考慮降雨誘發次生地質災害的電網風險評估對策研究

趙永泉 陳學文 母平昌

摘要：降雨頻繁、大規模發生誘發次生災害，增加了引出輸電線路停運的不良狀況，本文擬定建設一種考慮降雨引起次生地質災害的風險評估方法，用于測評電網的運行狀態，進而為精確辨識降雨引起的次生地質災害下電網系統薄弱節點提供可靠依據。整體分析網架構造及電網運行狀況，設定現實應用時模型內的數據收集、處理及信息反饋等重要技術達成框架。

關鍵詞：輸電桿塔;降雨災害;輸電桿塔;風險評估

引言

伴隨全球氣候條件改變、嚴重自然災害發生率逐年提升，國內電網系統悲破壞的概率相應提高，形成了慘重的經濟損失。大雨、暴雨及連續性強降雨等災害氣象很可能造成局部地勢發生次生地質災害。輸電桿塔是電網高壓線路的重要支撐物，建設階段難免會跨越山脊、陡坡等地段，在降雨災害作用下，因發生次生地質災害極易在短時間內損壞大量桿塔。本文將輸電桿塔為研究對象，建設一種分析降雨氣象引起次生地質災害的電網評估方法，并通過算例分析檢驗證實本文所提及方法的準確性。

1、建設致災因素的模型

1.1氣象模型

降雨過程及其以后容易發生山體滑坡等災害，且滑坡發育程度和雨量增減間存在正相關性。

設定降雨氣象災害開始實踐為第1天，預測第 天會發生滑坡。已知多天降雨之間在時間維度上具有一定關聯性，將和時間有關的衰減系數（ ）導入，則發生滑坡災害前 天的降雨量有效值（ ）可用①式表示[1]：

1.2建設地質災害致災模型

本文只分析巖體失穩滑落對桿塔形成的沖擊、破壞過程，建設滑坡體造成的桿塔形變的模型。

依照滑坡體運動耗能機理，可以采用彡式測算出滑坡體作用在桿塔的等效沖擊力（F）：

③[式中，x是F作用桿塔時和tare基相距的等效高度;m是滑坡體總質量;h是滑坡體質心

到桿塔塔基在垂直方向的間距;E1是桿塔的抗彎剛度;μ是滑面摩擦系數; 是傾斜角度;g是重力加速度]

2、建設降雨災害誘發線路失效概率的模型

2.1估測降雨引起巖土滑坡概率

汛期中降雨氣象頻率明顯高于其他時間段，大量降雨對地質災害發生過程能起到一定助推作用。結合既往實際勘測數據，采用曲線擬合的形式獲得降雨誘發巖體滑坡事件概率屬性（見圖1）[2]。

2.2估計巖體滑坡造成桿塔形變的概率

當發生滑坡事件時，滑體會由高熱能處朝向低勢能處運動，并會釋放出大量能量，增加桿塔損毀的風險。結合既往文獻資料，將輸電桿塔設定為研究對象，于有限元軟件內建設桿塔有限元模型并進行了仿真模擬，結果見圖2所示。結合曲線擬合情況，認定正態分布能準確的呈現出滑坡體造成桿塔形變改變的分布特征。

3、電網運行風險的評估方法

3.1蒙特卡洛模

在測算風險指標時，應對系統的狀態進行抽樣檢查。蒙特卡洛模擬法應用階段不受主客觀條件的約束，可以簡單的模擬氣象與電力系統的主要特點與狀態，其在評估繁雜系統運行風險方面表現出良好效能，只要擬化頻次足夠多時，方能獲得一個準確度偏高的系統失效概率。

蒙特卡洛模擬法還被稱之為狀態抽樣法，其核心思想可以做出如下概述：一個系統狀態為全部元件狀態的整合，并且可以通過抽樣形式明確各元件出現某種狀態的概率。當抽樣數足夠多時，可以將系統狀態（ ）的抽樣頻率作為其概率的無偏差估算，有⑥式：

3.2系統風險指標算法

（1）建設負荷削減模型

建設該模型時充分考慮了多種運行管束條件，進而測求出降雨災害影響下的電網控制措施。

（2）設定系統風險指標

結合電網現實調度運轉的需求，可以設定諸多風險指標，本文主要使用切負荷概率（pPLC）、電力不足期望值（EDNA）、系統供電損失風險（Rrisk）等指標量化降雨災害下電網運行風險水平。

A.切負荷概率（pPLC）

4、技術實現框架

4.1采集數據

多普勒雷達系統能準確提供降雨信息（比如雨量、雨強及降雨區段等），且還要結合實況有針對性調整預測間隔時間。綜合使用數字高程模型（DEM）和遙感數據，能取得三維立體效果，準確校正遙感影像，有益于提升圖像詮釋的準確度，提獲地物參數。

4.2處理數據

本文采用網格劃分技術把降雨預報圖和電網系統結構拓撲圖合二為一，其能快速捕獲降雨區段電力設備損毀狀況，處理流程如下：首先，結合既往電力設備損毀數據、遙感影像動態采集的信息，預處理數據與疊加DEM，完成修正數據，建設電力設備對應的損毀概率密度曲線。其次，預測桿塔所處方位災害的嚴重性，并建設斷線概率模型。最后依照電網系統SCADA數據與拓撲結構，測算實時潮流，建設次生地質災害下電力運行風險測評方法（圖3）[4]。

4.3信息反饋

可以將遙感數據、DEM結果及模型輸送出的風險指標設定為反饋信息。把以上信息反饋到電網系統調度中心，這樣運維人員便能依此采用相關調整措施，例如嚴格監測電網系統薄弱環節、科學使用遙感數據防范外界災害侵襲電網內部，綜合多種反饋信息，立足于實況擬定緊急預案與故障快速修整決策，借此方式提升電網抵抗自然災害的能力。

結束語：

文章在剖析降雨災害引起次生地質災害致災機制的基礎上，建設了一種用于評估電網運行狀態的模型，該模型能準確的拓展現存電網防御系統，協助運維人員辨識降雨氣象條件下電網的薄弱環節，為修復決策制定提供較可靠的數據支持。

參考文獻：

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[4]陳國華，吳濤.基于設備狀態與調度運行的電網風險評估方法及應用[J].水電能源科學，2018，36（07）：202-205+214.