State Key Laboratory of Disaster Prevention & Reduction for Power Grid Transmission and Distribution Equipment, Changsha 410007, China

陆佳政1969—,男,博士,高工,主要从事高电压技术、电网防灾减灾技术研究

周特军(通信作者)1988—,硕士,工程师,主要研究方向为电网风险评估、电网防灾减灾,E-mail: [email protected]

基金项目： 国家重点研发计划(2016YFC0800104); 国家电网公司重大科技项目(输电线路山火无人机小流量灭火技术研究及应用); Project supported by National Key Research and Development Plan of China (2016YFC0800104), Major Science and Technology Project of SGCC (Research and Application of Low-flow Fire Extinguish by UAV);

针对输电线路山火灾害点多面广、引发故障影响因素多、对电网的安全稳定运行构成严重威胁的难题,分析了人为用火习俗、气象条件、植被类型等因素对山火分布的作用,阐述了地形参数、线路本体参数和山火形态等因素对输电线路山火跳闸的影响,分析了输电线路山火灾害脆弱性的差异。在此基础上,结合输电线路山火跳闸恢复时间,提出了1种定量化、精细化的输电线路山火灾害风险指标及计算方法。然后,从输电线路山火灾害防御与处置这2个方面分析了输电线路防山火措施的有效性与的适应性。研究结果表明：开展的逐基杆塔线路区段的输电线路山火灾害风险计算,揭示了输电线路山火跳闸风险差异特征;以某省电网1条±500 kV电压等级的直流输电线路为实例计算分析的输电线路1 300号—1 577号线路区段的山火跳闸风险,充分反映了输电线路山火灾害的分布规律及线路山火灾害的容灾抗灾能力;对计算得到的4个重点防山火线路区段采取了线下植被置换、配置灭火装备、安装分布式山火监测装置等有针对性的防治措施,验证了所提差异化防山火风险评价方法和指标的适用性和优势。所开展的输电线路差异化防山火技术研究,可为线路设计、运行维护等提供“有的放矢”的精细化信息指导。

关键词 : 输电线路; 差异化; 山火; 跳闸; 脆弱性; 风险评估; 防治措施;

DOI：10.13336/j.1003-6520.hve.20170731012

Wildfires are dispersed over a broad and trips caused by wildfires impacted by many factors, which pose serious threat the safety and stability of the power grids. The effects of factors like anthrop, meteorological condition, and vegetation type on wildfire distribution were analyzed. The influences of topography, transmission line parameters, and wildfire morphological features on the wildfire withstand level of electric transmission line were expounded. Then differentiations of wildfire vulnerability for transmission lines were analyzed. By combining mean time with restoration of transmission line trips, the quantitative and refined indicators of wildfire risk for transmission line and its calculation method are proposed. The feasibility and effectiveness of wildfire prevention measures for transmission lines are researched from the perspective of both disaster prevention and control. The results show that calculations of quantitative risk analysis of wildfire disaster of each tower segment revealed the differentiation of risk characteristics. A ±500 kV DC transmission line in Hunan provincial power grid was taken as example. The quantitative risk analysis of wildfire disaster for the 1 300-1 577 segment were analyzed, which reflected actual distribution law of the risk of wildfire trips and disaster response capacity of transmission lines. The targeting control measures such as vegetation replacement, fire-fighting equipment configuration, distributed fire monitoring devices installation and so on were pursued for the four important sections.It is shown that the proposed method and indexes are valid and superior. Study of differentiation technology and strategy of wildfire protection for transmission lines can be used to provide refined and targeted information for the transmission line planning and operation maintenance and improve the efficiency of the prevention of wildfire.

KEY WORDS : transmission line; differentiation; wildfire; trips; vulnerability; risk assessment; prevention measures;

输电线路常跨越茂密林区或植被丰富区。受人们生产生活用火习俗和气象等因素的共同作用,在清明、秋收等时节或遭遇持续干旱的天气时,输电线路走廊易爆发大范围山火。山火使架空输电线路间隙绝缘强度下降,引起击穿跳闸,且往往难以重合成功,对电网的安全稳定运行构成威胁[1-2]。例如2013年3月8日,锦苏线因线路走廊内大面积山火而导致极Ⅱ、极Ⅰ先后闭锁[3],同年3月和5月,云广线[4]和长南线分别因山火而跳闸停电。山火灾害已严重影响特高压输电线路和大电网的安全运行。

近年来,学者们对输电线路山火发生规律[1,5]、跳闸机理[6-7]、监测预警[8-9]及带电灭火[10]等基础理论和关键技术进行了研究。但是山火发生受人为因素影响大,呈现时空随机性[11],且输电线路附近山火点多面广,输电线路防山火资源的投入需循序渐进,尚不能“一劳永逸”地彻底解决山火引发输电线路跳闸的问题,需进一步提升输电线路山火防治的精细化水平。

研究表明：输电线路走廊植被分布、地形地貌、气象条件和沿线人们生产生活用火习俗以及线路本体参数等众多因素对山火引发输电线路跳闸均有影响[12-13]。为科学有效地采取输电线路山火防护措施,尽可能提高电网防山火综合治理技术措施的经济性与有效性,需要基于多影响因素开展细致的差异化防山火技术与策略研究。

本文系统地介绍了输电线路走廊用火习俗、气象条件、植被类型、山火分布、地形参数、本体参数等多因素对输电线路山火跳闸的影响,提出了输电线路山火灾害风险定量计算指标。结合输电线路山火跳闸的特点,明确了输电线路防山火差异化技术和治理策略,既可以提高输电线路运行可靠性,又能避免不合理的设计、改造所造成的浪费,从而取得事半功倍的效果,提高防山火工程的技术性和经济性。

2015年国家电网公司运维检修部组织编写了《输电线路“六防”工作手册》和《国家电网公司架空输电线路本质安全分析与提升专题报告》,对26家省市电力公司66 kV及以上各电压等级的输电线路故障信息进行了调查。本文作者按照地域、年份和电压等级进行统计后发现,山火引发输电线路故障在地域、年份和电压等级方面具有明显差异性。

1）地域分布差异（见图1）。山火灾害高发的省份内输电线路山火跳闸严重,目前在全国范围内整体呈现“南多北少”、“东多西少”的分布格局。

2）年份分布差异（见图2）。从2010年至2014年山火灾害导致的输电线路跳闸次数呈现逐年增多的趋势。

3）电压等级分布差异（见图3）。我国110 kV电压等级输电线路数远大于220 kV和500 kV电压等级输电线路数,但110 kV电压等级输电线路山火跳闸次数是220 kV电压等级输电线路山火跳闸次数的一半,与500 kV电压等级输电线路山火跳闸次数持平,值得注意的是1 000 kV电压等级特高压输电线路设计和建设标准高,但并不能有效承受具有高温、高浓度烟尘特征的山火灾害侵袭,共计发生4次山火跳闸。

图1 山火跳闸次数随地域的分布 Fig.1 Distribution of wildfire flashovers varying with the regions

图2 山火跳闸次数随年份的分布 Fig.2 Distribution of wildfire flashovers varying with the years

图3 山火跳闸次数随输电线路电压等级的分布 Fig.3 Distribution of wildfire flashovers varying with voltages of transmission lines

充分考虑输电线路山火跳闸与山火发生、蔓延、地形、输电线路本体参数等因素作用的间接关系,以山火跳闸的时间和空间分布为依据,实现输电线路山火差异化防治,整体思路流程如图4所示。差异化防山火技术措施的实施依据主要包含以下6 个步骤：①数据统计,包括输电线路沿线用火习俗、气象条件、植被分布、地形参数、输电线路本体参数以及输电线路山火密度等数据;其中输电线路沿线用火习俗主要包括用火高发期以及原因;输电线路山火密度为采用卫星山火广域监测系统处理得到的包含小面积山火的历史山火分布数据;输电线路本体参数包括电压等级、输电线路对地距离、相间距离;②输电线路走廊附近（如3 km距离范围内）山火密度差异性分析;③输电线路抵御山火灾害脆弱性差异性分析,识别输电线路山火跳闸高发区段;④输电线路山火跳闸恢复时间差异性分析,获取山火条件下输电线路恢复供电的能力;⑤综合考虑山火跳闸的可能性和后果,计算输电线路或某一线路区段内逐基杆塔的山火跳闸风险;⑥根据评估标准,结合输电线路区段山火跳闸风险的计算结果,提出差异化输电线路防山火措施。

我国北方针叶林带（大兴安岭、小兴安岭）等

图4 输电线路差异化防山火技术框架 Fig.4 Framework of differentiation technology and strategy of wldfire protection for transmission lines

地区人为火的占比约为60%[14]。我国南方地区人为火的占比也非常大,如江西、福建、湖南等省人为火的占比多在98%以上[15],其中春节、清明祭祖和春耕、秋收烧荒等生产生活用火是引发输电线路山火最主要的原因,如图5所示。

但是各个地区用火习俗存在极大的差异,例如有的地区是在清明节前密集祭祖,而部分地区则是在清明前后均可祭祖。由于种植农作物生长周期不同,所以各个地区烧荒秋收的时间亦不同。掌握各个地区的用火规律对于划分输电线路防山火重点时段和重点线路区段具有特别重要的意义。

降水、相对湿度、温度和风速是影响输电线路山火的发生与蔓延的关键气象因素[16]。温度可直接影响可燃物的温度、含水率及其易燃性。高相对湿度和降水可增大可燃物含水率,阻止山火的发生和蔓延。同时,强降水可扑灭正在进行的山火。风可加速可燃物干燥,增大林火发生的可能性;风产生的热对流可补充火场的氧气,加速山火蔓延;在较大风力的情况下,吹散的火灰烬可引发“飞火”,增大山火影响区域。输电线路走廊的微地形、微气象差异对输电线路山火跳闸有决定性作用。

输电线路走廊附近的植被参数如植被燃烧能量密度、植被高度、易燃程度等直接影响到山火的蔓延速度、火焰高度及山火跳闸概率。我国植被种类繁多,现场植被疏密度各异,根据植被对输电线路山火跳闸作用程度,将输电线路附近植被分为杂草、灌木、乔木这3类以及3类植被组合成的阶梯可燃物,如表1所示。

山火分布参数如山火高发期、山火密度等用来表征山火分布强弱的特征,是输电线路防山火设计、运行维护工作一直以来缺乏的基础数据。为此,利用近15 a来的卫星监测数据进行统计与分析,得到了山火在时间和空间上的分布。省级或者地市级大空间尺度下的山火分布在笔者所发表的论文和专著中已详细阐述[5,17],但由于受到河流、公路等微地形因素的影响,所以大空间尺度下的山火分布规律未能有效指导输电线路防山火工作。为了表征输电线路走廊附近山火的活跃程度,使山火数据挖掘精细化到线路区段,提出线路走廊山火密度指标\({{\rho }_{i}}\),即

图5 2012年湖南省境内山火灾害原因统计 Fig.5 Cause-of-wildfire statistics of Hunan province in 2012

表1 输电线路走廊植被特征 Table 1 Features of vegetation near transmission lines

\({{\rho }_{i}}=\frac{1}{{{t}_{\text{w}}}}\sum\limits_{{{t}_{\text{w}}}}{{{n}_{\text{w,}i}}}\) (1)

式中：\({{t}_{\text{w}}}\)为时间,单位为a;\({{\rho }_{i}}\)为\({{t}_{\text{w}}}\)时间内线路杆塔i到杆塔i+1的线路区段山火密度;\({{n}_{\text{w,}i}}\)为杆塔i到杆塔i+1的线路区段走廊一定距离（如1.5 km范围内）发生山火次数。

我国南方以丘陵、山地等地形居多,为节省土地资源,输电线路大多架设在高山。但人为火源大多在山脚,在向上斜坡地形条件下,地表火的火焰更容易达到树冠,也增加了地表火向树冠的热辐射强度,使树冠火形成的可能性增大;其次,上山火的火强度显著增加,表现为火焰高度和热辐射强度均比无坡度时大,为形成树冠火提供有利条件[18]。

20世纪90年代前建设的输电线路未考虑防山火要求,部分220 kV电压等级输电线路的最低对地距离甚至在10 m以下。然而,在我国农村煤、液化气逐步取代木柴成为主要燃料,输电线路下方可能被茂密的茅草和灌木丛覆盖。21世纪建设或改造的输电线路大多采用高大的铁塔,对地距离较大,相对降低了山火引发输电线路跳闸的风险。因此,输电线路本体参数的差异是输电线路山火跳闸风险分析不可忽略的因素。

现有输电线路山火跳闸机理表明,山火的温度、烟尘浓度和电子离子浓度是山火引发输电线路间隙击穿的关键因素[6,19]。山火形态不同,上述3个关键因素相差亦很大。山火形态的传播速度、火焰长度等特征如表2所示[20]。

输电线路山火跳闸受植被类型、地形参数、输电线路本体参数、火场形态等多因素影响,目前尚难以找到准确预测山火的火行为、低成本实现计算输电线路山火跳闸概率的方法,本文采用历史山火跳闸次数与山火次数之比来表征线路区段承受山火灾害的能力。

为了避免由于线路走廊发生山火次数少、山火跳闸次数为0而无法准确表征输电线路山火灾害的脆弱性,引入线路山火跳闸温和区段（wildfire faults mild section,WFMS）和线路山火跳闸高发区段（wildfire faults high-incidence section, WFHS）的概念。其具体计算方法如下。

对于线路区段而言,以杆塔为单位划分线路区段集合Sline,定义发生过山火跳闸的线路区段集合为Shs,定义未发生过山火跳闸的线路区段集合为Sms,则线路区段集合Sline的1个分割为（Shs,Sms）。集合Shs对应的线路区段定义为WFHS,集合Sms对应的线路区段定义为WFMS,则整条线路的山火灾害脆弱性可用元素个数为2m的集合Svul={s1, s2, …, s2m}表示。

对于任意自然数k（1≤k≤2m）,若元素sk处于集合Sms中,则sk对应的山火跳闸温和区段的山火灾害脆弱性\({{V}_{\text{MS,}k}}\)为

\({{V}_{\text{MS,}k}}=\frac{1}{\sum\limits_{m}{{{n}_{\text{w,}k}}}}\) (2)

式中：m为对应线路区段sk内的杆塔数;\({{n}_{\text{w,}k}}\)为线路区段sk走廊一定距离（如500 m范围内）发生山火次数。

若元素sk处于集合Shs中,则sk对应的山火跳闸高发区段的山火灾害脆弱性\({{V}_{\text{HS,}k}}\)为

表2 不同形态山火的火行为特征的典型范围 Table 2 Typical ranges of fire behavior characteristics

\({{V}_{\text{HS,}k}}=\frac{{{n}_{\text{f},k}}}{\sum\limits_{m}{{{n}_{\text{w,}k}}}}\) (3)

式中\({{n}_{\text{f},k}}\)为sk对应线路区段内的总山火跳闸次数,且m取值为1。

式(2)、（3）的物理意义为线路的某一线路区段对山火灾害的抵抗能力。脆弱性值越大,则表示山火对线路区段k的运行的影响越小,线路区段越坚韧。反之则影响越大,线路区段越脆弱。

随着国民经济对电能质量要求越来越高,输电线路跳闸的恢复时间也是考量输电线路故障差异性的一个重要指标[21]。定义线路区段k第j次跳闸的

停运时间\({{t}_{\text{TR,}kj}}\)为

\({{t}_{\text{TR,}kj}}={{t}_{\text{R},kj}}-{{t}_{\text{F,}kj}}\) (4)

式中：\({{t}_{\text{R},kj}}\)为线路区段k第j次跳闸后恢复时间;\({{t}_{\text{F,}kj}}\)为线路区段k第j次跳闸时间。

可以计算单条输电线路第k个区段山火跳闸平均停电时间\({{t}_{\text{MT,}k}}\),即

\({{t}_{\text{MT,}k}}=\frac{\sum\limits_{m}{\sum\limits_{{{n}_{\text{f,}k}}}{{{t}_{\text{R},kj}}}}}{\sum\limits_{m}{{{n}_{\text{f,}k}}}}\) (5)

式中\(\sum\limits_{m}{\sum\limits_{{{n}_{i}}}{{{t}_{\text{R},kj}}}}>0\)。

现有的输电线路山火灾害风险评估方法考虑因素有限,且未能定量化至线路区段,对于具有微地形、微气象和线路容灾能力差的特殊段的指导作用有限,不能实现精细化的山火灾害评估。通过大量历史故障数据和山火发生、山火蔓延和山火跳闸致灾机理研究,提出输电线路山火灾害定量风险指标

\({{R}_{\text{F,}i}}={{\rho }_{i}}{{V}_{i}}{{t}_{\text{MT},i}}\) (6)

式中：\({{V}_{i}}\)为线路杆塔i到杆塔i+1的线路区段山火灾害脆弱性;\({{t}_{\text{MT},i}}\)为线路杆塔i到杆塔i+1的线路区段(即逐基杆塔计算时的第i个线路区段)的山火跳闸平均停电时间。

再对输电线路山火灾害定量风险从地形参数、输电线路本体参数、植被类型3个方面对集合S中各线路区段的山火灾害脆弱性进行校正,进一步精细化地表征各线路区段山火灾害风险的差异性。对研究线路区段内的各杆塔采用自然间断点分级法（Jenks）[22]对计算得到的各线路区段风险值进行等级划分,将输电线路山火的风险值划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ共计5个等级。

如图4所示,输电线路山火风险指标RF,i的大小综合反映了线路区段的山火活跃程度、承载能力及恢复力,因而从式(2)、(3)、(6)可看出,该风险指标的意义在于对“历史跳闸区段”的脆弱性进行有效放大,主要是在收集现场山火信息和跳闸数据时发现山火发生位置具有较大的相似性,即某一线路区段每年均可能发生山火。因此,输电线路山火风险指标有效提高了对输电线路山火危害程度的辨识精度。

随着输电线路防山火技术的不断进步,输电线路山火定量预报、山火卫星广域实时监测、输电线路山火处置等一系列措施确保了输电线路山火有效处置。然而,在输电线路山火防治过程中,相应措施的可靠性、适应性、灵活性以及经济性均需要深入探讨,以选择各线路区段最适宜的措施与方法。

应逐线路区段建立输电线路山火分布的地域特性,综合评估线路区段的山火跳闸特性和防山火措施的有效性。同时,针对输电线路山火灭火装备的可移动性,还需要考虑地市级公司运行维护线路的实际情况,因地制宜,提出不同线路区段的防山火措施。

输电线路防山火技术涉及专业多,为最大限度地降低山火对电网的影响,需电网企业多部门协同。主要分为输电线路设计基建、运行维护和调度控制这3个方面,如表3所示。

1）从设计基建的角度,可采用降基、全方位高低腿设计、杆塔升高及改道等措施来对不满足防山火要求的输电线路进行施工改造,避免因输电线路对地距离过低而导致承受山火灾害的能力弱的问题。

2）从运行维护的角度,输电线路防山火措施包括有通道清理、山火监测、带电灭火等措施。

3）从调度控制的角度,可以采取交流退出重合闸、直流降压运行、停运、主动潮流转移等措施,降低山火引发跳闸对电网造成的冲击。

输电线路差异化防山火措施策略的采取如图6所示,可分为4个步骤实现。

1）收集统计输电线路信息：根据上述输电线路山火分布差异性分析,收集所要进行分析线路的用火习俗、气象条件、走廊植被、历史山火信息、地形参数、线路本体参数、历史故障信息等数据,为后续计算输电线路山火灾害定量风险评估和科学采取有效的防山火措施提供依据。

2）分别逐基杆塔计算输电线路走廊山火密度、线路山火灾害脆弱性和线路山火跳闸恢复时间等3个指标。

3）根据本文2.5节定义的指标计算区域内各输电线路逐基杆塔的山火灾害量化风险,基于线路对地高度、植被类型、地形条件校正每一基杆塔的山火跳闸风险。

4）根据3）中得到的量化风险值和现有防山火措施,从防御型、处置型这2个方面有针对性采取防山火措施。

针对输电线路山火防治措施的特点,提出如下A-D共4条防山火措施的配置规则,在具体实施时

表3 输电线路防山火典型措施 Table 3 Typical measures of wildfire protection for transmission lines

图6 差异化输电线路防山火策略流程 Fig.6 Flow diagram of the differentiation strategy of wildfire protection of transmission lines

可根据线路的山火灾害风险综合应用。

规则A：杆塔对地距离低,对砍伐清理困难、达不到防山火要求的线路区段,可采取林地转租、植被置换、降基、地面硬化、杆塔升高等措施。

规则B：在山火定量风险大于Ⅲ级的防山火线路区段,选择地势相对较高、视野开阔的杆塔安装山火在线监测装置。

规则C：在山火定量风险大于Ⅲ级、地势高度低于100 m、附近取水方便、野外行走便捷的线路区段,承担区段运行维护的班组配置高压细水雾灭火机。

规则D：在山火定量风险大于Ⅳ级、地势高度高于100 m或取水不便的线路区段,承担线路区段运行维护的班组应配置高扬程带电灭火平台。

以湖南省1条±500 kV电压等级直流输电线路为例。该直流线路212号—1 634号基杆塔沿南北方向穿越该省,全长579 km。从2007年至2014年在湖南省境内发生的山火跳闸次数达17次,占该线路总跳闸次数的27.4%,17次山火跳闸停运时间占该线路总跳闸停运时间的42.1%。本文选择线路中发生山火跳闸的典型线路区段（1 300号—1 577号）作为研究对象。

1）输电线路走廊山火密度分布

图7中以输电线路杆塔i到杆塔i+1的线路区段为统计长度单元、以垂直线路的两侧1.5 km走廊为统计宽度单元组成网格,数值表示网格发生的历史山火密度。

可知同一输电线路在不同线路区段两侧1.5 km走廊内火点分布差异性很大。在衡阳市北部火点少,处于1级山火密度等级。在衡阳市耒阳和郴州市永兴县境内杆塔内火点达到12~20个/网格,处于5级山火密度等级。而郴州市桂阳县西部和苏仙区南部的山火密度为4~8个/网格,处于3级山火密度等级。但是上述山火密度分布特征与直流输电线路的山火跳闸特征不一致。因此,在输电线路防山火方法与措施实施过程中不能简单地使用单一固定的山火密度分布来衡量。

2）输电线路山火灾害脆弱性

参照2.2.4节输电线路山火灾害脆弱性计算方法,将研究范围内的278基杆塔的线路区段分为14个子区段,其中1 30 0号—1 304号、1306号—1 308

图7 实例线路典型线路区段山火密度 Fig.7 Wildfire density of typical segment of transmission line

号、1 310号—1 459号、1 461号—1 495号、1 497号—1 512号、1 514号—1 532号、1 534号—1 577号为线路山火跳闸温和区段,1 305号、1 309号、1 460号、1 496号、1 513号、1 533号、1 577号为线路山火跳闸高发区段。

本文2.3.1节中讨论坡度角不同会导致山火蔓延速度的变化,蔓延速度越大则植被释放能量越多,火焰温度和高度越大,就越容易导致输电线路山火跳闸。近似认为地形参数校正因子\({{\alpha }_{1}}\)与坡度角\({{\beta }_{\text{s}}}\)成正比[18],则通过拟合图的参数,得到

\({{\alpha }_{1}}=1+\frac{3}{50}{{\beta }_{\text{s}}}\) (7)

式中坡度角\({{\beta }_{\text{s}}}\)通过精度为30 m×30 m的高精度DEM数字高程解析获得。

由于该±500 kV电压等级直流线路在研究线路区段内的呼称高度最低为22.5 m（9基）和24 m（12基）,剩余区段的呼称高度普遍在27 m以上,而湖南省的植被与气象条件限制其山火类型大多为中、低强度的山火,且大多为地表火,火焰高度普遍在6 m以下,所以仅仅依靠火焰高温难以导致线路跳闸。

因此,作者认为引发该直流线路现场山火跳闸的最主要因素为高浓度烟尘。目前尚未有很好的数学公式来表达不同可燃物燃烧产生的烟尘浓度及其粒径分布。项目组在小沙江自然灾害试验场开展了大量的500 kV电压等级真型输电线路山火跳闸试验,试验结果统计分析表明：植被类型、风速、相对湿度条件对烟尘的作用较大。其中植被类型为准静态因子,风速、相对湿度为动态因子,无法离线分析并采取差异化措施,因此本文中只考虑植被类型校正因子\({{\alpha }_{2}}\)对山火灾害定量风险值的作用,见表4。

通过对线路历史山火跳闸数据进行分析,将线路山火跳闸最小对地距离和最大对地距离分别定义为Hmin和Hmax,区间[Hmin, Hmax]等距离划分为10个子区间,第1个子区间和第10个子区间对应的山火跳闸次数分别为N1和N10,近似认为在各子区间内输电线路山火对地击穿概率随子区间q（1≤q≤10）的增大呈线性减小,同时各线路区段发生相间故障的概率相等。假设该条线路发生相对地和相间故障的比例分别为a、b（a+b=1）,则对地距离在第q个子区间线路区段的山火灾害脆弱性本体参数校正因子\({{\alpha }_{3}}\)可定义为

\({{\alpha }_{3}}=a(1+(10-q)\frac{{{N}_{10}}}{{{N}_{1}}})+b\) (8)

结合实例线路本体参数和输电走廊外部环境参数计算方法,得到的山火跳闸高发线路区段的山火灾害定量风险结果如表5所示。实例线路山火灾害跳闸风险等级划分如表6所示。

3）电网防山火措施实施

从表5和图7可以看出：在衡阳市、常宁市和耒阳市境内的线路区段山火密度高,多处于4级、5级山火密度,空间聚集性强,但是受地形、线路本体参数、植被等因素影响,其线路山火跳闸风险等级为Ⅰ级、Ⅱ级;而在桂阳县、资兴市地区山火密度处于3级,综合考虑各影响因素的作用,其山火跳闸风险等级达到Ⅳ级或Ⅴ级;进一步证明仅依靠线路走廊山火密度这单一因素不能完整准确地表征线路山火灾害的风险。该线路共有4个重点防山火线路区段,对应杆塔号分别为1 300号—1 309号、1 496号—1 513号、1 533号、1 575号—1 577号。针对该线路区段中山火跳闸风险等级较高的线路子区段提出如表7所示的输电线路山火防治措施。

1）山火对各电压等级的架空输电线路均造成威胁。提出了差异化防山火的整体思路,重点分析了输电线路走廊植被、用火习俗、地形地貌、气象条件等多因素的差异性决定了输电线路山火密度分布的差异性。

2）提出了输电线路山火灾害脆弱性和跳闸恢复时间计算方法,建立了输电线路山火跳闸风险分析指标。结合输电线路山火灾害防治措施的特征,

表4 典型植被类型校正因子\({{\alpha }_{2}}\) Table 4 Typical vegetation calibration factor \({{\alpha }_{2}}\)

表5 实例线路的典型线路区段山火灾害定量风险值 Table 5 Quantitative risk analysis of wildfire disaster for typical segment of transmission line

表6 实例线路山火灾害跳闸风险等级划分 Table 6 Risk ranks of wildfire disaster for transmission line

表7 典型线路实例防山火措施实施方案 Table 7 Implementation plan of wildfire prevention for typical example of transmission line

提出了输电线路差异化防山火措施配置方法。

3）综合考虑山火密度、地形地貌、线路本体参数、历史山火跳闸信息等因素,针对典型山火高发省份的±500 kV电压等级直流线路开展逐基杆塔段山火跳闸风险评估,根据具体线路区段风险等级提出具有针对性的山火防护措施配置策略,提升了山火防治精细化水平。

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