台风灾害

浙江是我国重要沿海省份，为减少台风灾害引起的损失，对电力系统的风险区域划分尤为重要。首先从登陆点分布、路径特征、时间特征、风速特征及降水特征等方面，利用历史数据总结分析浙江沿海地区台风气象特征。其次，对浙江电力系统进行台风灾害特征分析，得到输电系统故障点分布、变电系统与台风登陆点距离关系、配电系统停电用户占比分布等。最后，采用浙江台风气象及电力系统历史数据绘制台风灾害风险区域图，特别是对倒塔高风险区、风偏高风险区及地质灾害高风险区进行了详细划分。分析结果可为各级电网应对台风灾害的风险评估与处置提供支持。

从国网电力台风监测网络出发，对近年来台风分布、时间、特征以及对电力影响程度进行分析，最后介绍基于台风灾害数据库和线路样本库的电力台风预警方法及实践效果。

台风会对配电网系统造成严重影响，制定架空线路的防风加固规划方案至关重要。为提高配电网抵御自然灾害的韧性，提出一种计及台风灾害全过程模拟的配电网差异化加固规划韧性提升方法，通过模拟台风登陆至消亡时刻全过程实时风况信息，对各线路实施差异化加固。首先，利用狄利克雷过程混合模型(dirichlet process mixture model, DPMM)聚类算法提取典型台风登陆场景，结合风暴轨迹模型和Batts风场模型模拟实时台风移动路径和台风风场，计算配电网线路实时故障概率。然后，结合台风场景模拟结果和不同设计风速标准下的差异化的架空线路故障率，建立以多等级线路加固年投资成本、台风过境过程中失负荷成本、停电损失和维修成本最小为目标的双层随机规划模型，并利用Benders分解算法进行求解。最后，以改进IEEE33节点系统为例，对所提方法有效性进行了验证。

为解决台风灾害对沿海地区变电站破坏严重，易造成故障的问题，提出一种基于改进狮群算法–模糊评判的变电站台风易损性评估方法。首先基于致灾因子危险性、孕灾环境敏感性和承灾体脆弱性建立易损性评估体系；在传统模糊综合评判方法中引入组合云模型，构建模糊综合评判隶属度函数，并基于改进狮群算法（lion swarm algorithm，LSA）优化聚类中心，得到隶属度函数阈值划分规则；随后，基于主客观组合权重，通过权重和改进的模糊综合评判法计算灾害风险指数，并基于历史数据计算灾害风险概率，由灾害风险概率和风险指数得到变电站台风灾害易损性评估结果；最终根据评估结果采取不同针对性的措施。算例结果表明，文中提出的变电站台风易损性评估方法提高了评估准确率，达到了防灾减灾效果。

我国是世界上台风灾害影响最严重的国家。台风灾害影响范围大，破坏力强，据统计 2013年-2015 年期间，台风灾害就导致广东电网输配电线路损失超 7.2 万基，影响用户达 776 万户以上，是沿海输配电线路损失的最主要原因，严重影响电网安全与社会供电。长期以来，电网风灾防控面临着设备风速缺乏有效监测分析、杆塔风灾破坏过程不明确、风灾损失难以量化评估、风灾防控措施不完备和辅助决策缺乏系统级信息集成等问题。台风灾害的精准预警与防控是提高电网应对能力的必要手段。 通过多学科协同创新，系统性解决了电网台风灾害广域监测、精准评估及高效防治等关键技术难题，取得了突破性创新成果，提出了微尺度台风风场精细化分析技术，揭示了复杂微地形区域的风场变化规律，构建了电网台风监测及灾害告警网络，首次将设备风场监测预警精度提升到 10m 量级，解决了有限监测站点无法对输配电线路全覆盖监测的难题，实现了具体到设备的台风灾害风险告警。提出了塔线体系风雨荷载耦合计算模型，建立了架空线路抗风承载能力及结构参数不确定性倒塌分析方法，有效定位输电杆塔薄弱部位和失效概率，发明了输电线路杆塔不停电加固技术，提升了杆塔抗风承载力。建立了配网台风灾害多因子损失预测模型，突破了强台风区域内配网杆塔定量损失评估的难题。发明了配网防风不停电快速打拉线装置及适用于多方向荷载的弃线保杆装置，拉线抢装时间缩短 90%，弃线保杆动作误差小于 5%，大幅减少配网因台风倒断杆事故； 构建了主配网设备台风监测与灾害防治体系，研发了电网台风灾害决策支持系统，实现了台风监测、灾害损失评估和防治辅助决策，有效支撑电网台风应急指挥。 项目获授权专利 31 项（包括美国专利 1 项，发明 16 项，实用新型 14 项），发表论文 60 篇（其中 SCI 24 篇、EI 21 篇、中文核心 11 篇），主编企标 1 项，参编行标 1 项；授权软件著作权 11 项。经专家组鉴定，成果达国际领先水平。

南方电网公司管辖范围内，广东、海南、广西濒临南海，迎风面海岸线超过 2000 公里，上述地区位于西北太平洋热带气旋和南海热带气旋登陆中国的主要路径上，常年遭受太平洋和南海台风的侵袭。历次强台风（如 2014 年“威马逊”、2015 年“彩虹”、2017 年“天鸽”、2018 年“山竹”等）登陆都给南方电网公司造成了重大的损失。 为有效指导南方电网防风抗灾工作，提高架空输电线路的防风抗风能力，降低设备受损比例和灾后修复成本，提高供电可靠性，南方电网公司自 2013 年开始，总结历次防风工作经验，分析设备受损原因，建立了包含 8 项系列标准的沿海架空输电线路防风技术标准体系，包括《南方电网沿海地区设计基本风速分布图》，含 30 年、50 年及 100 年一遇；《南方电网公司输电线路防风设计技术规范》； 《输电线路防风工作导则》； 《35kV～500kV交流输电线路装备技术导则》；沿海地区输电线路加强塔模块；《35kV~500kV 交流输电线路导线、地线技术规范书》；《35kV~500kV 交流输电线路角钢塔、钢管塔、钢管杆技术规范书》、《35kV~500kV 交流输电线路金具技术规范书》，从物质采购、设计风速取值、线路设计、运维抢修、防风加固等多维度全面 提升线路的抗风能力。 《南方电网沿海地区设计基本风速分布图》编制过程中收集了南方区域内 1797 个测风台站的气象数据，较《建筑结构荷载规范》更准确地反映了南方区域风速分布，提高风速统计值1m/s～2m/s。我国架空输电线路设计标准（包括“79 规程”、“90 规定”、“99 规程”、“10 规范”）对导地线和杆塔风荷载考虑不足，尤其是对于采用 79、90、99 老的规程规定设计的 110kV 及 220kV 老旧线路，在台风中发生受损的可能性非常大，为此，于 2013 年 9 月编制印发《南方电网公司输电线路防风设计技术规范》，细化了防风技术措施，从路径选择、风速取值、各类设备的选型等方面提出了具体的要求，为当时国内首部针对输电网防风抗灾的设计技术标准。南方电网下属广东、海南、广西电网的严格执行防风系列标准，并采用加强塔等对在运线路进行防风加固，输电线路抵御台风灾害的能力逐年提升，以 2016 年台风“海马”与 2013 年台风“天兔”为例，两个台风路径相似，量级、风速相当，“天兔”造成 110kV 及以上杆塔受损 10 基，“海马”未造成主网设备受损。通过防风系列标准的应用，减少了抢修工程量以及复电所需时间，累计产生约 5 亿元的经济效益。该标准体系所确立的基本原则和主要方法，适用于台风频发的沿海地区电网，可因地制宜地推广至南方电网范围以外的其他沿海地区供电企业的防风抗灾工作中。

南方电网公司管辖范围内，广东、海南、广西濒临南海，迎风面海岸线超过 2000 公里，常年遭受太平洋和南海台风的侵袭，台风气候近几年越发频繁，仅 2003 年～2017 年 15 年间，登陆南方电网区域的台风就有 58 个（含热带风暴），平均每年约有 3.87 个。其中，强台风 10 个，超强台风 2个，平均每年约有 1.5 个达到 12 级以上。电力系统供电设施一旦因台风遭受重大损失，将严重影响正常供电，给许多重要行业带来连锁性、摧毁性的风险和损失，甚至有可能进一步导致社会性灾难。台风灾害后电力抢修迫在眉睫，由于抢修环境比正常抢修恶劣，抢修工程具有难度大、工期紧、任务重的特点，电网公司不得不投入大量的人力、物力和财力。例如，2014 年超强台风“威马逊”导致南方电网区域 21 个地市不同程度受灾，共有 532.7 万用户供电受到影响，海口、文昌的负荷最大损失率超过了 95%，湛江、钦州、北海负荷损失率超过了 70%，直接经济损失超过 13 亿元，抢修物资总费用达 2.8 亿元。 近年来，南方电网公司按照需求分析、编制标准、推广试用、总结经验、反复修编的方式，以《20kV 及以下电网装备技术导则》作为纲领，《设计基本风速分布图》作为指导，《配电线路防风设计技术规范》作为设计要求，《配电线路防风工作导则》和《配电设施防风加固技术措施》等作为策略，《环型混凝土电杆技术规范》等技术规范书作为电网建设物资要求，建立了包含 9 项系列标准的配电网防风技术标准体系，供下属各单位在实施电网防风工作的过程中参考。该技术标准体系首次系统提出了配电网防风加固原则、加固技术措施、防风设计标准，规范了线路杆塔防风技术参数，涵盖了配电网建设、运维、改造、抢修等各方面内容，全面覆盖了配电网资产全生命周期管理所有环节。 依托南方电网配电网防风抗灾系列标准，广东电网、海南电网、广西电网等沿海地区电网的新建线路严格执行防风设计规范，并按照加固原则对在运的线路进行防风加固，配电线路设备抵御台风灾害的能力逐年提升，遭受台风时的受损程度得以大大下降，同时减少了抢修工程量以及复电所需时间，有效降低了台风灾害对正常生活和生产造成的影响，产生了极大的社会经济效益，对日益受到重视的电力行业防风抗灾工作起到了积极的推动作用，该标准体系所确立的基本原则和主要方法，适用于台风频发的沿海地区电网，可推广至南方电网范围以外的其他沿海地区供电企业的防风抗灾工作中。