福州地区自然条件与对配电网影响的联动分析

福州地区自然条件与对配电网影响的联动分析

陈波陈冰斌林佳陈建聪

（福建省电力有限公司福州供电公司电力经济技术研究所福建福州350000）

摘要：110kV及以下配电网直接承担着广大用户的用电需求，由于配电网络分布广、设备数量多，导致配电网易受自然灾害的影响，而配电网遇灾时因受抢修力量的限制，短时恢复供电较困难，易引发社会问题。

福州配电网承担着经济社会发展和人民生活供用电的重要任务。近年来，自然灾害频发，尤其是台风、冰雪灾、雷电及盐雾对配电网的影响最为严重，因此全面深入分析和总结各种突发性自然灾害对福州配电网造成的严重影响，为后续的灾前预防、灾中应对和灾后恢复尤为重要。

1.福州地区自然条件与对配电网影响的联动分析

福州位于欧亚大陆东南边缘，东临太平洋，是典型的亚热带季风气候。夏长冬短，霜冻少，除海拔较高的山地外大部分地区无霜期在300天以上。

影响福州市的主要气象灾害有台风、冰灾、雷电、盐雾。

1.1台风对配电网的影响

大风灾害，是引起电网事故的主要灾害之一，主要由台风、雷雨大风、强冷空气等天气系统所引发，能造成输电塔倒塌、断线、断股、线间短路、接地短路、跳闸等损失，给国家和人民财产带来极大的损失。从各年台风了解的情况看，受灾严重的是台风登陆的沿海地区及山区，并有暴雨到大暴雨，局部特大暴雨的伴随。配电网受灾的主要特点电杆折断、电杆倾斜、导线断线、导线飞线等特点。

台风对配电网造成的灾害主要影响因素是风力，其他有降雨量、周围树木、配电设备运行年限及配电设备设计及安装标准等。

为了说明风力大小对电网设施的影响，根据风力等级划分方法，将事故发生时的日极大风速值换算成风力等级，最后统计得到不同风力等级造成电网风灾事故的分布情况，如图1所示。由图1可知，4级以上的风是造成福建电网风灾事故的主要灾害性大风，其中6级以上大风更易出现风灾事故，其比例高达87.6%。需要指出的是，当风力超过7级以上时，电网事故数开始呈现减少趋势，主要是由于出现7级以上大风的频率开始减少造成的。

1.2冰灾对配电网的影响

覆冰是最容易引发输电线路群发性跳闸的灾害类型。在电网覆冰过程的不同阶段，会发生不同的相继故障事故。在覆冰初期，电网一般不会发生严重故障，当覆冰厚度达到一定程度时，如果风速为5m/s~15m/s，且与线路夹角为45°~90°时，位于风口地段，如跨河、谷口和两侧有屏障的开阔通道或开阔平原的线路可能会发生舞动。当覆冰厚度或冰风荷载超过线路或杆塔的设计标准时，可能发生断线、倒塔事故。在融冰天气阶段，绝缘子串覆冰或被冰凌桥接后泄露距离缩短，在冰水电导率较大条件下可能会导致闪络事故，而且覆冰时绝缘子串内泄露电流增大，当泄露电流达到一定值时，就可能由局部弧光放电发展为闪络。此外，在融冰天气阶段还可能出现由于不均匀脱冰导致的线路跳跃或舞动事故。

影响导线覆冰形成的气象因素主要有大气温度、空气湿度、风，即需要具备足以冻结的气温条件(一般低于-2℃)，同时需具备较高的空气湿度，空气相对湿度一般在85%以上。当具备了形成覆冰的温度和湿度条件后，风速的大小和风向对导线覆冰大小起重要作用，最适宜覆冰生长的风速一般为2～7m/s。

在凝冻高度以上，一般最易覆冰的温度为-8～0℃。若气温太低，比如在-20～-15℃或更低时，过冷却水滴都将变成雪花而不利于形成覆冰。这就是本次冰灾中气候严寒的东北、西北和华北等地区冰害较西南、华中、华南、华东地区为轻的重要原因。

通过对110kV线路使用的等径杆进行验算（风速10m/s，覆冰厚度20mm），水泥杆杆段的强度可以满足要求。水泥杆的倒杆主要由覆冰及断线引起的。倒杆现象一是发生在拉线上方，属于纯弯破坏；二是主杆在过厚的覆冰下过载压弯破坏。结合现场研究分析，这种情况按验算超过设计条件必然产生倒杆。

冰灾伴随的低温、冰雨、覆冰等自然灾害引发的输电线路的跳闸、断线、倒塔事故直接导致配电网的跳闸率、倒杆率、断线事故率激增，进一步导致配电网的供电可靠率、线路及配变电设施的可转供率下降。

1.3盐雾对配电网的影响

1.盐雾对导线，实际上是导线被电离作用腐蚀的过程。从某县的历年运行情况分析，导线断线和断股每年都有多起发生，在2000年，35kV线路避雷线因钢绞线断线，断落在导线上，引起山林火灾；1993-1997年期间，一条10kV配电线路，共发生导线断线15起（断点大部分在弧垂低点上），断后的导线已被盐雾严重腐蚀、硬化和脆弱，无法继续连接运行。因盐雾对导线的腐蚀，使导线强度大大降低，强风时，导线断线。经检查，钢芯铝绞线运行5年后，钢芯有断裂现象；铝导线白色锈斑布满表面，占总面积50%～80%。

2、盐雾对瓷绝缘子的危害

（一）瓷绝缘子爆裂

产生瓷绝缘子爆裂主要是因为：在强电场作用下，瓷绝缘子上的沉积物被电离，形成导电性薄膜，产生电晕放电，使瓷绝缘子表面温度不均匀升高，从而导致爆裂。据一些供电所反映，某10kV配电线路，由于此线路瓷绝缘子爆裂，引起断线，造成有线电视光纤及信号放大器烧坏。据初步统计，线路每年因瓷绝缘子爆裂占事故的70%。

（二）盐雾对铁构件的危害

盐雾对铁构件的腐蚀非常严重，对于一般电镀锌和烤漆的铁构件，半年左右开始生锈，一年以后锈点斑斑，两年后铁构件腐烂，三年后基本上已烂掉。电缆分接箱、电表集装箱以及低压线路上安装的各种金具，使用不到三年就得更换。

盐雾对绝缘子及铁构件的腐蚀作用导致配电网的绝缘率下降，容易引发漏电、断电事故；同时缩短了绝缘子及金属部件的使用寿命，使配电网的运行维护人力、财力成本大大加大。

1.4雷电对配电网的影响

雷电灾害的严重性表现在它具有巨大的破坏性上。雷电的破坏作用在于强大的电流、炽热的高温、猛烈的冲击波、剧变的电磁场，以及强烈的电磁辐射等物理效应，给人类社会带来极大的危害，造成人员伤亡、巨大破坏、起火爆炸、严重损失。雷电灾害波及面广，人类社会活动、农业、林业、牧业、建筑、电力、通信、航空航天、交通运输、石油化工等各行各业，几乎无所不及。随着高科技的发展，雷电灾害显得越来越严重。尤其是分布很广的农配网线路，遭受雷击的概率极高。

当落雷密度达到一定范围，击中配电设施，产生的过电压、电流导致配变及线路受损从而影响配电网正常运行。

雷电灾害对配电网影响的范围波及较广，配电线路、设施、零部件均有可能受到强电流的冲击，以致于破损。雷电灾害一般伴随大风天气，同台风灾害一样会导致电杆的倒杆率、跳闸率、断线故障率加大，降低供电可靠率及线路可转供率。在影响正常供电时还会间接造成生命威胁和财产损失。

2.防灾减灾措施

2.1台风抵御措施

（1）导则层面措施

1）在沿海岸区域新建或改建线路，建议采用电缆敷设方式，以防止台风因使架空倒杆造成重要用户及重要客户的断电。

2）提高已有架空线路的电杆处防风拉线的密度、及综合加固设施。新建架空线路在综合加固实施前，可加装拉线临时防风。

3）加固已有架空线路的电杆电杆基础。不具备拉线条件的，更换电杆并配置基础；对其他没有加固的直线电杆，其埋深不满足要求时，应加固基础；电杆基础加固处理应根据电杆所处的位置，因地制宜，选择适当的基础加固方式。

（2）运检层面措施

1）建立台风信息采集和监视系统结合GIS数据，及时查询台风风圈范围内的场站和设备状态。

2）定期对于已经建立的输电杆塔和线路进行及时的维护和加固改造。检查塔基是否下沉、外露，深度是否符合标准，有无损坏。以及杆塔和线路位置与周围建筑物和树木等物体的距离是否危险。

3）台风灾害前后电力抢修采用“弃线保杆”技术，保障极端天气后快速复电—针对线路承载情况，截面积在120mm2及以下导线断线张力小于普通电杆抗裂弯矩；针对大截面导线，增加电杆强度，同时采用新的“弃线保杆”技术，保障极端天气后快速复电。

（3）设计层面措施

1）适当提高设计风速。目前，参考设计风速为30～40m／s。根据风级典型的破坏程度，F2级强龙卷风风速约50～71m／s，大大超过设备的设计风速，导致线路断线、倒杆。

2）缩短耐张段长度。应整条线路统筹考虑，增设耐张杆塔缩短耐张段长度，将各个耐张段长度控制在适当范围以内。

2.2冰灾防御措施

（1）导则层面措施

1）加固改造现有运行线路

采取重点加固原则，区分重要电源送出、重要城市网架、重要联络线、重要用户供电、重要跨越、重冰区及抢修困难等重点线路和一般线路。

2）杆塔加固及防串倒

优先考虑线路更改路径，减少经过易覆冰微地形、微气象区段，避开重冰区，限制大档距差和大高差。无法改变路径的，可采用放松导地线、增设杆塔缩小档距等方式减少纵向不平衡张力。

受损严重的同塔线路，可考虑改建为单回提高抗冰能力。耐张段长度应结合地形合理确定，中重冰区不应超过3km。耐张段内应设置防串倒的加强型直线塔。档距差较大且垂直、水平档距比值较小的直线塔宜采用耐张塔开断。

3）导地线、绝缘子及金具加固

更换导、地线型号，提高导地线强度。对分裂导线考虑采用减少导线根数的方式提高抗冰能力。

4）提高新建线路及电网建设标准

对重要线路和抢修特别困难线路应提高建设标准。应提高覆冰区新建工程输电线路设防标准，提高杆塔抵御纵向不平衡张力和垂直荷载能力，提高导、地线横担等支撑薄弱部位强度，采取防串倒措施。应重视覆冰区线路走廊优化选择，改善新建线路覆冰运行工况，应避开重冰区、微气象、微地形及高海拔区段，重冰区应避免多回共塔设计和多根分裂导线。

（2）运检层面措施

1）在覆冰严重的重要线路推广使用覆冰监测预警系统，分析电网安全风险，提高电网防冰抗冰的灾害预防能力。利用监测预警系统协助指导抗冰融冰等技术手段的实施，提前做好抗冰融冰应急预案，应对冰灾发生。

2）建立完善的电网恢复决策支持系统，当输电系统发生断线、倒塔和停电事故时，能整合资源，高效有序地开展抢修工作，迅速恢复电力供应。

3）采取科学的态度，以试验结论为依据，避免主观臆断；准确理解各种防污闪制度、反措，因地制宜地采取措施，坚决避免投机取巧的做法；尽量采取永久性措施，以保证运行安全为原则；安装“风力清扫环”，利用自然界的风能，全天侯免维护清扫绝缘子表面各种积污，达到防治污闪的最佳效果。

（3）设计层面措施

1）提高设计标准，增强抗灾能力。区分重要电源送出、重要城市网架、重要联络线、重要用户供电、重要跨越、重冰区及抢修困难等重点线路和一般线路。重点线路考虑重要系数1.1~1.2，设计气象条件提高一级，将设计冰厚提高5~10mm。

2）对重灾地区优化设计标准，根据海拔等高线进行地域分区，适度提高线路覆冰设计标准，采用重型钢芯铝绞线，提高安全系数，提高导线抗覆冰能力，费用增加较低；档距大于120m的线路，应重点开展正确安装防振锤，减少导线自损；增加耐张段的设计，档距较大时应采取孤立耐张段，减少损失范围；加强线路路径的选择，可采用沿道路建设，如成本较高，也可采用导线穿越道路进行，以方便开展抢修，减少走山路、大跨越或者山背阴面。有条件地区可采用降低档距、采用双横担等方式进行补强。加强线路间的联络，主干线与重要分支线要装设分段开关，减少停电范围。设计要分析电杆、导线受力情况，要求导线的最大破断力不能超过电杆的最大承受力。

2.3防雷减灾措施

（1）导则层面措施

1）新建改建线路走廊宜选择地势平坦地区，避免线路走廊建设在地势较高易受雷击处。

2）新建改建线路在城镇和林区采用绝缘架空导线，农村及空旷平原地区线路宜使用裸导线，降低雷击断线的概率。

（2）运检层面措施

1）切实提高运行维护人员工作责任心，如在测量接地电阻后，恢复连接时，要对连接面进行除锈，检查杆塔与接地体连接是否紧密可靠检查时曾发现测量接地电阻后，恢复连接时未对连接点除锈和连接不紧密的情况。绝缘子测零时，要选择合适的天气，以提高准确性。

2）正确运用雷电定位信息系统，结合调度提供的跳闸信息和运行经验，进行线路雷击点的分析、判断，提高线路故障点查找的针对性，缩短消缺时间。

3）加强现有线路的雷击原因分析，特别是对重雷区易击点杆塔周边地形地貌、环境、杆塔接地电阻（土壤电阻率）、防雷设施运用等情况进行综合分析，积极探索雷电活动规律，为实施防雷技术措施提供依据。

4）在事故抢修中，应多采用新技术、新材料，尽快的恢复供电，如采用带张力的预纹丝式补修条，能在导线钢芯没受损，铝股全断的情况下进行导线修补，而不需要割断重接，修复后各项指标达到原导线的标准，节省大量的人力和大大缩短恢复时间。

（3）设计层面措施

1）在设计线路时，多收集气象资料，多走访沿线居民，并对收集的资料和信息进行系统分析，研究线路路径上是否存在微气象区，确定线路路径和设计方案时，尽可能避开重雷区和恶劣气象区。

2）110kV及35kV线路防雷技术措施

根据架空线路耐雷水平计算，在预防感应雷时采用架空避雷线相当有效，再配合采用加强线路的绝缘水平，就能有效的防止感应雷害的发生，因此在新线路设计时采用堵的方式防御感应雷害，而对直击雷害及反击雷害则采用疏的方式并要求在运行中逐步完善。

3）10kV及以下线路防雷技术措施

①裸导线线路为不接地系统，单相接地时不会发生跳闸，因此重点防范在单相接地后扩展为两相短路故障的发生，措施是设置绝缘水平等级差杆型三角形排列的两边相比中相高一级，鼓形的最上面的两相比下面的低一级，其原理是把最上面的导线当作避雷线来看待，提高下面导线绝缘子的耐雷水平，减少雷击跳闸率。

②10kV架空绝缘线路易因雷电过电压而断线。目前采用的两种措施一是每隔一基杆装一组/三相过电压保护器，其原理同35kV带空气间隙的线路避雷器一致，缺点是保护动作后绝缘导线表面会出现针孔现象；二是采用保护型绝缘子（FEG-12/5型防雷支柱绝缘子）来代替普通的绝缘子，保护原理是同绝缘子并联间隙一样，缺点是造价稍高;现目前装有该两种防雷保护的架空绝缘线路，运行状况良好。

③低压线路：因低压线路维修相当便利，低压线路同样应采用雷措施。

2.4盐雾减灾措施

(1)导则层面措施

1）盐害地区配电线路应尽量选定有树木、建筑物等有遮蔽的路径，避免选择直接遭受含盐分的海风吹扫的区域、直接遭受到海水飞沫的区域和含盐海风聚集的区域。

2）盐害地区的高压导线可采用铜导线，不宜使用钢芯铝绞线。

3）绝缘导线终端装置、跳线连接处等需要剥除导线绝缘层时，尽量缩短剥除长度。

4）低压线采用PVC线，其接头采用C型压接套管压接并需以绝缘塑料带严密包扎。

5）为防止绝缘子污损，在安装杆线及绝缘子时，应考虑海风及季节风吹袭方向，以背对风向为原则，以减少盐尘附着量。

(2)运检层面措施

1）重盐害地区应定期巡视各检测点有无松脱情形。

3）盐雾污秽严重区域高压柱式绝缘子应视盐、尘害情形定期清洗盐尘附着物或更换。

4）增加悬垂绝缘子个数，以增长爬电距离，并应定期巡视清洗盐尘附着物。

5）输配电线路的管理维护措施更新

为不重复过去在建设输配电线路过程中所走过的各种弯路，掌握住输配电线路运行过程中常见故障发生的规律，一个完善的输配电线路管理机制很有必要被建立起来。对输配电线路进行一套科学、规范化的管理，采用先进的技术建设、维修，可以避免输配电线路在日后建设、维修过程中出现种种歧路，也能够保证输配电线路可以更好地为人民服务。

(3)设计层面措施

1）高压线路考虑采用瓷横担，三相线路全部采用横担梢（不使用顶梢）。

2）导线的选择

①在较为重要的系统或要求较高的输电线路上，要采用钢芯铜绞线作为导线。

②城市内的电力线路应尽量埋设于地下管道中。这样就可以很好的避免小线路直接接触盐雾，而带来的腐蚀危害，且降低维修的的次数与成本开支。

③低电压的输配电线路要尽可能的使用塑料铜芯线，这种导线可以有效的减少损耗，而且还能防止盐雾的侵蚀。

④对于需要通过森林与海岸线附近的线路，导线最好为绝缘铜芯铝纹线。

3小结

经上述分析，福州市台风、冰灾、雷电、盐雾这四种自然灾害对电网的影响已分析明确，防灾减灾措施也已给出，后一步工作中建议将福州台风、冰灾、雷电、盐雾这四种自然灾害按不同级别及地理分布进行叠加分析，形成更加针对性的防灾减灾措施

参考文献

[1]李庆峰，范峥，吴穹，等．全国输电线路覆冰情况调研及事故分析[J]．电网技术，2008，32(9)：33-36．

[2]蒋兴良，马俊，王少华．输电线路冰害事故及原因分析[J]．中国电力，2005，38(11)：27-30．

[3]甘德强,胡江溢,韩祯祥.2003年国际若干停电事故思考.电力系统自动化,2004,28(3):1-4,9.

[4]林建勤．建立科学高效的电网防台风暴雨应急机制[J]．供用电，2007：24(4)：9—14．

[5]默增禄，程志云．输电线路杆塔的腐蚀与防治对策[J]．电力建设，2004年第1期．

[6]易辉，崔江流输电线路运行及防雷措施．高电压技术，2001(12)．

作者简介

陈波（1986年7月—），男，汉族，工程师，硕士研究生，籍贯:福建省福清市，主要从事电力系统规划、项目评审及前沿专题研究工作。工作单位：国网福建省电力有限公司福州供电公司，电力经济技术研究所。

陈冰斌（1974年9月—），女，汉族，高级工程师，本科学历，祖籍福建省仙游县，主要从事电力系统规划、计划管理及前沿专题研究工作。工作单位：国网福建省电力有限公司福州供电公司，电力经济技术研究所。