摘要：电力系统中大量的架空输电线路等输变电设备长期暴露于大气环境之中，其运行的安全性直接关系到电力系统的运行安全。长期运行经验表明，外部气象环境导致的输变电设备失效是影响电力系统安全的主要原因之一。在气候变化的大背景下，恶劣天气、极端气候事件的强度和发生频率有增强的趋势，如何应对气象灾害是电力系统函需解决的关键问题之一，气象灾害预警、风险防控相关理论及技术己成为电气工程领域的长期研究热点。
关键词：输电线路；气象灾害；风险分析与预警
1、前言
大气系统具有能量特征，气象环境具有时间周期性和波动性特征。在气候变化的大背景下，一些区域性的恶劣天气、极端气候事件的强度和发生频率有增强的趋势，特别是极端风灾和冰灾。架空输电线路等输变电设备长期暴露于大气环境之中，其能否安全可靠运行与外部气象环境有密切关系。现有电网可靠性/风险分析理论中，采用长期统计的恒定故障率、停运时间等参数来描述输电线路的风险水平，考虑外部气象环境也仅仅是个别因素或少量状态，而大部分地区的输电线路都要经历一年四季多种气象环境因素的作用，因此现有方法只能反映输电线路长期运行的平均风险水平，无法真实反映输电线路风险水平随时间、外部气象环境等的变化情况。而在电网运行过程中迫切希望能够掌握气象环境作用下输电线路的动态风险，以便于据此调控电网的运行模式，从而规避风险。在掌握气象对输电线路作用方式的物理机理和统计规律后，则可以利用气象预报信息，对可能发生的线路故障进行在线预测和风险预警，这对提高电网安全运行水平具有重要意义。
2、输电线路气象风险特征及预警系统构建方法
2.1气象环境对输电线路作用方式
气象学方面的文献指出：气候系统的变化特征具有自记忆特征，因而在表征气象要素的时间序列中蕴含着长程相关性，即气候系统的演化状态具有时间连续性；气候事件序列在不同的时间标度上有相似的统计特性，表现出长程相关性（即大气环境具有时间周期性）；极端气候事件具有年际群发性和气候分区群发性特征（即大气环境具有时间波动性，气象灾害呈现出显著的时空分布规律特征）。
大气系统受到太阳辐射和地球公转、自转影响，大气流动不息，因此大气系统具有能量特征，大气环境具有周期性和波动性特征。大气环境的能量强度、持续时间和发生频率不同，对处在其中的架空输电线路的作用方式也不同。根据气象条件对输电线路安全影响的剧烈程度，可以分为气象要素的累积作用和气象灾害的冲击作用气象要素的累积作用可以表述为大气环境对输电线路常年累月缓慢释放或施加能量，影响输电线路的运行状况，导致输电线路的机械或电气性能下降，长此以往会加速线路的磨损、老化，降低线路的输电能力。例如温度、日照的逐渐累积和不可逆过程导致线路绝缘劣化，阵风的反复作用导致金具磨损，高温、强日照、低风速降低线路的可用传输容量等。输电线路投运后的风险主要来自外部气象环境尤其是气象灾害的冲击作用影响，而对气象灾害冲击作用规律的认识和数学描述手段目前仍很缺乏，如果能构建气象灾害冲击作用的统计特征描述方法，结合已有的机理特征模型，就能更为全面地掌握气象对输电线路的作用方式及规律特征，还可利用气象预报信息对输电线路可能遭受的气象灾害进行在线故障预测和风险预警，提前采取针对性的降风险措施，保障输电线路的安全运行。
2.2电网气象风险防控路径
气象灾害是造成架空输电线路故障的最主要原因，重要输电通道的多条线路通常穿越同一输电走廊，环境相似，在恶劣天气，如短时的雷电、大风等强对流天气下，常常造成区域性的多条线路跳闸，呈现“短时故障聚集”效应。当外部气象灾害导致线路故障跳闸，因线路潮流转移、过负荷保护定值及配合不合理等，容易诱发连锁跳闸，造成大停电事故。风险防控不是一个孤立行为，而是与风险识别、风险分析、风险预防等密不可分。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因此，电网气象风险防控路径也应该有“风险准备—风险识别—风险分析—风险预防——风险管控”的统一流程，需要构建完整的电网气象风险指标，利用相互关联的精细化电力气象数据，快速识别电网设备气象灾害，并结合设备故障概率预测预警模型，评估电力设备级和电力系统级风险，进而确定相应的风险管控办法，形成纵向贯通的电网气象风险管理流程。
3、输电线路气象风险预警体系构建方法
3.1输电线路气象风险预警系统构成
输电线路气象风险预警系统通过接收气象信息，在以电子地图为核心的地理信息系统（GIS）平台上通过图形或表格形式多角度、全方位展示地理区域、输电线路、杆塔的实时、预报和灾害预警气象信息，实现雷电、暴雨、大风、覆冰、台风、山火、地质灾害等恶劣天气造成线路的故障风险评估，给出量化的故障风险概率或故障风险等级预警信息，为电网调度、维修作业、应急抢险等提供决策支持，增强电网应对恶劣气象条件的能力，提高电网安全运行水平。
设备地理信息设备地理信息主要是杆塔和线路的地理信息和基本参数。杆塔信息包括：杆塔类型、杆塔编号、经度、纬度、海拔高度、制造厂家、安装位置、地质环境信息，杆塔的绝缘子串型号、串数、绝缘子片数，耐张塔转角，杆塔水平档距、垂直档距等。线路信息包括：线路序号、电压等级、线路编号、线路名称、起止地点、线路规格、线路类型、回路数量、输电长度、设计风速、设计冰厚、分裂数、分裂间隙等。
不同气象灾害影响输电线路安全的作用机理、时间长短、影响范围存在很大差异，使得不同的气象灾害预警对气象信息的需求在时间和空间上并不完全一致，通过调研已有机理性研究的结论，并结合气象—线路故障关联统计分析的规律，归纳了典型气象灾害下线路风险预警对气象信息的需求。
3.2输电线路气象风险预警模型构建思路
由于输电线路在可用的情况下短时间内输送的功率一般不会大幅波动，因此在灾害性天气下输电线路的风险主要由发生故障的概率体现，输电线路气象风险预警的核心内容就是预测线路故障及其概率，为表述方便，论文将灾害性天气下输电线路故障预测与风险预警简称为输电线路气象风险预警。构建输电线路气象风险预警模型的一般思路是根据线路历史故障信息和对应的历史气象信息，通过模式识别方法辨识预警模型和特征指标，再在当前的气象条件和气象预报信息以及当前的运行状态下，根据辨识得到的预测模型进行线路故障预测预警。
构建输电线路气象风险预警模型的重点工作是确定预警对象、获取预警输入信息、选择预警特征值、设定预警门槛值、给出预警结果及发布形式，并对预警效果进行检验及提出改进方法。
4、结束语
本文归纳分析了气象环境对输电线路的作用方式，提出了输电线路风险特征的数学描述方法，提出了输电线路气象风险预警体系的构建方法，经过研究得出根据气象条件对输电线路安全影响的剧烈程度，可以分为气象要素的累积作用和气象灾害的冲击作用。
参考文献
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论文作者:朱宗勇
论文发表刊物:《电力设备》2019年第2期
论文发表时间:2019/6/3
标签：线路论文; 气象论文; 风险论文; 灾害论文; 电网论文; 作用论文; 故障论文; 《电力设备》2019年第2期论文;