台风对电网的影响分析及应对措施

(国网上海市电力公司电力科学研究院,上海 200437)

0 引 言

中国位于亚洲东部，太平洋西岸，背陆面海，中东及东南沿海地区属于亚热带季风气候，每年6月至10月属于台风高发期。中国习惯将形成于26 ℃以上热带洋面上的热带气旋(tropical cyclones)称为台风，依据国家标准GB/T 19201—2006，热带气旋按中心附近地面最大风力划分为6个等级：热带低压、热带风暴、强热带风暴、台风、强台风和超强台风[1]。

据统计，2018—2021年期间，每年登陆中国的热带气旋平均7.25个，其中3.25个达到台风及以上等级，台风经常在福建、浙江、广东等地登陆，影响范围包括江西、安徽、江苏、山东、辽宁及上海等地。伴随台风的大风、降水天气不仅会造成拔树倒屋、农田受淹等直接经济损失，也会严重威胁电网安全[2]。目前中国特高压交直流输电网架主要集中在用电需求大、经济社会发展水平高的沿海及部分内陆地区，更容易遭受台风灾害侵袭；对于分布更为广泛的500 kV及以下电压等级输电线路，由于其杆塔抗风设计水平一般随电压等级逐级降低，台风灾害可能会导致线路倒塔、断线等严重后果；伴随台风的大暴雨更可能会引发滑坡、泥石流等次生地质灾害，严重威胁线路杆塔、变电站等输变电设备的安全运行。

随着电网规模的不断扩大，电网对台风灾害监测预警技术的需求日益迫切。目前，国内外相关学者结合台风气象因素进行电力系统风险评估已有一定研究。文献[3]从整体进行了电力系统风险评估；文献[4]对台风的风场进行了研究；文献[5-9]对输电线路风偏特性开展了研究，分析风偏特性的影响因素和防护措施，还从台风对电网运行的实际危害中汲取防范经验[10-13]。但现有文献对台风侵袭下电网的预警预报及应对措施研究较少。因此，有必要研究台风对电网的影响以及电网防台抗风的预警机制与应对措施，减小台风带来的危害，保障电力供应。下面针对近年来台风对电网的影响进行分析，梳理台风过境期间基于国网台风监测预警中心的台风预测预警响应机制，提出电网设备防台抗风能力提升的技术手段和管理措施。

1 台风对电网的主要危害

2016年福建遭遇台风“莫兰蒂”侵袭，造成多条500 kV线路损坏[14]。2017年台风“天鸽”在广东珠海南部沿海登陆，导致广东电网35 kV及以上变电站停运77座，110 kV及以上线路跳闸138条，影响用户292.1万户[15]。2019年台风“利奇马”登陆浙江，造成浙江电网500 kV线路跳闸32条次、220 kV线路跳闸87条次，3个220 kV变电站全停[16]。2020年强台风“黑格比”在浙江沿海登陆，造成上海电网线路跳闸92起(停运39起)，其中110 kV 2起、35 kV 4起、10 kV 86起，影响台区停电296个。

2021年，强台风“烟花”前后两次在浙江登陆，7月24日8时左右开始影响上海，至7月27日8时，台风主要影响基本结束。台风“烟花”强度强、移速慢，对上海影响持续时间长，期间上海电网共计发生线路跳闸402起，其中110 kV 5起、35 kV 39起、10 kV 358起，影响台区停电4292个。受恶劣天气不可抗力影响，部分故障抢修时间较长。

综合来看，台风登陆前后，登陆地及附近地区的电网可能出现设备密集跳闸的情况，容易引发极端薄弱供电方式，造成变电站全停，导致电网局部供电能力下降。台风影响过程中，树木倒伏(见图1)、树枝碰线(见图2)、异物短路为台风天气下引起跳闸的主要原因，部分树木修剪不到位、户外设备裸露点等问题仍然存在，防台抗灾方面仍有大量工作要做。

图1 台风引起树木倒伏

图2 台风引起树枝碰线

2 基于国网台风监测预警中心的台风监测预警机制

2.1 台风监测预警中心架构

以提升电网防台抗风减灾能力为宗旨，国家电网有限公司在2016—2021年期间，逐步建成国网台风监测预警中心，实现九省两市(浙江、福建、江西、安徽、江苏、上海、山东、辽宁、吉林、黑龙江、天津)110 kV及以上电压等级电网台风监测的全面覆盖和台风预报预警信息的高精准发布。

台风监测预警中心由主站和九省两市子站以及相关台风监测、数据传输和处理硬件设施构成。台风监测预警中心总体架构如图3所示。

图3 台风监测预警中心系统架构

2.2 台风监测预警中心主站和子站

九省两市子站将各自区域内的气象监测数据通过上行数据传输网实时上传至中心主站；同时收集各电网输变配电设备信息，主要包括特高压输电线路或受台风灾害影响严重地区重要线路的三维建模信息、设计文件、计算载荷等以及其他线路运行资料、设计风速等，将上述信息上传至中心主站。

中心主站接收汇集九省两市子站上传的实时气象监测数据，结合接入的气象卫星数据和全球大气初始场数据先通过中尺度台风预报子模块获得9 km×9 km精度台风预报结果，再应用降尺度技术获得九省两市电网亚公里级(1 km×1 km)台风预报结果，同时对台风路径、强度、风场、降雨量等进行可视化展示。中心主站基于九省两市输变配电设备信息，建立各自电网输变配电设备精细化防台抗风特性数据库，结合相应电网台风监测结果及1 km×1 km分辨率预报数据，及时、准确、有效发布台风预警信息，并将该预报预警信息通过下行数据传输网实时分发至相应的九省两市子站。九省两市子站在接收到由中心主站发布的台风预报预警信息后，根据各自电网防风抗台软硬件支撑能力，制定科学、经济、合理的防台抗风应急预案及灾后快速恢复方案，同时可视化展示各自电网风场、降雨量等信息及台风路径、强度等信息。

2.3 台风监测预警发布机制

台风监测预警中心可提前72 h从多层面实时监测台风中心轨迹的风速、风向以及重要输电通道局部风速、降雨量等重要信息，并在台风来临前及过境期间发布中期和短期预警。其中中期预警为对未来72 h的台风灾害预警，每天发布2次；短期预警为对未来24 h的台风灾害预警，每天可发布4次。特高压等重要输电通道已完成杆塔三维力学分析数据库建设，台风灾害预警可精确至主材级别，对电网防台抗风工作起到了技术支撑作用。针对不同的预警等级，可制定对应的应急措施[17]。

2021年9月台风“灿都”期间，上海电网依托台风中心主站和子站，跟踪观察预测风速变化情况和局部地区风速、雨量监测数据，对比线路杆塔设计值评估上海地区受台风影响的110 kV及以上杆塔风偏或倒塔预警等级。风偏闪络、异物外破等预警信息以日报的形式发送至运行单位。“灿都”期间，上海电网共发出台风灾害高风险线路预警信息80条、中低风险线路预警信息440余条，有力支撑各单位提前做好防范措施和应急准备。例如，上海金山供电公司在收到预警后，及时巡查线下大棚加固情况，加强输电通道隐患整改落实，提前完善应急抢修行动方案，有效防止了特高压复奉直流重要输电通道下蔬菜大棚、薄膜、彩钢板等异物被大风吹起碰线的意外发生，有序控制了台风次生灾害的扩展。

3 电网设备抗台风技术与管理措施

3.1 调度应急处置

台风登陆前，为增强电网网架强度，应对电力系统的运行方式提前进行调整，尽可能使全网保持全接线运行，具备复电条件的输变电设备提前复电，部分备用线路或备用主变压器可考虑将其转为正常运行；将沿海变电站无人值守模式恢复为有人值守模式，全方位做好防台抗风部署准备[12]。台风影响下，需迅速辨识网架薄弱环节，结合风险危急程度排序，关注高电压等级线路故障跳闸及重合情况，及时开展故障线路试送。若地区电网存在孤岛运行的潜在风险，应提前做好孤岛运行的预控准备，控制该地区内电厂出力，尽量保持发电用电自平衡[12-13，16]，最大限度地减少台风造成的不良后果及经济损失，维护国家安全、社会稳定和人民生命财产的安全[18]。

3.2 设备性能提升

配电设备防台抗风设计水平通常较主网设备低，因此更易遭受台风侵袭和影响。以上海电网为例，其配电网建设起步早，部分区域老旧设备仍然占一定比例。架空户外设备受到近年来生态环境改善影响，树线矛盾、小动物(鸟、松鼠)、外部异物(风筝、气球)等数量呈现上升趋势。另外，由于杆塔基础周围土壤变化、拉线松弛等原因，少数线路存在杆塔倾斜风险。针对户外架空设备，一是全面选用全绝缘杆刀、全绝缘断路器，全绝缘熔断器、全绝缘横担等全绝缘设备，防止异物接地短路；二是对于线夹、接地环、避雷器导线连接处等裸露点，加装专用绝缘罩，使用绝缘自固包材进行绝缘包覆，实现线路全绝缘化；三是在架空线分段联络处，使用全绝缘杆刀，不使用断路器，减少二次设备故障导致的运行风险。

3.3 隐患排查治理

台风来临前需全面开展隐患排查整治：1)加强线路巡视工作，尤其是台风影响范围内的关键厂站和重要输电通道的特巡工作，对线路通道沿线的易漂浮物、大棚、彩钢瓦、树线矛盾等做好排查、清理、加固、拆除和修剪工作，加强对业主的危险源告知和风险宣传，在政府相关部门的支持下开展树木紧急修剪和大棚加固与拆除工作，增加户外设备抵御大风等极端天气的能力。2)对变电站门、窗户外构架、高型布置、排水沟、室外端子箱等做一次专项检查，检查清除站内及周边易漂浮物，部分受影响范围内重要变电站要安排有人值守。3)加强变配电站防汛设施检查，特别是地下变电站、地势低洼变配电站和电缆隧道，确保排水设施完好、防讯材料配备充足到位，做好防止暴雨倒灌的相关措施。4)排查施工现场临时工棚、线路跨越架、脚手架、井字架、塔吊、围墙及施工驻地隐患，并落实治理棤施，组织好人员撤离工作。5)排查城市排水泵站等重要用户供电设施以及环网柜、配电箱、分支箱浸泡受潮隐患，检查临江防汛墙及排水设施，做好防汛防台各项措施，并加强运维保障。6)密切保持与重要用户、敏感用户的联系，认真开展重要用户、人员密集场所、用户地下站、泵站、码头、下立交和水产养殖户的安全用电服务。

3.4 加强沟通联动

借助防汛指挥部、气象等相关部门信息交互渠道及时掌握汛情灾情等紧急信息，有条件的可开展智能巡视[19]；强化与地方政府、防汛办、海事局、消防局、绿化、园林、市政等相关部门单位的联动机制，加强沟通和联系，解决树线矛盾等问题，消除隐患源。同时做好抢修队伍、物资及配套保障等各项准备，增强95598接派单人员配置，确保故障报修通道畅通、信息流通快速、事故抢修便捷、应急支援迅速，更好地应对台风灾害影响。

4 结 论

上面分析了近年来台风对沿海地区电网设备的主要影响，介绍了基于国网台风监测预警中心的台风监测预警机制，提出了电网设备抗台风相关技术和管理措施，得出如下结论：

1)台风对沿海地区的电网影响较为明显，台风登陆前后，登陆地及附近地区的电网可能出现设备密集跳闸、变电站全停，电网局部供电能力下降等情况。

2)鉴于气象部门台风预报不具备电网自身抗台属性，国网公司建设了台风监测预警中心，基于九省两市输变配电设备信息，结合相应电网台风监测结果及1 km×1 km分辨率预报数据，及时、准确、有效发布台风中期和短期预警信息。

3)为提升电网抗台风能力，应做好台风登陆前全接线运行、输变电设备复电、部分备用设备转正常运行，变电站无人值守模式调整等增强电网网架强度的各项抗台部署准备，并在台风影响期间做好故障线路试送、潜在孤岛系统发用电平衡调节等调度应急处置工作。

4)为增强设备抗台风水平，建议配电设备选用全绝缘设备，裸露点处加装专用绝缘罩，架空线分段联络处使用全绝缘杆刀。同时加强台风来临前的隐患排查治理，开展针对性的线路巡视工作，检查清除站内及周边易漂浮物，实施变配电站防汛设施检查，排查施工现场临时搭建物，排查排水泵站等重要用户供电设施，与重要用户保持联络并提供安全用电服务。

5)与相关部门加强沟通联动，及时掌握汛情灾情等紧急信息，合力解决树线矛盾等问题，消除隐患源；同时做好抢修队伍、物资及配套保障等各项准备，事故抢修便捷，应急支援迅速。