电力气象灾害时空分布特征及其影响分析

甘肃省环县气象局 宋亚男，王娟，李巧霞

作为城市的经济命脉，电网是城市可持续发展的关键。在现代经济建设发展中，我国输电线路的建设技术也在不断发展。如电线电路的长度和扩张容量也在不断增加，对整个电网的安全性和稳定性也带来了严峻的挑战。如何在恶劣的气候环境下保证电网的稳定质量，成为了电力部门的关注重点。为了有效应对电网的安全事故问题，要积极采用科学的管控措施来减少和规避电力风险，尽可能保证电力系统的生产质量。

一、相关概念简述

（一）气象灾害时空分布特点的价值

一些研究表示，通过分析电力气象灾害分布图可以分析电力灾害的时空特点，并结合其灾害情况对时空分布进行详细分析。一些研究表明，可结合电网绝缘强度和雷电的频繁情况给出危险雷电分布图，并基于雷电的分布情况提出防雷配置的基本原则和方法。也有理论表示，可基于电网的电力负荷来考虑气象因子的特点和作用，但是大多人对电网的灾害分布和频次认识不足，无法结合地域情况分析气象灾害和其时空分布特点，总结相应的灾害特点和分布规律，无法对电网灾害的问题提出针对性的参考。

（二）简述气象灾害及其特点

气象灾害对电网生产的影响包括雷击、污闪、外力破坏以及风害等。结合电网的生产特点来看，因为气象环境具有周期性和波动性特点，在一些气候变化的大环境下，一些恶劣天气和极端事件的发生概率增加，而裸露在外界环境的架空输电线路和变电设备也存在一些问题，导致其安全运行受气象环境影响。

从概念上来看，气象灾害的作用表现为大气环境对输电线路释放能量，直接导致电气故障，可导致线路强迫停运或者是大范围停电。如常见的台风吹断杆塔、闪络跳闸、雷电击穿绝缘设备等。对气象的微观积累要素进行分析可知，不同的气象环境对输变电设备的绝缘结构、磨损老化以及结构应力等都有影响。可通过相对湿度、风速以及气压、大气污染等作用观察在气象灾害影响下的变化规律和特点，可研究气象灾害的实际特点，结合一些特殊的机理模型全面掌握气象对输电线路的作用和规律，进而为后期风险预警管理、灾害的在线故障预测等做好铺垫工作，最终保证输电线路的运行安全和稳定。

二、案例资料分析

气象研究表示，造成电力气象灾害的因素较多，其中包括高温、雷电以及冰灾等，这些都有可能引发电力输送问题。因为冰灾和高温的影响范围大、波及面广，电力气象灾害问题也十分严重，因此可能会加重电网的大面积受损。如湖南省的电网因为冰冻天气影响受到严重破坏，在2008年，湖南省电网除湘西、湘北地区都出现了停运问题，连续的恶劣天气对电网的生产和运行带来了严重的影响，也威胁了人们的生活和社会的稳定。此外，因为持续的高温影响，一些地区可能出现严重的高温天气，一方面会导致用电负荷增加，导致电力系统波动，另一方面高温天气也会对电力电缆造成影响，电力单位要及时调整电网体系，预防用电过量的问题。本文结合电力冰冻和高温灾害进行分析，对高温、冰冻灾害的失控分布特点以及电力影响问题进行分析，以降低自然灾害。

（一）资料来源

本次研究选取A地96个气象站在1987-2017年的逐日覆冰、冰冻日数等资料，统计月平均气温、日最高气温、日最低气温进行分析，所有的资料都来源于当地气象档案馆。

（二）标准冰厚计算分析

可结合电线的覆冰，按照其厚度分为雾凇、混合凝结、雨凇、湿雪等，在实际的研究中为了体现气象资料的可比性，可见观冰站的资料更换成0.9 g/cm 3的标准冰，测量时需要根据实际测覆冰的长短来计算标准的冰厚。

（三）分析冰冻灾害的时空分布特点

结合A地不同时间段的覆冰厚度变化可知，A地平均冰冻日对比，最长时间可达6.8d，北部地区平均时间小于2d，而南部地区的冰冻时间约为6-9d。可结合观测站点的冰冻积累日进行分析，一般累积冰冻日的最大值为东部，超过了360d，此外，在东南部部分地区有200d、210d、215d，这些地区都是容易发生电力灾害的地区。整体而言，可结合当地最大覆冰的空间分布可知，当地区域整体呈现出地理冰厚度北部比南部厚、山地比丘陵厚等特点。

结合电力生产而言，当地40年内平均最大覆冰的厚度小于5mm，若排除极端天气影响以及气候影响，电力气象的自然灾害发生率不高。若平均最大覆冰厚度达到25-30mm，发生电力气象灾害的风险较大，覆冰在15-25mm区间，发生电力气象灾害较为频繁。从整个覆冰的空间分布、平均冰冻日的空间分布以及最低气温分布情况来看，一般最大覆冰厚度超过25mm的地区更容易发生电力灾害问题。可结合湖南省最大覆冰的空间分布情况，平均冰冻日数的空间分布特点来确定灾害问题。

（四）探讨高温灾害的时空分布特征

通过科学的研究分析方法，可宏观掌握气象灾害对输电线路的影响，因为气象灾害具有时空分布规律，可结合输电线路故障事件的时空分布特征以及气象和线路的关系，科学分析线路的基本特征，降低气象灾害对生产的影响。

首先，收集A地1998年-2018年近三十年的平均最高气温资料进行对比统计，其中在6-8月的平均气温最高，而在A地北部地区的7月，平均气温在34℃以上的环境较长，一般夏季体感舒适温度在23-28摄氏度，气象学家表示气温在35摄氏度可称之为高温天气，而7月的平均气温较高，因此设置在34摄氏度，且容易发生电力气象灾害问题。整体而言，A地的北部地区更容易发生电力气象灾害问题。而东部的平均气温低于33摄氏度，因此发生电力高温气象灾害的可能性不大。

其次，分析高温灾害对电力的影响。夏季高温会影响电力负荷的效果，在连续的高温、用电攀升的环境下，A地的最高气温可能会到35℃或超过这个临界值，这也会增加供电设备、电力供应的生产难度。整体而言，若电力线路发生过载问题会直接威胁电网的运行稳定性，一般可能会导致频繁跳闸，严重时可能会导致变压器过热烧毁，直接引发主电力设备生产问题。在无法正常供电的环境下，夏季的气温不断攀升也会导致电力负荷加大，若高温天气的电力线路超过限定符合值可能会使电力设备的寿命缩短，或引发火灾。

三、结论

近年来，我国电网建设规模不断扩大，电网资源的生产模式和地域跨度也不断增加，考虑到气象灾害对电力非计划停运的影响，建议结合气象灾害的特点，总结其时空分布特征和影响，进而做好风险预防和管控。本次研究以A地为研究对象，分析冰冻和高温灾害的时空分布特征对电力生产的影响，可得出以下结论；第一，A地平均最大覆冰厚度超过25mm的地区容易引发电力冰冻灾害问题。第二，电力冰冻的灾害形成或与自然灾害的形成温度、降水以及相对湿度等因素有关。若平均气温接近于0摄氏度便可能有降水问题发生，而相对湿度在80%时可能会导致电覆冰等问题，严重时可能导致电力设施垮塌，对整个电力生产运行带来灾难性的影响。第三，夏季高温也会影响电力负荷的生产效能，若平均最高气温超过34摄氏度，会直接对供电设备以及电网安全、电力供应造成影响。

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