近年來,全球各類極端天氣頻發。受此影響,電網迎峰度夏可能面臨的威脅主要來自于極端強風、降水引發的地質災害,極端高溫引發的山火等。雖然近年來各類電網相關規范在不斷制訂、修訂或完善中,但強風導致的倒塔、臺風過境期間導致的風偏跳閘、強降雨引發的地基承載性能喪失、大規模山體滑坡造成的鐵塔基礎破壞、大范圍山火引發的塔線體系故障依然時有發生。因此,有必要審視相關規范在哪些方面已滯后于當前環境條件的變化,并以此為突破口找到未來科研攻關的重點方向,為電網安全度夏提供更有力的保障。
電網抗強風設計亟需引入野外風場實測成果
設計風速是對結構物安全影響最為突出的一個設計參數。當極端強風量值超過設計風速,就會發生倒塔。當前國家電網有限公司設計建造的輸電線路的設計風速取值主要依據風區分布圖。雖然當前的風區分布圖每年都在不斷完善,但極端強風樣本(比如臺風樣本)往往被淹沒在海量的季風樣本中,導致沿海臺風多發區的設計風速統計結果被低估,這就給沿海強臺風區輸電線路安全埋下了隱患。針對此情況,公司已開展了一些沿海地區強臺風區設計風區統計方法的研究,但臺風樣本較為匱乏,已取得的研究成果也尚未在風區分布圖中有所反映。因此,有必要針對沿海強臺風區劃分及與之匹配的臺風設計風速開展更為深入、系統、持續的研究。
極端強風的另外一個重要影響就是導致大量風偏跳閘。臺風過境期間,導地線風偏尤其是引流線(跳線)風偏跳閘的記錄明顯增多。針對此情況,公司已開展了一些不同地貌下檔距折減系數的研究。但由于此類實測系統造價昂貴、實測周期長、運維難度大,導致地貌類型有限,數據也較為匱乏,已取得的研究成果也尚未在規范中有所反映。因此,有必要針對檔距折減系數開展更為深入、系統、持續的研究。
除此以外,山區微地形效應也會隨著強風發生概率提升而不斷凸顯。因此,沿海省份需加強對山區微地形風速加速效應的仿真研究,并對危險地段塔位開展必要的偶然工況設計校核。
電網地質災害亟需從全壽命周期角度開展綜合防控
當前,極端降雨引發的地質災害也呈現高發態勢。在此氣候背景下,電網運行安全面臨前所未有的挑戰。2021年“7·20”
河南特大暴雨、2023年“7·30”京津冀大面積洪災等重大極端事件,有的誘發山體滑坡和山洪泥石流等重大地質災害。公司多條重要輸電線路受到影響,造成電網故障或停運。目前,電網地質災害防控形勢異常嚴峻,暴露出當前電網部分區域設防標準滯后,難以滿足當前環境變化的需求。因此,有必要堅持系統觀念,從工程規劃建設到運維的全過程推動重要電網設備重大地質災害隱患全壽命周期綜合防控。
目前地質災害在電網工程規劃建設時的設防標準,只在路徑選擇時進行了“宜避開不良地質地帶和采動影響區”“當無法避讓時,應采取必要的措施”的規定,對塔位位置選擇、基礎型式選取以及相關防治措施等并未作出詳細規定,導致地質災害設防標準精細化程度不足。同時,“以避為主”的原則使得地質災害調查和識別的精準性顯得尤為關鍵。目前電網工程建設期的地質災害調查主要以資料搜集和現場踏勘為主,而復雜地質環境區的地質災害又具有隱蔽性強、規模大、風險高的特點,同時還存在高速遠程滑坡這一類極端災害。以注重地質災害表象特征為主的傳統調查手段無法有效應對這種高隱蔽性潛在地質災害隱患。隨著電網運行期孕災環境變化和極端天氣誘發,很多潛在隱形地質災害
問題突出,嚴重威脅電網安全穩定運行。
電網地質災害亟需從全壽命周期的角度開展綜合防控工作。一是堅持系統觀念,推動重要電網設備全壽命周期綜合管控,從工程規劃建設到運維的全過程、全壽命周期角度,對重要工程潛在風險進行預判,深化沿線重大地質災害綜合防控,重要工程、重點區域適當提高設防標準,建立全鏈條式的電網設施本質安全保障體系。二是聚焦突出問題,探索電網本體安全韌性提升關鍵技術。開展電網極端重大地質災害成災演化機理及綜合防控技術攻關,持續優化提升地質災害預測預警時效性和精準性,開展基礎與上部結構控強度、穩變形設計優化及防護措施研究。三是重視遙感專項調查,發揮衛星高精度大范圍探測優勢。四是完善監測網絡,開展實時動態預測預警。
電網山火災害防治亟待科學應急和設防標準支撐
全球氣候變暖還導致山火頻發。無論是國外還是國內,輸電線路山火應對往往處于被動局面。美國、加拿大和我國均發生過山火影響輸電線路運行事件。
目前,森林草原地帶高火險區域排查和辨識只能依靠投入人力和利用氣象監測數據研判風險等級,而各類植被的火災易燃性這一關鍵因素缺失,是當前火險“辨而不準”“查而不實”的根本原因。《森林火險氣象等級》(GB/T 36743—2018)在應用中以行政區域為最小單位,很難滿足輸電通道區域精細化山火風險預報。
此外,衛星遙感、地面可視化等監測手段難以準確捕捉火災初期征兆,如何讓“星—地”協同認識火災早期的“煙—溫—輻射”特征,是第一時間發現火情的關鍵。當前山火多源感知樣本庫及構建標準缺失,是火災發現時效性受到制約的重要原因。在災中,地形、植被、氣象等多因素耦合驅動下,火災規模和未來發展態勢不確定性高、預測難度大,尤其是對于線路本體損傷、跳閘風險評估標準不完善,導致當前應急處置和緊急避險常處于被動局面。
因此,在電網山火防治標準支撐上,亟待開展貫穿于災害應對全過程的科技創新工作。一是完善線下植被火災易燃性評估標準,掌握各類植被的引燃和蔓延條件,提升火險辨識準確性,為促進“事前發力”“預防在先”提供科學依據和理論方法支撐。二是完善線路山火感知參數樣本庫構建標準,充分發揮公司科研機構災害試驗研究能力,構建涵蓋煙、溫、輻射等山火特征參量,打破傳統的山火單一參數監測滯后性短板,實現“臨災響應”“發現在早”。三是盡快填補山火態勢研判技術標準空白,強化火情預測前瞻性,通過預測火情發展態勢,科學制訂處置方案并提早調度處置力量,提高“處置在早”科技水平并促進山火被動應對向主動應急轉變。