电力系统应对极端天气自然灾害对策探析

马静 张鸿毓 马进财

摘要：近几年，由极端气候和自然灾害引起的大规模电力中断在世界各地频繁发生，造成了重大的经济损失。在全球变暖背景下，十年一遇、百年一遇的极端天气事件发生频率和强度均呈上升趋势。随着碳达峰和碳中和目标的提出，以新能源为主的电网气象耦合与系统脆弱性增强，电网运行的安全性与可靠性受到空前挑战，迫切需要转变思维、统筹谋划，全方位提高电网的应急保障能力。基于此，本文将对电力系统应对青海地区极端天气自然灾害存在的薄弱环节进行分析，并提出相应的对策和措施，以供参考。

关键词：电力系统；极端天气；自然灾害

DOI：10.12433/zgkjtz.20232446

一、电力系统概述

电力系统是由发电、供电、用电设施、调节控制及继电保护和安全自动装置、计量装置、调度自动化、电力通信等辅助设施组成的有机整体。

电网是由发电厂、输电线路、供配电所以及用户构成的一种能源生产和消耗体系。其作用是将大自然中的一次能源，经过发电功率设备转换为电能，再经过输电、变电和配电，把电能供给到用户。为达到这一目的，在每个环节和每个层级，都要有一个与之对应的信息与控制系统对电能的生产过程进行测量、调节、通信和调度，从而确保用户得到安全、高质量的电能。电网各种检测设备、通信设备、调度自动化系统等构成了电力系统的信息与控制系统。电网的配置必须以较高的技术水平和经济效益为前提，使发电与用电达到最优平衡。

构建一个结构合理的大型电力系统，不但可以方便对电能生产与消费的集中管理、统一调度和分配，而且可以降低总装机容量，节约电力设施投资，对区域能源资源的合理开发利用产生有利影响，最大限度地满足区域国民经济日益增长的用电需求。

二、极端天气自然灾害给电力系统和新能源带来的不良影响

（一）极端天气自然灾害给电力系统带来的不良影响

1.给电力线路设施带来的不良影响

根据不完整的数据，每年有数千人被雷击致死或者引发火灾，造成数十亿元的经济损失，对社会治安和人们的生命财产构成了威胁。在雷电灾害发生时，在被雷电劈到的电线上可能会形成一个过电压，并在电线周围形成一个过电压和一个扰动电磁场，这种高电压会对电力设备、用户电气设备造成严重破坏。雷电场还可能通过各类电缆窜入装置，对装置产生损害，尤其是输（电）线窜入装置中。突如其来的狂风和暴雨，往往会导致输电线路发生碰撞，输电线路断裂。冰雪是引起尤其是高寒山区输电线失效的重要气象因素。覆冰不仅会增大电缆的负荷，增大电缆的受风面，还会引起不稳定的驰振动，引发跳头扭曲、断线、停电等重大电网安全问题。冰冻灾害已导致一些省市发生有史以来严重的覆冰事件，许多地区的电力系统受到破坏，使许多地区出现大量的断电、停水等情况，给人们的工作、生活带来很大的冲击。

2.给电力负荷带来的不良影响

用电负载与气候有很强的相关性。其中，天气因素对其波幅变化有85%～90%。天气对用电量有很大的影响。除了与季节、时间和各类用电用户的行为有关外，还与最高气温、最低气温、天气状况等气象因素有很大的关系。极端温度和最大用电负载之间存在着显著的正向关联，极端温度和极端温度将极端温度和极端温度下的用电负载的大幅激增，导致供电能力下降。在下雨或有阴霾的天气条件下，灯光消耗的电力急剧增加，而在阳光充足的天气条件下，电力消耗的电力就会减少。

（二）极端天气自然灾害给新能源带来的不良影响

1.极端天气给光伏运行带来的不良影响

沙尘暴、雪灾、雾等天气都会对光伏模块进行遮挡，并削弱阳光辐射，进而对光伏发电运行产生不良影响。对太阳能发电系统危害最大的是积雪。若不及时清除光伏组件顶端的积雪，将导致光伏组件、支撑支架和结构倒塌。沙尘暴、雾、霾对光伏电站造成的最大的影响是会让光伏模块上产生尘埃或污迹，进而减少模块所接受的阳光辐射强度，减少模块的发电量。此外，粉尘覆盖不仅会对发电产生不利影响，还会给电网带来严重的安全风险。如果不及时清理，会产生粉尘闪烁等污染。

2.极端天气给风机运行带来的不良影响

如果风机的速度太快，则风扇超过切割速度而停止工作。风扇自动停止运转的风速，即风扇并网发电的最大风速，通常为19～25 m/s （10级及以上大风）。截流速度与风扇叶片与单元负荷密切相关，如果已经到达截流速度而没有截流，将会引起塔倒塔和叶轮飞车等严重的安全事故。另外，不仅会对当地的电压和省内频率调整产生较大影响，还会对风力发电预报精度产生较大影响。

三、电力系统在应对极端天气自然灾害方面存在的薄弱环节及对策建议

（一）电力系统在应对极端天气自然灾害方面存在的薄弱环节

1.极端天气自然灾害的预警系统水平较低

当前，电网的安全风险预警以气象预报为主，缺乏针对性强的电网气象数据和精细的地理位置数据，以及实时的电网运行数据，造成电网对恶劣气候和灾害的认识不足，难以实现电网安全风险的快速预警。

2.电力系统的设计标准不够完善

当前，青海地区以传统电网为基础的电网安全与经济运行模式，难以适应新能源比例高、极端天气频次高、停电代价高的新电网发展需求，且缺少对非常规场景的抗灾设计，缺少对重点客户的精细管控，造成电网应急响应能力先天不足。

3.缺少健全的应急制度

极端气候引发的灾害往往会对交通、通信、电力、水利等多个领域的基础设施造成严重损害，电力设施的应急救援会影响到交通、通信和水利等多个领域的应急救援，加之目前各领域间缺乏有效的协调合作，严重制约应急救援的成效。此外，当前青海地区的应急救援主要采用离线式应急救援计划，且信息化水平不高，不能依据灾害发展动态、故障恢复进程、应急物资分布等实时信息，及时实施在线式应急救援计划，造成应急救援周期漫长。

4.可用应急方法较少

当前，在接近电力系统的地方，电网所占比例还不到10%，并且以光电为主，与气象条件密切相关。但是诸如电化学储能之类的新型储能的装机数量不到6000万千瓦，所占的比例还不到0.3%，而且这些储能中的大多数都是在电源侧，而不在用户侧。在极端环境下，可调配的应急资源非常少。但是像用户的自备应急电源以及快速增长的电动汽车这样的新兴应急资源，都被长久搁置，并没有形成市场化的调配机制。

（二）电力系统在应对极端天气自然灾害方面的对策建议

1.提升应急系统的整体水平

结合青海地区电力部门的实际需求，综合运用高分辨率卫星、气象雷达和无人机等多种技术手段，构建面向电网的高精度、高预见性的气象信息服务平台，实现电网安全运行的高精度、高预见性和高精度的电网安全运行预警和预测。利用物联网和数字技术等高科技手段，定时定量地预测电网故障的影响范围和破坏程度，实现全方位、多层次、多时段的全方位、多层次的预测。

2.完善电力系统的设计标准

在对青海地区新能源电网事故风险点、影响面及关联链条再认识的基础上，进行电网安全与投资经济再平衡分析，并以此为基础，科学制订新能源电网的抗震设计规范，既要防范新能源电网发生过多的断电事故，又要防范新能源电网发生过多的断电事故，进而影响到经济和社会发展。充分运用数字技术，并与地理信息、气象条件以及电力设备特征相结合，制定差别化的防灾标准，重点挖掘用户的精细化需求，尽最大限度保障关键用户的用电需求。

3.不断健全应急制度

自然灾害中存在着多种不可抗拒的原因，但也有一些是季节性的、地域性的，并且是可以预见的，可以通过技术手段和组织手段加以预防。在当前气候变化加剧、环境恶化及资源过度开采的背景下，地震、台风、暴雨及冰雪等极端灾害的频发程度及频次进一步增加。在面临灾难时，青海地区应加速构建电网自身的灾难早期预警体系。加强与气象、地质、水利等有关部门之间的协作，建立起应对自然灾害的体系，增强对灾害的预报和预警的能力，切实将灾害的危害控制在最小范围内。通过研究“5G+ UAV+卫星”的应急通信技术，提升灾害的认知与响应水平，构建事前预案和事中联动的电网恢复机制，构建电网与气象、交通、水利、通信、地震等多部门多方位的应急响应体系。在此基础上，尽可能地获得有关部门的应急救援支援，并优化供电修复计划。

4.积极应用多样化的应急方法

青海地区的相关单位强化安全底线观念，大力开展“退而不拆”的退役单位转型为后备能源工作，有序发展分散能源，合理指导用户端新能源存储，实现应对突发事件的多样化。按照“谁获益，谁负担”的原则，研究构建能够有效调动用户自备应急电源、用户侧储能和电动汽车等应急资源的市场化应急保供机制。在此基础上，青海地区提出一种有效的电网防灾减灾措施。研发抗自然灾难的新型防冰雪、防污闪涂层和绝缘材料，并广泛普及；优化电力系统设备如导线、杆塔和金具进行，以增强其抗强风、防冰冻和抗震减振等灾害的能力；开展电力设施故障定位、在线监测和预警系统、电力设施快速维修等技术的研发，提高装备的安全监测和灾害预防的整体水平。

5.提升电网的极端天气预防效果

青海地区在对电网设计时，应坚持将普遍性与特殊性相结合的科学适用的原则，全面考虑政治、安全、经济等因素，对不同线路的重要程度和差异性、同一线路不同地域的差异性、不同供电区域的差异性等因素进行。加强对重点供电线路、主干电网、用户配电线路等重点线路的设防；对穿越干线铁路、高等级公路、通航河道、重要电力线路，对部分路段的运营维修和应急救援难度较大的路段，可适当提升其等级；对于同一电压级别的输电线路，按其对电网的重要程度提出不同的可靠性要求；根据设计规程，应根据地域、地域、天气等因素，制定更为详尽的地域差别设计准则。

6.建设稳定的电网系统

目前，伴随着电网架构逐步扩大，电力系统变得越来越复杂。因此，青海地区各级电网企业要面对的是电网系统中所存在的大面积停电风险、配网薄弱瓶颈制约等问题。近几年，自然灾害对电网造成的较大破坏，要增强风险意识，并加大对电网的建设投资，还要对电网中的一些重点和难点问题进行有效预防，从而提升电网的安全稳定水平，还要预防各种风险和灾害的冲击。综合分析电网中的安全隐患和薄弱环节，同时还要改进输、配电网中的薄弱环节，深入研究电力行业中的各种关键问题，从而采取安全稳定措施，构建坚实的电网安全稳定三道防线，加强电网安全的技术支撑，从而可以更好地掌控电网。

7.积极开展安全管理工作

青海地区要将安全管理工作都做得更好，并与电力行业的安全隐患排查治理工作和安全生产专项督查等活动相结合，做到举一反三，有针对性地制定对策，不断健全安全管理制度体系。在吸收并学习其他电力企业在安全管理方面的先进经验和良好的管理方式，从而提升安全管理水平。要加强对电力生产现场控制，完善安全检查和考核制度，将各个层次、各个岗位的安全生产职责都进行有效的落实，对各种安全生产事故进行综合防治。

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作者简介：马静（1990），女，回族，青海省西宁市人，本科，工程师，研究方向为数据运营及数据分析。