沿海地区配电线路防风灾措施研究

陈　晔，莫　新，胡　波，李中良，尹　姣，姜大志（.广东电网有限责任公司湛江供电局，广东　湛江　54000；.汕头大学工学院计算机系，广东　汕头　5506；.广东卓维网络有限公司，广东　佛山　5800）

沿海地区配电线路防风灾措施研究

陈晔1，莫新1，胡波2，李中良3，尹姣3，姜大志2
（1.广东电网有限责任公司湛江供电局，广东湛江524000；2.汕头大学工学院计算机系，广东汕头515063；3.广东卓维网络有限公司，广东佛山528200）

配电线路运行的稳定性直接关系到社会及国民经济的健康发展.但每年平均约有9个热带气旋登陆我国沿海地区，对配电线路带来极其严重影响.本文结合实际防风抗风工作的实践经验，梳理、归纳与研究配电线路防风灾的一整套措施，期望对沿海地区各级电力单位的配电线路防风灾工作提供一种科学、系统的实施方案，同时为探索智能电网建设提供一条可参考的路径.

热带气旋；配电线路；防风灾措施

0　引言

近些年来热带气旋不仅发生的越来越频繁，而且其等级越来越高，给整个社会和经济带来严重的影响，对配电线路的危害也越来越大（配电线路健康运行关系到社会及国民经济的健康发展，但每次风灾均会给配电线路带来不同程度的影响）.因此，研究风灾对配电线路的影响，制定合理、有效的措施，尽可能地降低对配电线路的危害，具有不可估量的理论与现实意义.

鉴于配电线路在整个国民经济社会中的重要性，国内已有不少研究者开展配电线路防风灾措施的研究.余文辉等人提出了一套完整的抗灾型中压配电网规划方案［1］.吴长浩等人提出了一些配电线路的施工规范［2］.张飞飞在“计及风灾影响的中压配电网规划方案研究”一文中，也提出了切实可行的配电线路的规范方案［3］.彭向阳等人结合南方电网的现状，并结合广东省近些年来台风登陆的情况与特点，系统地分析了台风造成配电设施受损的特点、成因以及提升配电线路抵御风灾的措施，具有非常好的借鉴意义［4］.熊军在“基于GIS的区域电网风灾预警模型研究”中，建立基于GIS的区域电网风灾评估模型，实现配电线路的预测、预报与预警，从而为运维人员提供决策帮助［5］.包博等人提出计及微地形的台风风险预警方法，可以准确地辨识遭受风灾影响的线路集并按风险等级进行预警，具有一定的可行性和有效性［6］.

本文结合广东电网有限责任公司湛江供电局配电线路的实际情况，通过对热带气旋这种自然灾害的特点进行具体分析，总结其对配电线路产生的影响、配电线路受灾的成因.更重要的是，在配电线路的设计、施工、灾前检查、灾中应急预防和灾后配电线路数据统计与更新五个阶段提出科学而系统化的防范措施，以期有效降低因风灾造成的配电线路损失.

1　热带气旋

在我国的每年夏秋两季，北半球热带或副热带洋面上海面温度达到27摄氏度以上，大量海水被蒸发到空气中形成低气压中心，而周围的冷空气不断涌入下方补充空位，形成逆时针旋转的气旋性涡旋.如若气温不下降，那么气旋性旋涡就会越来越大，最终就会形成热带气旋（tropical cyclone，TC）.根据热带气旋底层中心附近最大平均风速的不同，中国国家标准（GB/T19201—2006）将热带气旋划分为6个等级，具体等级标准如表1所示：

表1　热带气旋名称和等级标准

随着地球温室效应的不断加剧，大气中二氧化碳等温室效应气体浓度的增大，导致全球气候变暖，使得部分地区海水表面温度升高，这不仅导致热带气旋发生的频率增加，同时也提升了其强度.对中国沿海地区而言，风灾可谓是最严重的自然灾害.经过历年的气象资料统计发现，在我国登陆的热带气旋非常频繁，平均每年约有9个，其中达到台风等级的年平均约3.17个.

热带气旋，尤其是是台风及以上的气旋到来常常伴随着狂风巨浪、暴雨和风暴潮，会给人类的社会及国民经济造成严重的损失.仅以2014年的超强台风“威马逊”为例，“威马逊”于7月18-19日在琼粤桂三省附近沿海三次登陆，登陆时最大风力达到17级，风速达60～70 m/s.此次超强台风为1973年以来登陆华南地区的最强台风，台风强度极大、波及范围极广，并快速地对琼粤桂三省造成巨大破坏，据相关灾后统计，琼粤桂三省的59个县市区、742.3万人、468.5千公顷农作物受灾，直接经济损失约为265.5亿元.鉴于此次台风的巨大影响，“威马逊”已被世界气象组织台风委员会“永久除名”，不会再给新台风命名.

2　热带气旋对配电线路的影响

热带气旋会对配电线路造成严重影响，危害电网的安全运行.对于风灾后的重建工作，恢复电力是优先级最高的重要工作.还是以超强台风“威马逊”为例，“威马逊”共造成广东电网10 KV及以上线路跳闸3 000条次，变电站累计失压183座，74 000多基杆塔受损，受影响供电台区70 000多个，累计影响用户532.7万户，其中湛江地区受灾最为严重，徐闻县供电全部中断.针对此次台风，中国南方电网公司从全网共调集6万多名抢修人员、各种型号应急车近12 000多台投入到灾后抢修复电工作中.

热带气旋对架空线路的破坏最为严重，其可能造成的破坏主要有三类，分别是：杆塔倾斜、倒塌；横担断裂和脱落；导线拉断、接地或相间短路烧断导线等.造成的主要原因及其后果如表2所示.

表2　热带气旋对架空线路造成破坏的原因及其相应后果

3　配电线路受灾的内在成因分析

近年广东省沿海地区台配电线路遭受风灾，针对其内在成因分析，可以概括为“台风风力超过配电线路风荷载标准”、“部分配电线路设施陈旧，未及时改造，设计标准偏低、健康不佳”、“制造与施工质量不良”、“线路走廊树木及高杆类植物在风灾下压线倒杆”.其详细描述如表3所示.

表3　配电线路受灾的内在成因分析及其相关描述

4　提升配电线路防风灾能力的措施

结合广东电网有限责任公司湛江供电局近些年来的防风抗灾的经验，我们认为有效提升配电线路防风灾能力是一个多阶段的、复杂的系统化工程.它的工作体现在包括配电线路设计阶段、施工阶段、灾前自检阶段、灾中应急预防以及灾后配电线路数据统计与更新等5个阶段.

4.1设计阶段

为了提升配电线路的防风灾的能力，在设计配电线路之前，有必要结合抗风要求，设计有针对性的、分等级的、差异化的防风灾规划方案.在配电线路中，由于线路与用户分布区域广且不均匀，为了应对风灾，所有的线路按照统一的高标准来设计既没有必要，也不经济.而且在沿海地区，热带气旋登陆后随着逐步进入内陆，中心风速会逐渐减弱，危害程度逐渐减低.因此对于规划方案，可根据沿海地区地理位置、地貌及其周遭环境特点，设计不同的、有等级的配电线路架空线的设计方案.实现差异化的规划方案，在保证线路抗风能力的前提下，也可以有效降低配电线路的单位工程造价.

4.2施工阶段

在配电线路施工阶段，不仅要满足国家标准《电气装置安装工程35 kV及以下架空电力线路施工及验收规范》（GB50173-92），针对于风灾问题，要特别注意一些影响配电线路抗风能力的几个重要因素.

1）杆塔的档距部署要合理

在实际杆塔架线工作中，若档距增大，则导线弧垂也将增大，当风速超过一定程度后，不仅容易造成碰线，引起相间短路而烧断导线，也会加强导线舞动，对杆塔形成破坏力.

2）注重杆塔基础的构建

在实际杆塔施工过程中，要根据电杆所处位置（常见的有：山地、水田、田埂、滩涂、马路边、水沟边、河边、水塘边）以及周围土质（常见的有：硬土、软土、沙土、淤泥）进行杆塔基础构建，可采用的方式有设置卡盘和底盘，以及加大埋深.

3）有效设置防风拉线

在配电线路施工过程中，大部分都采用水泥电杆来架设导线，因此在热带气旋的风作用力情况下，电杆会渐渐向线路侧倾斜，受力平衡会被破坏，一方面会导线弧垂慢慢增大，最后在风力的作用下产生碰线，引起短路并烧断导线.另一方面会造成杆塔倾斜、倒断杆等.因此，设置防风拉线是一种经济可靠的方法.

4.3灾前检查阶段

1）杆塔基础的加强与加固

在台风季到来前检查杆塔基础是费时但是必要的工作.杆塔的下沉、外露以及埋深是否足够等都是要着重关注的问题.此外，杆塔本体是否完好无损也是一个至关重要的问题，若遇到这类问题，应及时采取措施，保证杆塔的完好性、安全性.

2）增加配电线路中防风拉线密度和耐张杆塔的数量

事先对配电线路的抗风能力进行评估，以便在抗风能力薄弱的环节的电杆处增加防风拉线的密度.同时为了避免在强热带气旋中，因配线线路的薄弱处导致线路大面积倒杆，需要在线路中增加耐张杆塔.

3）加强线路的巡视

对线路进行巡视，注重线路的细节，如铁横担、避雷线、拉线、引线、弧垂、导线线夹、绝缘子等，注意锈蚀、裂纹、松动等问题.同时注意树木对配电电路的影响，以免造成压线倒杆.

4.4灾中应急预防

我们认为，实现基于配电线路的GIS系统是配电线路防风灾措施中的重要一环.目前，基于GIS系统区域电网风灾预警系统的设计与构建已逐步得到重视［6］.实现基于配电线路的GIS系统，实现电网状况查询、灾害预测、应急抢修、决策指挥等应用，可为电网防灾减灾及应急指挥提供面向决策的可视化管理平台.湛江供电局在基于电力GIS平台基础上，建立区域电网风灾评估模型，实现极端风场分布的预测预报，并对受其影响的线路杆塔分等级预警，以提醒相关运行人员供其决策处置.区域电网风灾评估模型的主要功能包括：

1）建设风速风向在线监测，实现风速风向信息在GIS系统中的实时显示.

2）收集现有线路防风能力现状基本信息，建立线路防风能力分析模型，快速计算分析线路防风能力，指导线路抗风加固工作，提升沿海地区线路的抗风能力.

3）利用线路防风能力分析结果，通过配电线路防风能力等级的展示，结合台风风速、路径进行线路受损情况的预测分析，实现配电线路的抗风能力评估和受损情况估算.并在GIS系统实现预测受损点的分布情况显示，提前做好薄弱点的针对性的风前检查，以及风后抢修物资、抢修队伍的有效准备和合理安排.

4.5灾后配电线路数据统计与更新

灾后配电线路数据统计与数据更新工作是电力系统防风灾工作极其重要的一环，但往往被人忽视.并不是把受损数据统计上报就结束工作.在基于配电线路的GIS系统中，统计工作是为了有效地实现系统的修正.因此应该实现台风历史数据存档，有效记录历次台风实际路径与风速等信息，并根据预测分析受损与实际受损，进行对比分析与数据挖掘，从而有效修正配电线路防风能力分析模型，形成自组织、自适应、自学习的智能系统，从而更好地指导今后的配电线路防风加固与应急预防工作.此外由于配电线路的更新与调整，这些结果应该及时地录入到GIS系统中，避免日积月累形成“脏”数据，给数据分析与挖掘带来干扰.

5　结语

近年来，随着人民生活水平的飞速提高，社会对供电可靠性的要求也越来越高，而热带气旋作为沿海地区最常见的自然灾害，其发生导致电网大量线路跳闸或停运，特别是对中、低压配电设施造成重大影响，造成配电线路大面积倒杆、断杆、断线及其他设备受损，对供电可靠性和电网安全构成重大威胁.本文通过文献分析与整理，以及在实际抗风工作的实践与经验，梳理、归纳与研究配电线路防风灾的有效措施，结合广东电网有限责任公司湛江供电局近些年来的防风抗灾的经验，设计多阶段的、复杂的系统化措施提升配电线路防风灾能力.这套复杂的系统工程主要包括：配电线路设计、配电线路施工、配电线路灾前自检阶段、配电线路灾中应急预防以及灾后配电线路数据统计与更新共5个阶段工作.下一步工作将结合这5个阶段的工作，建立配电线路防风灾标准，期望对沿海地区各级电力单位的配电线路防风灾工作提供一种科学、系统的实施方案，同时为探索智能电网建设提供一条可参考的路径.

［1］余文辉，陶青松，刘念，等.茂名市配电网抗灾规划研究［J］.现代电力，2012，29（4）：56-61.

［2］张勇.台风对电网运行影响及应对措施［J］.华东电力，2006，34（3）：28-31.

［3］吴长浩.增强配电网抗“台风”能力的几点建议［J］.电力安全技术，2013，15（6）：47-48.

［4］张飞飞，刘念，肖锐，等.计及风灾影响的中压配电网规划方案研究［J］.华东电力，2012，40（7）：1178-1181.

［5］周中秋.台风对配电网的影响和防御对策［J］.广东电力，2009，22（5）：29-31.

［6］熊军.基于GIS的区域电网风灾预警模型研究［J］.华东电力，2011，39（8）：1248-1252.

［7］彭向阳.配电线路台风受损原因及风灾防御措施分析［J］.南方电网技术，2010，4（1）：99-102.

［8］包博，程韧俐，熊小伏，等.一种计及微地形修正的输电线台风风险预警方法［J］.电力系统保护与控制，2014，42（14）：79-86.

Research of TC Disaster Prevention Measures for Distribution Line in Coastal Area

CHEN Ye1，MO Xin1，HU Bo2，LI Zhongliang3，YIN Jiao3，JIANG Dazhi2
（1.ZhanjiangPower SupplyBureau of GuangdongPower Grid Co.，Ltd.，Zhanjiang524000，Guangdong，China；2.Department of Computer Science，Shantou University，Shantou 513063，Guangdong，China；3.Department of EngineeringTechnology，GuangdongTopwayCo.，Ltd.Foshan 528200，Guangdong，China）

The stability of distribution line is directly related to the healthy development of the society and the national economy.However，about 9 tropical cyclones（TC）land in the coastal areas of China every year，which will produce the extremely serious impact on distribution line. In this paper，according to the practical experience of TC disaster prevention，a set of measures is carded，inducted and researched for distribution line.It is expected that this study may provide a scientific and systematic implementation plan for electrical traction system unit at all levels，but also offer a reference to the construction of smart grid.

tropical cyclone；distribution line；disaster prevention measure

A

1001-4217（2016）02-0066-06

2015-09-22

陈晔（1968—），男，湖北罗田人，高级工程师.研究方向：智能电网.

莫新（1973—），男，广东雷州人，高级工程师.研究方向：智能电网.E-mail：zjmoxin@139.com

姜大志（1982—），男，江苏南京人，博士，副教授.研究方向：智能计算.E-mail：dzjiang@stu.edu.cn

中国南方电网有限责任公司科技项目（K-GD2014-080）；国家自然科学基金资助项目（61502291）

广东省高等学校优秀青年教师培养计划项目（YQ2015070）；广东省普通高校特色创新项目（自然科学类）（2015KTSCX039）；广东省教育科学研究教育科研项目（2015GXJK037）