變情況如表3所示。恩施不存在運行年限超過30年的主變。宜昌、十堰運行年限超過30年的主變各2臺。神農架無運行年限超過20年的主變。

表3 恩施、宜昌、十堰、神農架110 k V公用主變情況Tab.3 110 k V public transformer of Enshi,Yichang,Shiyan and Shennongjia

恩施、宜昌、十堰、神農架110 kV公用架空線路情況如表4所示。恩施和神農架不存在運行年限超過30年的架空線路。宜昌、十堰運行年限超過30年的架空線路分別為199.01 km、443.07 km。

表4 恩施、宜昌、十堰、神農架110 k V公用架空線路情況Tab.4 110 k V public line of Enshi,Yichang,Shiyan and Shennongjia

恩施110 kV線路導線截面以185 mm2、150 mm2為主。桿塔以鐵塔為主，仍存在部分水泥桿塔。共有15條110 kV線路存在抗冰能力不足的問題。其中110 kV壩橋線和紅塘線的設計水平比冰區等級要求低2個等級，利青一/二回、利茶一/二回等13條110 kV線路的設計水平比冰區等級要求低1個等級。

神農架110 kV宋紅線、紅田線、松宋線和松陽線為老舊線路。110 kV松宋線等3條線路存在抗冰能力不足的問題，其中110 kV宋紅線的設計水平比冰區等級要求低3個等級，110 kV松宋線的設計水平比冰區等級要求低2個等級，110 kV松陽線的設計水平比冰區等級要求低1個等級。

保康縣運行年限超過30年的110 kV主變、線路分別有0臺、1條，其中110 kV黃保線導線型號為LGJ-95，投運于1981年，運行年限超過30年。南漳縣共有110 kV公用主變7臺，運行年限均在10年以內。110 kV線路總長度170.022 km，其中運行年限20年以上的線路58 km，占比34.11%。谷城縣共有110 kV公用主變11臺，運行年限均在30年以內。110 kV線路14條，總長度170.74 km，其中運行年限20年以上的線路39.5 km，占比23.13%。存在部分LGJ-240/150混合線路，限制了線路的帶負荷能力，如110 kV汾谷一、二回線。

3 35 k V電網抵御自然災害能力

3.1 電網結構及其薄弱點

2008～2016年，自然災害共造成鄂西電網69條35 kV線路停運96條次，倒斷塔179基，斷損線長度285.5 km，影響用戶32.3萬戶，累計損失電量279.4×104kW·h。

鄂西各地區35 kV電網形成以各220 kV及110 kV變電站為中心的供電格局，電網接線模式包括單鏈式、單環網、輻射。鄂西電網共有35 kV線路479條，其中單鏈式、單環網、輻射接線分別為176、58、245條，占比分別為36.7%、12.1%和51.2%，如表5所示。與110 kV電網相比，35 kV電網接線模式以單輻射為主。

表5 35 k V電網結構情況Tab.5 35 k V power grid structure

表6列出了鄂西35 kV電網薄弱點，鄂西電網35 kV線路“N-1”通過率為39.9%，其中襄陽電網110 kV線路“N-1”通過率最高，為62.1%；恩施電網35 kV線路“N-1”通過率最低，為26.7%。鄂西電網共有288條35 kV線路不滿足“N-1”，其中受災停運線路60條次，占停運35 kV線路的62.5%；170條線路既不滿足“N-1”且下級10 kV轉供通道轉移負荷能力不足，占所有線路的35.5%。不滿足“N-1”且下級轉供通道轉移負荷能力不足的35 kV線路受災故障時發生損失負荷的風險大。

表6 35 k V電網薄弱點Tab.6 35 k V power grid weakness

此外，部分35 kV線路存在T接和長距離多級串供的情況，導致這部分線路和變電站供電可靠性不高。鄂西電網有T接35 kV線路53條，其中恩施、宜昌、襄陽、十堰、神農架分別有22、13、5、13、0條，如恩施的芭盛桅線桅桿堡線。鄂西電網有長距離多級饋供變電站91座，其中恩施、宜昌、襄陽、十堰、神農架分別有49、27、4、11、0座，如十堰竹溪城關－水坪－新州－中梁35 kV線路串接總長度43.5 km。恩施地區35 kV線路T接和長距離多級串供問題最為突出。

3.2 設備及其薄弱點

恩施、宜昌、十堰、神農架35 kV公用主變情況如表7所示。恩施、宜昌、十堰各存在1臺、5臺、2臺運行年限在30年以上的主變。

恩施、宜昌、十堰、神農架35 kV公用架空線路情況如表8所示。除神農架外，均存在運行年限超過30年的架空線路。

表7 恩施、宜昌、十堰、神農架35 k V公用主變情況Tab.7 35 k V public transformer of Enshi,Yichang,Shiyan and Shennongjia

恩施35 kV線路導線截面以70 mm2、50 mm2為主。桿塔以鐵塔為主，仍存在較多水泥桿塔和拉線塔。共有34條35 kV線路存在抗冰能力不足的問題。其中高龍線等8條35 kV線路的設計水平比冰區等級要求低2個等級，官火線等26條35 kV線路的設計水平比冰區等級要求低1個等級。

表8 恩施、宜昌、十堰、神農架35 k V公用架空線路情況Tab.8 35 k V public line of Enshi,Yichang,Shiyan and Shennongjia

神農架林區松朝線等6條35 kV線路存在抗冰能力不足的問題。其中，35 kV宋坪線和松朝線的設計水平比冰區等級要求低2個等級，35 kV木板線、紅木線等4條線路的設計水平比冰區等級要求低1個等級。

保康縣共有14條35 kV線路導線截面偏小，包括黃后線、后歇線、橋歇聯線歐店支線等。運行年限超過30年的35 kV線路4條。南漳縣共有35 kV公用主變32臺，運行年限均在20年以內。35 kV線路總長度354.714 km，運行年限均在30年以內。谷城縣共有35 kV公用主變20臺，其中運行年限超過30年的主變2臺。35 kV線路總長度253.289 km，其中運行年限超過30年線路長度33.75 km，占比13.32%。

4 10 k V電網抵御自然災害能力

2008～2016年，自然災害共造成鄂西電網809條10 kV線路停運1 265條次，倒斷桿33 603根，斷損線長度4 114.4 km，影響用戶160萬戶，累計損失電量1 548×104kW·h。

鄂西電網10 kV公用線路基本情況如表9所示。恩施的10 kV線路條數最多、長度最長、平均供電半徑最大，且木質電桿比例最高，占比5.69%。神農架林區的10 kV線路聯絡率最低，為11%；“N-1”通過率最低，為8%。鄂西電網10 kV公用線路運行年限情況如圖2所示。宜昌和襄陽運行年限大于20年的10 kV線路占比較高，分別為36.79%和39.38%。

表9 10 k V公用線路基本情況Tab.9 Basic information of 10 k V public line

圖2 10 k V公用線路運行時間Fig.2 The operation time of 10 k V public line

鄂西電網10 kV公用主變基本情況如表10所示。恩施的10 kV主變臺數最多，主變容量最大，接入的重要用戶數也最多。

表11為鄂西電網10 kV線路位于災害區域的占比情況。鄂西電網45.8%的10 kV線路位于中、重冰區（覆冰＞10 mm），3.5%的10 kV線路位于9級以上大風區（風速＞23.5 m/s），15.5%的10 kV線路位于多雷區（地閃密度大于 2.78次/（km2·a）），6.8%的 10 kV線路位于易發洪澇災害區，5.7%的10 kV線路位于易發地質災害區。神農架、恩施10 kV線路位于中、重冰區的比重較大，分別為100%、65.6%，宜昌10 kV線路位于多雷區占比較高，為20.86%。位于災害區域的線路占比越高，線路故障風險越大。

表10 10 k V公用主變基本情況Tab.10 Basic information of 10 k V public transformer

表11 10 k V線路位于災害區域的占比情況（單位：%）Tab.11 The proportion of 10 k V line in the disaster areas（unit：%）

5 結語

鄂西電網受自然災害影響出現過數次大范圍、長時間的停電事件。本文從電網結構和設備兩個方面詳細分析了鄂西不同電壓等級電網的抵御自然災害能力和薄弱點。鄂西220 kV和110 kV電網結構以鏈式、環網、雙輻射接線為主，抵御自然災害能力較強。35 kV及以下電壓等級電網結構以單輻射為主，電網抵御自然災害能力較弱。部分35 kV線路存在T接和長距離多級串供的情況，其中恩施地區最為突出。鄂西220 kV及以下各電壓等級電網均存在線路設計抗冰能力不足的問題，其中鄂西有45.8%的10 kV線路位于中、重冰區，建議進一步提升鄂西電網的抗冰能力。研究成果可為提高鄂西電網抗災能力提供指導。

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