電力氣象災害時空分布特征及其影響分析

甘肅省環(huán)縣氣象局 宋亞男，王娟，李巧霞

作為城市的經(jīng)濟命脈，電網(wǎng)是城市可持續(xù)發(fā)展的關鍵。在現(xiàn)代經(jīng)濟建設發(fā)展中，我國輸電線路的建設技術也在不斷發(fā)展。如電線電路的長度和擴張容量也在不斷增加，對整個電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性也帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)。如何在惡劣的氣候環(huán)境下保證電網(wǎng)的穩(wěn)定質(zhì)量，成為了電力部門的關注重點。為了有效應對電網(wǎng)的安全事故問題，要積極采用科學的管控措施來減少和規(guī)避電力風險，盡可能保證電力系統(tǒng)的生產(chǎn)質(zhì)量。

一、相關概念簡述

（一）氣象災害時空分布特點的價值

一些研究表示，通過分析電力氣象災害分布圖可以分析電力災害的時空特點，并結合其災害情況對時空分布進行詳細分析。一些研究表明，可結合電網(wǎng)絕緣強度和雷電的頻繁情況給出危險雷電分布圖，并基于雷電的分布情況提出防雷配置的基本原則和方法。也有理論表示，可基于電網(wǎng)的電力負荷來考慮氣象因子的特點和作用，但是大多人對電網(wǎng)的災害分布和頻次認識不足，無法結合地域情況分析氣象災害和其時空分布特點，總結相應的災害特點和分布規(guī)律，無法對電網(wǎng)災害的問題提出針對性的參考。

（二）簡述氣象災害及其特點

氣象災害對電網(wǎng)生產(chǎn)的影響包括雷擊、污閃、外力破壞以及風害等。結合電網(wǎng)的生產(chǎn)特點來看，因為氣象環(huán)境具有周期性和波動性特點，在一些氣候變化的大環(huán)境下，一些惡劣天氣和極端事件的發(fā)生概率增加，而裸露在外界環(huán)境的架空輸電線路和變電設備也存在一些問題，導致其安全運行受氣象環(huán)境影響。

從概念上來看，氣象災害的作用表現(xiàn)為大氣環(huán)境對輸電線路釋放能量，直接導致電氣故障，可導致線路強迫停運或者是大范圍停電。如常見的臺風吹斷桿塔、閃絡跳閘、雷電擊穿絕緣設備等。對氣象的微觀積累要素進行分析可知，不同的氣象環(huán)境對輸變電設備的絕緣結構、磨損老化以及結構應力等都有影響。可通過相對濕度、風速以及氣壓、大氣污染等作用觀察在氣象災害影響下的變化規(guī)律和特點，可研究氣象災害的實際特點，結合一些特殊的機理模型全面掌握氣象對輸電線路的作用和規(guī)律，進而為后期風險預警管理、災害的在線故障預測等做好鋪墊工作，最終保證輸電線路的運行安全和穩(wěn)定。

二、案例資料分析

氣象研究表示，造成電力氣象災害的因素較多，其中包括高溫、雷電以及冰災等，這些都有可能引發(fā)電力輸送問題。因為冰災和高溫的影響范圍大、波及面廣，電力氣象災害問題也十分嚴重，因此可能會加重電網(wǎng)的大面積受損。如湖南省的電網(wǎng)因為冰凍天氣影響受到嚴重破壞，在2008年，湖南省電網(wǎng)除湘西、湘北地區(qū)都出現(xiàn)了停運問題，連續(xù)的惡劣天氣對電網(wǎng)的生產(chǎn)和運行帶來了嚴重的影響，也威脅了人們的生活和社會的穩(wěn)定。此外，因為持續(xù)的高溫影響，一些地區(qū)可能出現(xiàn)嚴重的高溫天氣，一方面會導致用電負荷增加，導致電力系統(tǒng)波動，另一方面高溫天氣也會對電力電纜造成影響，電力單位要及時調(diào)整電網(wǎng)體系，預防用電過量的問題。本文結合電力冰凍和高溫災害進行分析，對高溫、冰凍災害的失控分布特點以及電力影響問題進行分析，以降低自然災害。

（一）資料來源

本次研究選取A地96個氣象站在1987-2017年的逐日覆冰、冰凍日數(shù)等資料，統(tǒng)計月平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫進行分析，所有的資料都來源于當?shù)貧庀髾n案館。

（二）標準冰厚計算分析

可結合電線的覆冰，按照其厚度分為霧凇、混合凝結、雨凇、濕雪等，在實際的研究中為了體現(xiàn)氣象資料的可比性，可見觀冰站的資料更換成0.9 g/cm 3的標準冰，測量時需要根據(jù)實際測覆冰的長短來計算標準的冰厚。

（三）分析冰凍災害的時空分布特點

結合A地不同時間段的覆冰厚度變化可知，A地平均冰凍日對比，最長時間可達6.8d，北部地區(qū)平均時間小于2d，而南部地區(qū)的冰凍時間約為6-9d。可結合觀測站點的冰凍積累日進行分析，一般累積冰凍日的最大值為東部，超過了360d，此外，在東南部部分地區(qū)有200d、210d、215d，這些地區(qū)都是容易發(fā)生電力災害的地區(qū)。整體而言，可結合當?shù)刈畲蟾脖目臻g分布可知，當?shù)貐^(qū)域整體呈現(xiàn)出地理冰厚度北部比南部厚、山地比丘陵厚等特點。

結合電力生產(chǎn)而言，當?shù)?0年內(nèi)平均最大覆冰的厚度小于5mm，若排除極端天氣影響以及氣候影響，電力氣象的自然災害發(fā)生率不高。若平均最大覆冰厚度達到25-30mm，發(fā)生電力氣象災害的風險較大，覆冰在15-25mm區(qū)間，發(fā)生電力氣象災害較為頻繁。從整個覆冰的空間分布、平均冰凍日的空間分布以及最低氣溫分布情況來看，一般最大覆冰厚度超過25mm的地區(qū)更容易發(fā)生電力災害問題。可結合湖南省最大覆冰的空間分布情況，平均冰凍日數(shù)的空間分布特點來確定災害問題。

（四）探討高溫災害的時空分布特征

通過科學的研究分析方法，可宏觀掌握氣象災害對輸電線路的影響，因為氣象災害具有時空分布規(guī)律，可結合輸電線路故障事件的時空分布特征以及氣象和線路的關系，科學分析線路的基本特征，降低氣象災害對生產(chǎn)的影響。

首先，收集A地1998年-2018年近三十年的平均最高氣溫資料進行對比統(tǒng)計，其中在6-8月的平均氣溫最高，而在A地北部地區(qū)的7月，平均氣溫在34℃以上的環(huán)境較長，一般夏季體感舒適溫度在23-28攝氏度，氣象學家表示氣溫在35攝氏度可稱之為高溫天氣，而7月的平均氣溫較高，因此設置在34攝氏度，且容易發(fā)生電力氣象災害問題。整體而言，A地的北部地區(qū)更容易發(fā)生電力氣象災害問題。而東部的平均氣溫低于33攝氏度，因此發(fā)生電力高溫氣象災害的可能性不大。

其次，分析高溫災害對電力的影響。夏季高溫會影響電力負荷的效果，在連續(xù)的高溫、用電攀升的環(huán)境下，A地的最高氣溫可能會到35℃或超過這個臨界值，這也會增加供電設備、電力供應的生產(chǎn)難度。整體而言，若電力線路發(fā)生過載問題會直接威脅電網(wǎng)的運行穩(wěn)定性，一般可能會導致頻繁跳閘，嚴重時可能會導致變壓器過熱燒毀，直接引發(fā)主電力設備生產(chǎn)問題。在無法正常供電的環(huán)境下，夏季的氣溫不斷攀升也會導致電力負荷加大，若高溫天氣的電力線路超過限定符合值可能會使電力設備的壽命縮短，或引發(fā)火災。

三、結論

近年來，我國電網(wǎng)建設規(guī)模不斷擴大，電網(wǎng)資源的生產(chǎn)模式和地域跨度也不斷增加，考慮到氣象災害對電力非計劃停運的影響，建議結合氣象災害的特點，總結其時空分布特征和影響，進而做好風險預防和管控。本次研究以A地為研究對象，分析冰凍和高溫災害的時空分布特征對電力生產(chǎn)的影響，可得出以下結論；第一，A地平均最大覆冰厚度超過25mm的地區(qū)容易引發(fā)電力冰凍災害問題。第二，電力冰凍的災害形成或與自然災害的形成溫度、降水以及相對濕度等因素有關。若平均氣溫接近于0攝氏度便可能有降水問題發(fā)生，而相對濕度在80%時可能會導致電覆冰等問題，嚴重時可能導致電力設施垮塌，對整個電力生產(chǎn)運行帶來災難性的影響。第三，夏季高溫也會影響電力負荷的生產(chǎn)效能，若平均最高氣溫超過34攝氏度，會直接對供電設備以及電網(wǎng)安全、電力供應造成影響。

相關鏈接

電力是以電能作為動力的能源。發(fā)明于19世紀70 年代，電力的發(fā)明和應用掀起了第二次工業(yè)化高潮。成為人類歷史18世紀以來，世界發(fā)生的三次科技革命之一，從此科技改變了人們的生活。既是是當今的互聯(lián)網(wǎng)時代我們?nèi)匀粚﹄娏τ兄掷m(xù)增長的需求，因為我們發(fā)明了電腦、家電等更多使用電力的產(chǎn)品。不可否認新技術的不斷出現(xiàn)使得電力成為人們的必需品。20世紀出現(xiàn)的大規(guī)模電力系統(tǒng)是人類工程科學史上最重要的成就之一，是由發(fā)電、輸電、變電、配電和用電等環(huán)節(jié)組成的電力生產(chǎn)與消費系統(tǒng)。

當今是互聯(lián)網(wǎng)的時代，我們?nèi)匀粚﹄娏τ兄掷m(xù)增長的需求，因為我們發(fā)明了電腦、家電等更多使用電力的產(chǎn)品。不可否認新技術的不斷出現(xiàn)使得電力成為人們的必需品。

產(chǎn)生的方式主要有：火力發(fā)電(煤等可燃燒物)、太陽能發(fā)電、大容量風力發(fā)電技術、核能發(fā)電、氫能發(fā)電、水利發(fā)電等，21世紀能源科學將為人類文明再創(chuàng)輝煌。燃料電池燃料電池是將氫、天然氣、煤氣、甲醇、肼等燃料的化學能直接轉換成電能的一類化學電源。生物質(zhì)能的高效和清潔利用技術生物質(zhì)能是以生物質(zhì)為載體的能量。

由于國內(nèi)經(jīng)濟由高速增長期進入平穩(wěn)增長期，基建新增裝機規(guī)模將延續(xù)下降態(tài)勢，電力工程投資將進一步放緩，新增電源裝機以清潔高效火電項目和清潔能源項目為主。

（2013年中國電力市場投資運行態(tài)勢）中表示：火電方面，煤價的理性回歸將帶來煤電的進一步融合，但火電投資仍將延續(xù)下滑態(tài)勢，下滑幅度或將減小。由于火電與經(jīng)濟走勢密切相關，預測2013年火電項目投資仍將持續(xù)下滑。水電方面，隨著運營風電收益率的下降，電企對風電投資的動力也在下降，預測2013年電源投資中有所增長的將是水電投資。核電方面，隨著核電項目的重啟，2013年我國核電設備行業(yè)投資有望迎來新一輪增長。

其他新能源方面，雖然國家支持新能源發(fā)展的產(chǎn)業(yè)政策將引發(fā)新一輪新能源發(fā)電投資熱潮，循環(huán)經(jīng)濟、節(jié)能環(huán)保和綠色低碳產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間將進一步拓展，但由于近年來風電、光伏、天然氣等新能源發(fā)展速度過快，市場已趨于飽和甚至過剩。