鄂西电网抵御自然灾害能力评估

蔡德福，施通勤，周鲲鹏，卢生炜，曹 侃，蒋 伟，姚 尧，王 莹

（1.国网湖北省电力公司电力科学研究院，湖北 武汉 430077；2.国网湖北省电力公司，湖北 武汉 430077）

0 引言

近年来，极端异常气候对电力设施破坏事件发生的频度不断增加[1-4]。我省西部的武陵山区、秦巴山区在极端自然灾害中出现过数次大范围、长时间的停电事件，严重影响当地正常的工农业生产和人民生活。为提升鄂西电网的抗灾能力和供电服务水平，有必要开展鄂西电网抵御自然灾害能力评估。

本文研究的鄂西电网包括恩施、宜昌、襄阳、十堰、神农架等5个地级市（自治州、林区）的24个县域电网，具体包括恩施州的恩施市、利川、建始、巴东、宣恩、咸丰、来凤、鹤峰等2个市6个县，宜昌市的五峰、长阳、秭归、远安、夷陵、兴山等6个县（区），襄阳市的保康、南漳、谷城等3个县，十堰市的丹江口、郧阳、郧西、竹山、竹溪、房县等6个县（区），以及神农架林区。本文的鄂西电网特指上述的5个地级市（自治州、林区）24个县级区域涉及到的220 kV及以下电压等级电网。

本文从电网结构和设备两个方面详细分析鄂西不同电压等级（包括220 kV、110 kV、35 kV、10 kV）电网的抵御自然灾害能力和薄弱点，可为下一步针对性地提出鄂西电网抗灾能力提升措施建议奠定坚实基础。

1 220 k V电网抵御自然灾害能力

1.1 电网结构及其薄弱点

2008～2016年，自然灾害共造成鄂西电网32条220 kV线路停运33条次，倒断塔10基，断损线长度11.1 km，其中仅宜昌发生过1次220 kV线路受灾停运导致负荷损失的情况。220 kV电网相对坚强。

为进一步提高鄂西220 kV电网抗灾能力，应在电网规划和运行中重视以下电网安全运行风险点。

（1）丰水期十堰外送通道压力较大

考虑稳控系统投运，十堰外送通道稳定限额为900 MW，受制于500 kV十樊双回线同跳后220 kV线路过载。京能热电投运后，若丰水期不限制十堰水火电出力，正常方式220 kV龙当线即可能过载。

（2）恩施电网存在断面卡口

2016年冬季高峰时段，220 kV恩蕉和恩旗断面输送功率最大为490 MW，平均为420 MW，超400 MW的稳控限额。若自然灾害造成220 kV恩蕉线同塔双回同跳，恩旗线将严重过载，存在连锁跳闸风险。

（3）宜昌220 kV五峰变单线馈供单变运行

220 kV五峰变只有一条220 kV朝峰线作为220 kV电源支撑，且单变运行。2014年，朝峰线因线路覆冰导致线路断裂，造成220 kV五峰、110 kV万马池等变电站失压，引起负荷损失。

（4）神农架220 kV乐意变单线馈供单变运行

220 kV乐意变只有一条220 kV翁乐线作为220 kV电源支撑，并且单变运行。

1.2 设备及其薄弱点

（1）恩施

利坝线等8条220 kV线路存在抗冰能力不足的问题。其中利坝线最为突出，该线路001－011号、064－069号、084－089号区段按照15 mm冰厚设计，其他区段按照10 mm冰厚设计。但001－011号、064－069号、084－089号区段的设计水平仍较冰区等级要求（依据2014版湖北电网冰区分布图，下同）低1个等级，070－083号、090－116号区段的设计水平较冰区等级要求低2个等级。

（2）宜昌

麂桑线等5条220 kV线路存在抗冰能力不足的问题。其中麂桑线全线按照10 mm冰厚设计，但15－64号区段的设计水平较冰区等级要求低2个等级。麂泉线等4条220 kV线路均按照10 mm冰厚设计，设计水平较冰区等级要求低1个等级。

（3）襄阳

220 kV顺水线存在抗洪涝灾害能力不足的问题，其中8基杆塔、2.2 km导地线不满足抗灾要求。

（4）十堰

220 kV十悬线、十房线存在抗冰能力不足的问题。220 kV十悬线10－12号、22－29号、40－42号区段，220 kV十房线9－11号、60－75号、76－77号、80－84号、122－127号区段均按照10 mm冰厚设计，设计水平较冰区等级要求低1个等级。

220 kV黄柏线存在抗洪涝灾害能力不足的问题，其中4基基础（含拉线、护坡、防洪设施）不满足抗灾要求。220 kV十当线存在抗地质灾害能力不足的问题，其中6基基础不满足抗灾要求。

（5）神农架

神农架电网仅有翁乐线1条220 kV输电线路，涉及杆塔8基，线路设计冰厚与冰区图相符合，而且投运以来未发生过因自然灾害造成的线路故障。

2 110 k V电网抵御自然灾害能力

2.1 电网结构及其薄弱点

2008～2016年，自然灾害共造成鄂西电网45条110 kV线路停运77条次，倒断塔16基，断损线长度74.3 km。其中仅宜昌发生过1次110 kV线路受灾停运导致负荷损失的情况。110 kV电网相对坚强。

鄂西各地区110 kV电网形成以各220 kV变电站为中心的供电格局，电网接线模式包括链式、环网、辐射，如图1所示。链式、环网、双辐射接线因具有2路及以上电力供应通道，供电可靠性较高。鄂西110 kV电网结构情况如表1所示。鄂西电网共有110 kV线路309条，其中链式、环网、辐射接线分别有146、70、93条，占比分别为47.2%、22.7%和30.1%，链式、环网、双辐射接线共251条，占比81.2%，具有较高的供电可靠性。

图1 110 k V电网结构示意图Fig.1 Schematic diagram of 110 k V power grid structure

表1 110 k V电网结构情况Tab.1 110 k V power grid structure

表2列出了鄂西110 kV电网薄弱点，鄂西电网110 kV线路“N-1”通过率为77.7%，其中襄阳电网110 kV线路“N-1”通过率最高，为88.5%；恩施和神农架电网110 kV线路“N-1”通过率最低，均为60%。鄂西电网共有69条110 kV线路不满足“N-1”，其中受灾停运线路17条次，占停运110 kV线路的22.1%；55条线路既不满足“N-1”且下级转供通道转移负荷能力不足，占所有线路的17.8%。不满足“N-1”且下级转供通道转移负荷能力不足的110 kV线路是规划、改造和运维的重点，受灾故障时发生负荷损失的风险大。

表2 110 k V电网薄弱点Tab.2 110 k V power grid weakness

2.2 设备及其薄弱点

恩施、宜昌、十堰、神农架110 kV公用主变情况如表3所示。恩施不存在运行年限超过30年的主变。宜昌、十堰运行年限超过30年的主变各2台。神农架无运行年限超过20年的主变。

表3 恩施、宜昌、十堰、神农架110 k V公用主变情况Tab.3 110 k V public transformer of Enshi,Yichang,Shiyan and Shennongjia

恩施、宜昌、十堰、神农架110 kV公用架空线路情况如表4所示。恩施和神农架不存在运行年限超过30年的架空线路。宜昌、十堰运行年限超过30年的架空线路分别为199.01 km、443.07 km。

表4 恩施、宜昌、十堰、神农架110 k V公用架空线路情况Tab.4 110 k V public line of Enshi,Yichang,Shiyan and Shennongjia

恩施110 kV线路导线截面以185 mm2、150 mm2为主。杆塔以铁塔为主，仍存在部分水泥杆塔。共有15条110 kV线路存在抗冰能力不足的问题。其中110 kV坝桥线和红塘线的设计水平比冰区等级要求低2个等级，利青一/二回、利茶一/二回等13条110 kV线路的设计水平比冰区等级要求低1个等级。

神农架110 kV宋红线、红田线、松宋线和松阳线为老旧线路。110 kV松宋线等3条线路存在抗冰能力不足的问题，其中110 kV宋红线的设计水平比冰区等级要求低3个等级，110 kV松宋线的设计水平比冰区等级要求低2个等级，110 kV松阳线的设计水平比冰区等级要求低1个等级。

保康县运行年限超过30年的110 kV主变、线路分别有0台、1条，其中110 kV黄保线导线型号为LGJ-95，投运于1981年，运行年限超过30年。南漳县共有110 kV公用主变7台，运行年限均在10年以内。110 kV线路总长度170.022 km，其中运行年限20年以上的线路58 km，占比34.11%。谷城县共有110 kV公用主变11台，运行年限均在30年以内。110 kV线路14条，总长度170.74 km，其中运行年限20年以上的线路39.5 km，占比23.13%。存在部分LGJ-240/150混合线路，限制了线路的带负荷能力，如110 kV汾谷一、二回线。

3 35 k V电网抵御自然灾害能力

3.1 电网结构及其薄弱点

2008～2016年，自然灾害共造成鄂西电网69条35 kV线路停运96条次，倒断塔179基，断损线长度285.5 km，影响用户32.3万户，累计损失电量279.4×104kW·h。

鄂西各地区35 kV电网形成以各220 kV及110 kV变电站为中心的供电格局，电网接线模式包括单链式、单环网、辐射。鄂西电网共有35 kV线路479条，其中单链式、单环网、辐射接线分别为176、58、245条，占比分别为36.7%、12.1%和51.2%，如表5所示。与110 kV电网相比，35 kV电网接线模式以单辐射为主。

表5 35 k V电网结构情况Tab.5 35 k V power grid structure

表6列出了鄂西35 kV电网薄弱点，鄂西电网35 kV线路“N-1”通过率为39.9%，其中襄阳电网110 kV线路“N-1”通过率最高，为62.1%；恩施电网35 kV线路“N-1”通过率最低，为26.7%。鄂西电网共有288条35 kV线路不满足“N-1”，其中受灾停运线路60条次，占停运35 kV线路的62.5%；170条线路既不满足“N-1”且下级10 kV转供通道转移负荷能力不足，占所有线路的35.5%。不满足“N-1”且下级转供通道转移负荷能力不足的35 kV线路受灾故障时发生损失负荷的风险大。

表6 35 k V电网薄弱点Tab.6 35 k V power grid weakness

此外，部分35 kV线路存在T接和长距离多级串供的情况，导致这部分线路和变电站供电可靠性不高。鄂西电网有T接35 kV线路53条，其中恩施、宜昌、襄阳、十堰、神农架分别有22、13、5、13、0条，如恩施的芭盛桅线桅杆堡线。鄂西电网有长距离多级馈供变电站91座，其中恩施、宜昌、襄阳、十堰、神农架分别有49、27、4、11、0座，如十堰竹溪城关－水坪－新州－中梁35 kV线路串接总长度43.5 km。恩施地区35 kV线路T接和长距离多级串供问题最为突出。

3.2 设备及其薄弱点

恩施、宜昌、十堰、神农架35 kV公用主变情况如表7所示。恩施、宜昌、十堰各存在1台、5台、2台运行年限在30年以上的主变。

恩施、宜昌、十堰、神农架35 kV公用架空线路情况如表8所示。除神农架外，均存在运行年限超过30年的架空线路。

表7 恩施、宜昌、十堰、神农架35 k V公用主变情况Tab.7 35 k V public transformer of Enshi,Yichang,Shiyan and Shennongjia

恩施35 kV线路导线截面以70 mm2、50 mm2为主。杆塔以铁塔为主，仍存在较多水泥杆塔和拉线塔。共有34条35 kV线路存在抗冰能力不足的问题。其中高龙线等8条35 kV线路的设计水平比冰区等级要求低2个等级，官火线等26条35 kV线路的设计水平比冰区等级要求低1个等级。

表8 恩施、宜昌、十堰、神农架35 k V公用架空线路情况Tab.8 35 k V public line of Enshi,Yichang,Shiyan and Shennongjia

神农架林区松朝线等6条35 kV线路存在抗冰能力不足的问题。其中，35 kV宋坪线和松朝线的设计水平比冰区等级要求低2个等级，35 kV木板线、红木线等4条线路的设计水平比冰区等级要求低1个等级。

保康县共有14条35 kV线路导线截面偏小，包括黄后线、后歇线、桥歇联线欧店支线等。运行年限超过30年的35 kV线路4条。南漳县共有35 kV公用主变32台，运行年限均在20年以内。35 kV线路总长度354.714 km，运行年限均在30年以内。谷城县共有35 kV公用主变20台，其中运行年限超过30年的主变2台。35 kV线路总长度253.289 km，其中运行年限超过30年线路长度33.75 km，占比13.32%。

4 10 k V电网抵御自然灾害能力

2008～2016年，自然灾害共造成鄂西电网809条10 kV线路停运1 265条次，倒断杆33 603根，断损线长度4 114.4 km，影响用户160万户，累计损失电量1 548×104kW·h。

鄂西电网10 kV公用线路基本情况如表9所示。恩施的10 kV线路条数最多、长度最长、平均供电半径最大，且木质电杆比例最高，占比5.69%。神农架林区的10 kV线路联络率最低，为11%；“N-1”通过率最低，为8%。鄂西电网10 kV公用线路运行年限情况如图2所示。宜昌和襄阳运行年限大于20年的10 kV线路占比较高，分别为36.79%和39.38%。

表9 10 k V公用线路基本情况Tab.9 Basic information of 10 k V public line

图2 10 k V公用线路运行时间Fig.2 The operation time of 10 k V public line

鄂西电网10 kV公用主变基本情况如表10所示。恩施的10 kV主变台数最多，主变容量最大，接入的重要用户数也最多。

表11为鄂西电网10 kV线路位于灾害区域的占比情况。鄂西电网45.8%的10 kV线路位于中、重冰区（覆冰＞10 mm），3.5%的10 kV线路位于9级以上大风区（风速＞23.5 m/s），15.5%的10 kV线路位于多雷区（地闪密度大于 2.78次/（km2·a）），6.8%的 10 kV线路位于易发洪涝灾害区，5.7%的10 kV线路位于易发地质灾害区。神农架、恩施10 kV线路位于中、重冰区的比重较大，分别为100%、65.6%，宜昌10 kV线路位于多雷区占比较高，为20.86%。位于灾害区域的线路占比越高，线路故障风险越大。

表10 10 k V公用主变基本情况Tab.10 Basic information of 10 k V public transformer

表11 10 k V线路位于灾害区域的占比情况（单位：%）Tab.11 The proportion of 10 k V line in the disaster areas（unit：%）

5 结语

鄂西电网受自然灾害影响出现过数次大范围、长时间的停电事件。本文从电网结构和设备两个方面详细分析了鄂西不同电压等级电网的抵御自然灾害能力和薄弱点。鄂西220 kV和110 kV电网结构以链式、环网、双辐射接线为主，抵御自然灾害能力较强。35 kV及以下电压等级电网结构以单辐射为主，电网抵御自然灾害能力较弱。部分35 kV线路存在T接和长距离多级串供的情况，其中恩施地区最为突出。鄂西220 kV及以下各电压等级电网均存在线路设计抗冰能力不足的问题，其中鄂西有45.8%的10 kV线路位于中、重冰区，建议进一步提升鄂西电网的抗冰能力。研究成果可为提高鄂西电网抗灾能力提供指导。

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