電力系統(tǒng)應(yīng)對(duì)極端天氣自然災(zāi)害對(duì)策探析

馬靜 張鴻毓 馬進(jìn)財(cái)

摘要：近幾年，由極端氣候和自然災(zāi)害引起的大規(guī)模電力中斷在世界各地頻繁發(fā)生，造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失。在全球變暖背景下，十年一遇、百年一遇的極端天氣事件發(fā)生頻率和強(qiáng)度均呈上升趨勢(shì)。隨著碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)的提出，以新能源為主的電網(wǎng)氣象耦合與系統(tǒng)脆弱性增強(qiáng)，電網(wǎng)運(yùn)行的安全性與可靠性受到空前挑戰(zhàn)，迫切需要轉(zhuǎn)變思維、統(tǒng)籌謀劃，全方位提高電網(wǎng)的應(yīng)急保障能力。基于此，本文將對(duì)電力系統(tǒng)應(yīng)對(duì)青海地區(qū)極端天氣自然災(zāi)害存在的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的對(duì)策和措施，以供參考。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；極端天氣；自然災(zāi)害

DOI：10.12433/zgkjtz.20232446

一、電力系統(tǒng)概述

電力系統(tǒng)是由發(fā)電、供電、用電設(shè)施、調(diào)節(jié)控制及繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置、計(jì)量裝置、調(diào)度自動(dòng)化、電力通信等輔助設(shè)施組成的有機(jī)整體。

電網(wǎng)是由發(fā)電廠、輸電線路、供配電所以及用戶構(gòu)成的一種能源生產(chǎn)和消耗體系。其作用是將大自然中的一次能源，經(jīng)過發(fā)電功率設(shè)備轉(zhuǎn)換為電能，再經(jīng)過輸電、變電和配電，把電能供給到用戶。為達(dá)到這一目的，在每個(gè)環(huán)節(jié)和每個(gè)層級(jí)，都要有一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的信息與控制系統(tǒng)對(duì)電能的生產(chǎn)過程進(jìn)行測(cè)量、調(diào)節(jié)、通信和調(diào)度，從而確保用戶得到安全、高質(zhì)量的電能。電網(wǎng)各種檢測(cè)設(shè)備、通信設(shè)備、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)等構(gòu)成了電力系統(tǒng)的信息與控制系統(tǒng)。電網(wǎng)的配置必須以較高的技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益為前提，使發(fā)電與用電達(dá)到最優(yōu)平衡。

構(gòu)建一個(gè)結(jié)構(gòu)合理的大型電力系統(tǒng)，不但可以方便對(duì)電能生產(chǎn)與消費(fèi)的集中管理、統(tǒng)一調(diào)度和分配，而且可以降低總裝機(jī)容量，節(jié)約電力設(shè)施投資，對(duì)區(qū)域能源資源的合理開發(fā)利用產(chǎn)生有利影響，最大限度地滿足區(qū)域國(guó)民經(jīng)濟(jì)日益增長(zhǎng)的用電需求。

二、極端天氣自然災(zāi)害給電力系統(tǒng)和新能源帶來的不良影響

（一）極端天氣自然災(zāi)害給電力系統(tǒng)帶來的不良影響

1.給電力線路設(shè)施帶來的不良影響

根據(jù)不完整的數(shù)據(jù)，每年有數(shù)千人被雷擊致死或者引發(fā)火災(zāi)，造成數(shù)十億元的經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)社會(huì)治安和人們的生命財(cái)產(chǎn)構(gòu)成了威脅。在雷電災(zāi)害發(fā)生時(shí)，在被雷電劈到的電線上可能會(huì)形成一個(gè)過電壓，并在電線周圍形成一個(gè)過電壓和一個(gè)擾動(dòng)電磁場(chǎng)，這種高電壓會(huì)對(duì)電力設(shè)備、用戶電氣設(shè)備造成嚴(yán)重破壞。雷電場(chǎng)還可能通過各類電纜竄入裝置，對(duì)裝置產(chǎn)生損害，尤其是輸（電）線竄入裝置中。突如其來的狂風(fēng)和暴雨，往往會(huì)導(dǎo)致輸電線路發(fā)生碰撞，輸電線路斷裂。冰雪是引起尤其是高寒山區(qū)輸電線失效的重要?dú)庀笠蛩亍８脖粌H會(huì)增大電纜的負(fù)荷，增大電纜的受風(fēng)面，還會(huì)引起不穩(wěn)定的馳振動(dòng)，引發(fā)跳頭扭曲、斷線、停電等重大電網(wǎng)安全問題。冰凍災(zāi)害已導(dǎo)致一些省市發(fā)生有史以來嚴(yán)重的覆冰事件，許多地區(qū)的電力系統(tǒng)受到破壞，使許多地區(qū)出現(xiàn)大量的斷電、停水等情況，給人們的工作、生活帶來很大的沖擊。

2.給電力負(fù)荷帶來的不良影響

用電負(fù)載與氣候有很強(qiáng)的相關(guān)性。其中，天氣因素對(duì)其波幅變化有85%～90%。天氣對(duì)用電量有很大的影響。除了與季節(jié)、時(shí)間和各類用電用戶的行為有關(guān)外，還與最高氣溫、最低氣溫、天氣狀況等氣象因素有很大的關(guān)系。極端溫度和最大用電負(fù)載之間存在著顯著的正向關(guān)聯(lián)，極端溫度和極端溫度將極端溫度和極端溫度下的用電負(fù)載的大幅激增，導(dǎo)致供電能力下降。在下雨或有陰霾的天氣條件下，燈光消耗的電力急劇增加，而在陽光充足的天氣條件下，電力消耗的電力就會(huì)減少。

（二）極端天氣自然災(zāi)害給新能源帶來的不良影響

1.極端天氣給光伏運(yùn)行帶來的不良影響

沙塵暴、雪災(zāi)、霧等天氣都會(huì)對(duì)光伏模塊進(jìn)行遮擋，并削弱陽光輻射，進(jìn)而對(duì)光伏發(fā)電運(yùn)行產(chǎn)生不良影響。對(duì)太陽能發(fā)電系統(tǒng)危害最大的是積雪。若不及時(shí)清除光伏組件頂端的積雪，將導(dǎo)致光伏組件、支撐支架和結(jié)構(gòu)倒塌。沙塵暴、霧、霾對(duì)光伏電站造成的最大的影響是會(huì)讓光伏模塊上產(chǎn)生塵埃或污跡，進(jìn)而減少模塊所接受的陽光輻射強(qiáng)度，減少模塊的發(fā)電量。此外，粉塵覆蓋不僅會(huì)對(duì)發(fā)電產(chǎn)生不利影響，還會(huì)給電網(wǎng)帶來嚴(yán)重的安全風(fēng)險(xiǎn)。如果不及時(shí)清理，會(huì)產(chǎn)生粉塵閃爍等污染。

2.極端天氣給風(fēng)機(jī)運(yùn)行帶來的不良影響

如果風(fēng)機(jī)的速度太快，則風(fēng)扇超過切割速度而停止工作。風(fēng)扇自動(dòng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)的風(fēng)速，即風(fēng)扇并網(wǎng)發(fā)電的最大風(fēng)速，通常為19～25 m/s （10級(jí)及以上大風(fēng)）。截流速度與風(fēng)扇葉片與單元負(fù)荷密切相關(guān)，如果已經(jīng)到達(dá)截流速度而沒有截流，將會(huì)引起塔倒塔和葉輪飛車等嚴(yán)重的安全事故。另外，不僅會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)氐碾妷汉褪?nèi)頻率調(diào)整產(chǎn)生較大影響，還會(huì)對(duì)風(fēng)力發(fā)電預(yù)報(bào)精度產(chǎn)生較大影響。

三、電力系統(tǒng)在應(yīng)對(duì)極端天氣自然災(zāi)害方面存在的薄弱環(huán)節(jié)及對(duì)策建議

（一）電力系統(tǒng)在應(yīng)對(duì)極端天氣自然災(zāi)害方面存在的薄弱環(huán)節(jié)

1.極端天氣自然災(zāi)害的預(yù)警系統(tǒng)水平較低

當(dāng)前，電網(wǎng)的安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警以氣象預(yù)報(bào)為主，缺乏針對(duì)性強(qiáng)的電網(wǎng)氣象數(shù)據(jù)和精細(xì)的地理位置數(shù)據(jù)，以及實(shí)時(shí)的電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，造成電網(wǎng)對(duì)惡劣氣候和災(zāi)害的認(rèn)識(shí)不足，難以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)的快速預(yù)警。

2.電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不夠完善

當(dāng)前，青海地區(qū)以傳統(tǒng)電網(wǎng)為基礎(chǔ)的電網(wǎng)安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式，難以適應(yīng)新能源比例高、極端天氣頻次高、停電代價(jià)高的新電網(wǎng)發(fā)展需求，且缺少對(duì)非常規(guī)場(chǎng)景的抗災(zāi)設(shè)計(jì)，缺少對(duì)重點(diǎn)客戶的精細(xì)管控，造成電網(wǎng)應(yīng)急響應(yīng)能力先天不足。

3.缺少健全的應(yīng)急制度

極端氣候引發(fā)的災(zāi)害往往會(huì)對(duì)交通、通信、電力、水利等多個(gè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)設(shè)施造成嚴(yán)重?fù)p害，電力設(shè)施的應(yīng)急救援會(huì)影響到交通、通信和水利等多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)急救援，加之目前各領(lǐng)域間缺乏有效的協(xié)調(diào)合作，嚴(yán)重制約應(yīng)急救援的成效。此外，當(dāng)前青海地區(qū)的應(yīng)急救援主要采用離線式應(yīng)急救援計(jì)劃，且信息化水平不高，不能依據(jù)災(zāi)害發(fā)展動(dòng)態(tài)、故障恢復(fù)進(jìn)程、應(yīng)急物資分布等實(shí)時(shí)信息，及時(shí)實(shí)施在線式應(yīng)急救援計(jì)劃，造成應(yīng)急救援周期漫長(zhǎng)。

4.可用應(yīng)急方法較少

當(dāng)前，在接近電力系統(tǒng)的地方，電網(wǎng)所占比例還不到10%，并且以光電為主，與氣象條件密切相關(guān)。但是諸如電化學(xué)儲(chǔ)能之類的新型儲(chǔ)能的裝機(jī)數(shù)量不到6000萬千瓦，所占的比例還不到0.3%，而且這些儲(chǔ)能中的大多數(shù)都是在電源側(cè)，而不在用戶側(cè)。在極端環(huán)境下，可調(diào)配的應(yīng)急資源非常少。但是像用戶的自備應(yīng)急電源以及快速增長(zhǎng)的電動(dòng)汽車這樣的新興應(yīng)急資源，都被長(zhǎng)久擱置，并沒有形成市場(chǎng)化的調(diào)配機(jī)制。

（二）電力系統(tǒng)在應(yīng)對(duì)極端天氣自然災(zāi)害方面的對(duì)策建議

1.提升應(yīng)急系統(tǒng)的整體水平

結(jié)合青海地區(qū)電力部門的實(shí)際需求，綜合運(yùn)用高分辨率衛(wèi)星、氣象雷達(dá)和無人機(jī)等多種技術(shù)手段，構(gòu)建面向電網(wǎng)的高精度、高預(yù)見性的氣象信息服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安全運(yùn)行的高精度、高預(yù)見性和高精度的電網(wǎng)安全運(yùn)行預(yù)警和預(yù)測(cè)。利用物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字技術(shù)等高科技手段，定時(shí)定量地預(yù)測(cè)電網(wǎng)故障的影響范圍和破壞程度，實(shí)現(xiàn)全方位、多層次、多時(shí)段的全方位、多層次的預(yù)測(cè)。

2.完善電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

在對(duì)青海地區(qū)新能源電網(wǎng)事故風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)、影響面及關(guān)聯(lián)鏈條再認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行電網(wǎng)安全與投資經(jīng)濟(jì)再平衡分析，并以此為基礎(chǔ)，科學(xué)制訂新能源電網(wǎng)的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，既要防范新能源電網(wǎng)發(fā)生過多的斷電事故，又要防范新能源電網(wǎng)發(fā)生過多的斷電事故，進(jìn)而影響到經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展。充分運(yùn)用數(shù)字技術(shù)，并與地理信息、氣象條件以及電力設(shè)備特征相結(jié)合，制定差別化的防災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)挖掘用戶的精細(xì)化需求，盡最大限度保障關(guān)鍵用戶的用電需求。

3.不斷健全應(yīng)急制度

自然災(zāi)害中存在著多種不可抗拒的原因，但也有一些是季節(jié)性的、地域性的，并且是可以預(yù)見的，可以通過技術(shù)手段和組織手段加以預(yù)防。在當(dāng)前氣候變化加劇、環(huán)境惡化及資源過度開采的背景下，地震、臺(tái)風(fēng)、暴雨及冰雪等極端災(zāi)害的頻發(fā)程度及頻次進(jìn)一步增加。在面臨災(zāi)難時(shí)，青海地區(qū)應(yīng)加速構(gòu)建電網(wǎng)自身的災(zāi)難早期預(yù)警體系。加強(qiáng)與氣象、地質(zhì)、水利等有關(guān)部門之間的協(xié)作，建立起應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害的體系，增強(qiáng)對(duì)災(zāi)害的預(yù)報(bào)和預(yù)警的能力，切實(shí)將災(zāi)害的危害控制在最小范圍內(nèi)。通過研究“5G+ UAV+衛(wèi)星”的應(yīng)急通信技術(shù)，提升災(zāi)害的認(rèn)知與響應(yīng)水平，構(gòu)建事前預(yù)案和事中聯(lián)動(dòng)的電網(wǎng)恢復(fù)機(jī)制，構(gòu)建電網(wǎng)與氣象、交通、水利、通信、地震等多部門多方位的應(yīng)急響應(yīng)體系。在此基礎(chǔ)上，盡可能地獲得有關(guān)部門的應(yīng)急救援支援，并優(yōu)化供電修復(fù)計(jì)劃。

4.積極應(yīng)用多樣化的應(yīng)急方法

青海地區(qū)的相關(guān)單位強(qiáng)化安全底線觀念，大力開展“退而不拆”的退役單位轉(zhuǎn)型為后備能源工作，有序發(fā)展分散能源，合理指導(dǎo)用戶端新能源存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的多樣化。按照“誰獲益，誰負(fù)擔(dān)”的原則，研究構(gòu)建能夠有效調(diào)動(dòng)用戶自備應(yīng)急電源、用戶側(cè)儲(chǔ)能和電動(dòng)汽車等應(yīng)急資源的市場(chǎng)化應(yīng)急保供機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，青海地區(qū)提出一種有效的電網(wǎng)防災(zāi)減災(zāi)措施。研發(fā)抗自然災(zāi)難的新型防冰雪、防污閃涂層和絕緣材料，并廣泛普及；優(yōu)化電力系統(tǒng)設(shè)備如導(dǎo)線、桿塔和金具進(jìn)行，以增強(qiáng)其抗強(qiáng)風(fēng)、防冰凍和抗震減振等災(zāi)害的能力；開展電力設(shè)施故障定位、在線監(jiān)測(cè)和預(yù)警系統(tǒng)、電力設(shè)施快速維修等技術(shù)的研發(fā)，提高裝備的安全監(jiān)測(cè)和災(zāi)害預(yù)防的整體水平。

5.提升電網(wǎng)的極端天氣預(yù)防效果

青海地區(qū)在對(duì)電網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)堅(jiān)持將普遍性與特殊性相結(jié)合的科學(xué)適用的原則，全面考慮政治、安全、經(jīng)濟(jì)等因素，對(duì)不同線路的重要程度和差異性、同一線路不同地域的差異性、不同供電區(qū)域的差異性等因素進(jìn)行。加強(qiáng)對(duì)重點(diǎn)供電線路、主干電網(wǎng)、用戶配電線路等重點(diǎn)線路的設(shè)防；對(duì)穿越干線鐵路、高等級(jí)公路、通航河道、重要電力線路，對(duì)部分路段的運(yùn)營(yíng)維修和應(yīng)急救援難度較大的路段，可適當(dāng)提升其等級(jí)；對(duì)于同一電壓級(jí)別的輸電線路，按其對(duì)電網(wǎng)的重要程度提出不同的可靠性要求；根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)程，應(yīng)根據(jù)地域、地域、天氣等因素，制定更為詳盡的地域差別設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。

6.建設(shè)穩(wěn)定的電網(wǎng)系統(tǒng)

目前，伴隨著電網(wǎng)架構(gòu)逐步擴(kuò)大，電力系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜。因此，青海地區(qū)各級(jí)電網(wǎng)企業(yè)要面對(duì)的是電網(wǎng)系統(tǒng)中所存在的大面積停電風(fēng)險(xiǎn)、配網(wǎng)薄弱瓶頸制約等問題。近幾年，自然災(zāi)害對(duì)電網(wǎng)造成的較大破壞，要增強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)，并加大對(duì)電網(wǎng)的建設(shè)投資，還要對(duì)電網(wǎng)中的一些重點(diǎn)和難點(diǎn)問題進(jìn)行有效預(yù)防，從而提升電網(wǎng)的安全穩(wěn)定水平，還要預(yù)防各種風(fēng)險(xiǎn)和災(zāi)害的沖擊。綜合分析電網(wǎng)中的安全隱患和薄弱環(huán)節(jié)，同時(shí)還要改進(jìn)輸、配電網(wǎng)中的薄弱環(huán)節(jié)，深入研究電力行業(yè)中的各種關(guān)鍵問題，從而采取安全穩(wěn)定措施，構(gòu)建堅(jiān)實(shí)的電網(wǎng)安全穩(wěn)定三道防線，加強(qiáng)電網(wǎng)安全的技術(shù)支撐，從而可以更好地掌控電網(wǎng)。

7.積極開展安全管理工作

青海地區(qū)要將安全管理工作都做得更好，并與電力行業(yè)的安全隱患排查治理工作和安全生產(chǎn)專項(xiàng)督查等活動(dòng)相結(jié)合，做到舉一反三，有針對(duì)性地制定對(duì)策，不斷健全安全管理制度體系。在吸收并學(xué)習(xí)其他電力企業(yè)在安全管理方面的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和良好的管理方式，從而提升安全管理水平。要加強(qiáng)對(duì)電力生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)控制，完善安全檢查和考核制度，將各個(gè)層次、各個(gè)崗位的安全生產(chǎn)職責(zé)都進(jìn)行有效的落實(shí)，對(duì)各種安全生產(chǎn)事故進(jìn)行綜合防治。

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作者簡(jiǎn)介：馬靜（1990），女，回族，青海省西寧市人，本科，工程師，研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)運(yùn)營(yíng)及數(shù)據(jù)分析。