臺風對電網的影響分析及應對措施

(國網上海市電力公司電力科學研究院,上海 200437)

0 引 言

中國位于亞洲東部，太平洋西岸，背陸面海，中東及東南沿海地區屬于亞熱帶季風氣候，每年6月至10月屬于臺風高發期。中國習慣將形成于26 ℃以上熱帶洋面上的熱帶氣旋(tropical cyclones)稱為臺風，依據國家標準GB/T 19201—2006，熱帶氣旋按中心附近地面最大風力劃分為6個等級：熱帶低壓、熱帶風暴、強熱帶風暴、臺風、強臺風和超強臺風[1]。

據統計，2018—2021年期間，每年登陸中國的熱帶氣旋平均7.25個，其中3.25個達到臺風及以上等級，臺風經常在福建、浙江、廣東等地登陸，影響范圍包括江西、安徽、江蘇、山東、遼寧及上海等地。伴隨臺風的大風、降水天氣不僅會造成拔樹倒屋、農田受淹等直接經濟損失，也會嚴重威脅電網安全[2]。目前中國特高壓交直流輸電網架主要集中在用電需求大、經濟社會發展水平高的沿海及部分內陸地區，更容易遭受臺風災害侵襲；對于分布更為廣泛的500 kV及以下電壓等級輸電線路，由于其桿塔抗風設計水平一般隨電壓等級逐級降低，臺風災害可能會導致線路倒塔、斷線等嚴重后果；伴隨臺風的大暴雨更可能會引發滑坡、泥石流等次生地質災害，嚴重威脅線路桿塔、變電站等輸變電設備的安全運行。

隨著電網規模的不斷擴大，電網對臺風災害監測預警技術的需求日益迫切。目前，國內外相關學者結合臺風氣象因素進行電力系統風險評估已有一定研究。文獻[3]從整體進行了電力系統風險評估；文獻[4]對臺風的風場進行了研究；文獻[5-9]對輸電線路風偏特性開展了研究，分析風偏特性的影響因素和防護措施，還從臺風對電網運行的實際危害中汲取防范經驗[10-13]。但現有文獻對臺風侵襲下電網的預警預報及應對措施研究較少。因此，有必要研究臺風對電網的影響以及電網防臺抗風的預警機制與應對措施，減小臺風帶來的危害，保障電力供應。下面針對近年來臺風對電網的影響進行分析，梳理臺風過境期間基于國網臺風監測預警中心的臺風預測預警響應機制，提出電網設備防臺抗風能力提升的技術手段和管理措施。

1 臺風對電網的主要危害

2016年福建遭遇臺風“莫蘭蒂”侵襲，造成多條500 kV線路損壞[14]。2017年臺風“天鴿”在廣東珠海南部沿海登陸，導致廣東電網35 kV及以上變電站停運77座，110 kV及以上線路跳閘138條，影響用戶292.1萬戶[15]。2019年臺風“利奇馬”登陸浙江，造成浙江電網500 kV線路跳閘32條次、220 kV線路跳閘87條次，3個220 kV變電站全停[16]。2020年強臺風“黑格比”在浙江沿海登陸，造成上海電網線路跳閘92起(停運39起)，其中110 kV 2起、35 kV 4起、10 kV 86起，影響臺區停電296個。

2021年，強臺風“煙花”前后兩次在浙江登陸，7月24日8時左右開始影響上海，至7月27日8時，臺風主要影響基本結束。臺風“煙花”強度強、移速慢，對上海影響持續時間長，期間上海電網共計發生線路跳閘402起，其中110 kV 5起、35 kV 39起、10 kV 358起，影響臺區停電4292個。受惡劣天氣不可抗力影響，部分故障搶修時間較長。

綜合來看，臺風登陸前后，登陸地及附近地區的電網可能出現設備密集跳閘的情況，容易引發極端薄弱供電方式，造成變電站全停，導致電網局部供電能力下降。臺風影響過程中，樹木倒伏(見圖1)、樹枝碰線(見圖2)、異物短路為臺風天氣下引起跳閘的主要原因，部分樹木修剪不到位、戶外設備裸露點等問題仍然存在，防臺抗災方面仍有大量工作要做。

圖1 臺風引起樹木倒伏

圖2 臺風引起樹枝碰線

2 基于國網臺風監測預警中心的臺風監測預警機制

2.1 臺風監測預警中心架構

以提升電網防臺抗風減災能力為宗旨，國家電網有限公司在2016—2021年期間，逐步建成國網臺風監測預警中心，實現九省兩市(浙江、福建、江西、安徽、江蘇、上海、山東、遼寧、吉林、黑龍江、天津)110 kV及以上電壓等級電網臺風監測的全面覆蓋和臺風預報預警信息的高精準發布。

臺風監測預警中心由主站和九省兩市子站以及相關臺風監測、數據傳輸和處理硬件設施構成。臺風監測預警中心總體架構如圖3所示。

圖3 臺風監測預警中心系統架構

2.2 臺風監測預警中心主站和子站

九省兩市子站將各自區域內的氣象監測數據通過上行數據傳輸網實時上傳至中心主站；同時收集各電網輸變配電設備信息，主要包括特高壓輸電線路或受臺風災害影響嚴重地區重要線路的三維建模信息、設計文件、計算載荷等以及其他線路運行資料、設計風速等，將上述信息上傳至中心主站。

中心主站接收匯集九省兩市子站上傳的實時氣象監測數據，結合接入的氣象衛星數據和全球大氣初始場數據先通過中尺度臺風預報子模塊獲得9 km×9 km精度臺風預報結果，再應用降尺度技術獲得九省兩市電網亞公里級(1 km×1 km)臺風預報結果，同時對臺風路徑、強度、風場、降雨量等進行可視化展示。中心主站基于九省兩市輸變配電設備信息，建立各自電網輸變配電設備精細化防臺抗風特性數據庫，結合相應電網臺風監測結果及1 km×1 km分辨率預報數據，及時、準確、有效發布臺風預警信息，并將該預報預警信息通過下行數據傳輸網實時分發至相應的九省兩市子站。九省兩市子站在接收到由中心主站發布的臺風預報預警信息后，根據各自電網防風抗臺軟硬件支撐能力，制定科學、經濟、合理的防臺抗風應急預案及災后快速恢復方案，同時可視化展示各自電網風場、降雨量等信息及臺風路徑、強度等信息。

2.3 臺風監測預警發布機制

臺風監測預警中心可提前72 h從多層面實時監測臺風中心軌跡的風速、風向以及重要輸電通道局部風速、降雨量等重要信息，并在臺風來臨前及過境期間發布中期和短期預警。其中中期預警為對未來72 h的臺風災害預警，每天發布2次；短期預警為對未來24 h的臺風災害預警，每天可發布4次。特高壓等重要輸電通道已完成桿塔三維力學分析數據庫建設，臺風災害預警可精確至主材級別，對電網防臺抗風工作起到了技術支撐作用。針對不同的預警等級，可制定對應的應急措施[17]。

2021年9月臺風“燦都”期間，上海電網依托臺風中心主站和子站，跟蹤觀察預測風速變化情況和局部地區風速、雨量監測數據，對比線路桿塔設計值評估上海地區受臺風影響的110 kV及以上桿塔風偏或倒塔預警等級。風偏閃絡、異物外破等預警信息以日報的形式發送至運行單位。“燦都”期間，上海電網共發出臺風災害高風險線路預警信息80條、中低風險線路預警信息440余條，有力支撐各單位提前做好防范措施和應急準備。例如，上海金山供電公司在收到預警后，及時巡查線下大棚加固情況，加強輸電通道隱患整改落實，提前完善應急搶修行動方案，有效防止了特高壓復奉直流重要輸電通道下蔬菜大棚、薄膜、彩鋼板等異物被大風吹起碰線的意外發生，有序控制了臺風次生災害的擴展。

3 電網設備抗臺風技術與管理措施

3.1 調度應急處置

臺風登陸前，為增強電網網架強度，應對電力系統的運行方式提前進行調整，盡可能使全網保持全接線運行，具備復電條件的輸變電設備提前復電，部分備用線路或備用主變壓器可考慮將其轉為正常運行；將沿海變電站無人值守模式恢復為有人值守模式，全方位做好防臺抗風部署準備[12]。臺風影響下，需迅速辨識網架薄弱環節，結合風險危急程度排序，關注高電壓等級線路故障跳閘及重合情況，及時開展故障線路試送。若地區電網存在孤島運行的潛在風險，應提前做好孤島運行的預控準備，控制該地區內電廠出力，盡量保持發電用電自平衡[12-13，16]，最大限度地減少臺風造成的不良后果及經濟損失，維護國家安全、社會穩定和人民生命財產的安全[18]。

3.2 設備性能提升

配電設備防臺抗風設計水平通常較主網設備低，因此更易遭受臺風侵襲和影響。以上海電網為例，其配電網建設起步早，部分區域老舊設備仍然占一定比例。架空戶外設備受到近年來生態環境改善影響，樹線矛盾、小動物(鳥、松鼠)、外部異物(風箏、氣球)等數量呈現上升趨勢。另外，由于桿塔基礎周圍土壤變化、拉線松弛等原因，少數線路存在桿塔傾斜風險。針對戶外架空設備，一是全面選用全絕緣桿刀、全絕緣斷路器，全絕緣熔斷器、全絕緣橫擔等全絕緣設備，防止異物接地短路；二是對于線夾、接地環、避雷器導線連接處等裸露點，加裝專用絕緣罩，使用絕緣自固包材進行絕緣包覆，實現線路全絕緣化；三是在架空線分段聯絡處，使用全絕緣桿刀，不使用斷路器，減少二次設備故障導致的運行風險。

3.3 隱患排查治理

臺風來臨前需全面開展隱患排查整治：1)加強線路巡視工作，尤其是臺風影響范圍內的關鍵廠站和重要輸電通道的特巡工作，對線路通道沿線的易漂浮物、大棚、彩鋼瓦、樹線矛盾等做好排查、清理、加固、拆除和修剪工作，加強對業主的危險源告知和風險宣傳，在政府相關部門的支持下開展樹木緊急修剪和大棚加固與拆除工作，增加戶外設備抵御大風等極端天氣的能力。2)對變電站門、窗戶外構架、高型布置、排水溝、室外端子箱等做一次專項檢查，檢查清除站內及周邊易漂浮物，部分受影響范圍內重要變電站要安排有人值守。3)加強變配電站防汛設施檢查，特別是地下變電站、地勢低洼變配電站和電纜隧道，確保排水設施完好、防訊材料配備充足到位，做好防止暴雨倒灌的相關措施。4)排查施工現場臨時工棚、線路跨越架、腳手架、井字架、塔吊、圍墻及施工駐地隱患，并落實治理棤施，組織好人員撤離工作。5)排查城市排水泵站等重要用戶供電設施以及環網柜、配電箱、分支箱浸泡受潮隱患，檢查臨江防汛墻及排水設施，做好防汛防臺各項措施，并加強運維保障。6)密切保持與重要用戶、敏感用戶的聯系，認真開展重要用戶、人員密集場所、用戶地下站、泵站、碼頭、下立交和水產養殖戶的安全用電服務。

3.4 加強溝通聯動

借助防汛指揮部、氣象等相關部門信息交互渠道及時掌握汛情災情等緊急信息，有條件的可開展智能巡視[19]；強化與地方政府、防汛辦、海事局、消防局、綠化、園林、市政等相關部門單位的聯動機制，加強溝通和聯系，解決樹線矛盾等問題，消除隱患源。同時做好搶修隊伍、物資及配套保障等各項準備，增強95598接派單人員配置，確保故障報修通道暢通、信息流通快速、事故搶修便捷、應急支援迅速，更好地應對臺風災害影響。

4 結 論

上面分析了近年來臺風對沿海地區電網設備的主要影響，介紹了基于國網臺風監測預警中心的臺風監測預警機制，提出了電網設備抗臺風相關技術和管理措施，得出如下結論：

1)臺風對沿海地區的電網影響較為明顯，臺風登陸前后，登陸地及附近地區的電網可能出現設備密集跳閘、變電站全停，電網局部供電能力下降等情況。

2)鑒于氣象部門臺風預報不具備電網自身抗臺屬性，國網公司建設了臺風監測預警中心，基于九省兩市輸變配電設備信息，結合相應電網臺風監測結果及1 km×1 km分辨率預報數據，及時、準確、有效發布臺風中期和短期預警信息。

3)為提升電網抗臺風能力，應做好臺風登陸前全接線運行、輸變電設備復電、部分備用設備轉正常運行，變電站無人值守模式調整等增強電網網架強度的各項抗臺部署準備，并在臺風影響期間做好故障線路試送、潛在孤島系統發用電平衡調節等調度應急處置工作。

4)為增強設備抗臺風水平，建議配電設備選用全絕緣設備，裸露點處加裝專用絕緣罩，架空線分段聯絡處使用全絕緣桿刀。同時加強臺風來臨前的隱患排查治理，開展針對性的線路巡視工作，檢查清除站內及周邊易漂浮物，實施變配電站防汛設施檢查，排查施工現場臨時搭建物，排查排水泵站等重要用戶供電設施，與重要用戶保持聯絡并提供安全用電服務。

5)與相關部門加強溝通聯動，及時掌握汛情災情等緊急信息，合力解決樹線矛盾等問題，消除隱患源；同時做好搶修隊伍、物資及配套保障等各項準備，事故搶修便捷，應急支援迅速。