蔡德福，施通勤，周鯤鵬，盧生煒，曹 侃，蔣 偉，姚 堯，王 瑩

（1.國網(wǎng)湖北省電力公司電力科學(xué)研究院，湖北 武漢 430077；2.國網(wǎng)湖北省電力公司，湖北 武漢 430077）

0 引言

近年來，極端異常氣候?qū)﹄娏υO(shè)施破壞事件發(fā)生的頻度不斷增加[1-4]。我省西部的武陵山區(qū)、秦巴山區(qū)在極端自然災(zāi)害中出現(xiàn)過數(shù)次大范圍、長時間的停電事件，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)卣５墓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活。為提升鄂西電網(wǎng)的抗災(zāi)能力和供電服務(wù)水平，有必要開展鄂西電網(wǎng)抵御自然災(zāi)害能力評估。

本文研究的鄂西電網(wǎng)包括恩施、宜昌、襄陽、十堰、神農(nóng)架等5個地級市（自治州、林區(qū)）的24個縣域電網(wǎng)，具體包括恩施州的恩施市、利川、建始、巴東、宣恩、咸豐、來鳳、鶴峰等2個市6個縣，宜昌市的五峰、長陽、秭歸、遠(yuǎn)安、夷陵、興山等6個縣（區(qū)），襄陽市的?？怠⒛险?、谷城等3個縣，十堰市的丹江口、鄖陽、鄖西、竹山、竹溪、房縣等6個縣（區(qū)），以及神農(nóng)架林區(qū)。本文的鄂西電網(wǎng)特指上述的5個地級市（自治州、林區(qū)）24個縣級區(qū)域涉及到的220 kV及以下電壓等級電網(wǎng)。

本文從電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和設(shè)備兩個方面詳細(xì)分析鄂西不同電壓等級（包括220 kV、110 kV、35 kV、10 kV）電網(wǎng)的抵御自然災(zāi)害能力和薄弱點，可為下一步針對性地提出鄂西電網(wǎng)抗災(zāi)能力提升措施建議奠定堅實基礎(chǔ)。

1 220 k V電網(wǎng)抵御自然災(zāi)害能力

1.1 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及其薄弱點

2008～2016年，自然災(zāi)害共造成鄂西電網(wǎng)32條220 kV線路停運33條次，倒斷塔10基，斷損線長度11.1 km，其中僅宜昌發(fā)生過1次220 kV線路受災(zāi)停運導(dǎo)致負(fù)荷損失的情況。220 kV電網(wǎng)相對堅強。

為進一步提高鄂西220 kV電網(wǎng)抗災(zāi)能力，應(yīng)在電網(wǎng)規(guī)劃和運行中重視以下電網(wǎng)安全運行風(fēng)險點。

（1）豐水期十堰外送通道壓力較大

考慮穩(wěn)控系統(tǒng)投運，十堰外送通道穩(wěn)定限額為900 MW，受制于500 kV十樊雙回線同跳后220 kV線路過載。京能熱電投運后，若豐水期不限制十堰水火電出力，正常方式220 kV龍當(dāng)線即可能過載。

（2）恩施電網(wǎng)存在斷面卡口

2016年冬季高峰時段，220 kV恩蕉和恩旗斷面輸送功率最大為490 MW，平均為420 MW，超400 MW的穩(wěn)控限額。若自然災(zāi)害造成220 kV恩蕉線同塔雙回同跳，恩旗線將嚴(yán)重過載，存在連鎖跳閘風(fēng)險。

（3）宜昌220 kV五峰變單線饋供單變運行

220 kV五峰變只有一條220 kV朝峰線作為220 kV電源支撐，且單變運行。2014年，朝峰線因線路覆冰導(dǎo)致線路斷裂，造成220 kV五峰、110 kV萬馬池等變電站失壓，引起負(fù)荷損失。

（4）神農(nóng)架220 kV樂意變單線饋供單變運行

220 kV樂意變只有一條220 kV翁樂線作為220 kV電源支撐，并且單變運行。

1.2 設(shè)備及其薄弱點

（1）恩施

利壩線等8條220 kV線路存在抗冰能力不足的問題。其中利壩線最為突出，該線路001－011號、064－069號、084－089號區(qū)段按照15 mm冰厚設(shè)計，其他區(qū)段按照10 mm冰厚設(shè)計。但001－011號、064－069號、084－089號區(qū)段的設(shè)計水平仍較冰區(qū)等級要求（依據(jù)2014版湖北電網(wǎng)冰區(qū)分布圖，下同）低1個等級，070－083號、090－116號區(qū)段的設(shè)計水平較冰區(qū)等級要求低2個等級。

（2）宜昌

麂桑線等5條220 kV線路存在抗冰能力不足的問題。其中麂桑線全線按照10 mm冰厚設(shè)計，但15－64號區(qū)段的設(shè)計水平較冰區(qū)等級要求低2個等級。麂泉線等4條220 kV線路均按照10 mm冰厚設(shè)計，設(shè)計水平較冰區(qū)等級要求低1個等級。

（3）襄陽

220 kV順?biāo)€存在抗洪澇災(zāi)害能力不足的問題，其中8基桿塔、2.2 km導(dǎo)地線不滿足抗災(zāi)要求。

（4）十堰

220 kV十懸線、十房線存在抗冰能力不足的問題。220 kV十懸線10－12號、22－29號、40－42號區(qū)段，220 kV十房線9－11號、60－75號、76－77號、80－84號、122－127號區(qū)段均按照10 mm冰厚設(shè)計，設(shè)計水平較冰區(qū)等級要求低1個等級。

220 kV黃柏線存在抗洪澇災(zāi)害能力不足的問題，其中4基基礎(chǔ)（含拉線、護坡、防洪設(shè)施）不滿足抗災(zāi)要求。220 kV十當(dāng)線存在抗地質(zhì)災(zāi)害能力不足的問題，其中6基基礎(chǔ)不滿足抗災(zāi)要求。

（5）神農(nóng)架

神農(nóng)架電網(wǎng)僅有翁樂線1條220 kV輸電線路，涉及桿塔8基，線路設(shè)計冰厚與冰區(qū)圖相符合，而且投運以來未發(fā)生過因自然災(zāi)害造成的線路故障。

2 110 k V電網(wǎng)抵御自然災(zāi)害能力

2.1 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及其薄弱點

2008～2016年，自然災(zāi)害共造成鄂西電網(wǎng)45條110 kV線路停運77條次，倒斷塔16基，斷損線長度74.3 km。其中僅宜昌發(fā)生過1次110 kV線路受災(zāi)停運導(dǎo)致負(fù)荷損失的情況。110 kV電網(wǎng)相對堅強。

鄂西各地區(qū)110 kV電網(wǎng)形成以各220 kV變電站為中心的供電格局，電網(wǎng)接線模式包括鏈?zhǔn)?、環(huán)網(wǎng)、輻射，如圖1所示。鏈?zhǔn)健h(huán)網(wǎng)、雙輻射接線因具有2路及以上電力供應(yīng)通道，供電可靠性較高。鄂西110 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)情況如表1所示。鄂西電網(wǎng)共有110 kV線路309條，其中鏈?zhǔn)?、環(huán)網(wǎng)、輻射接線分別有146、70、93條，占比分別為47.2%、22.7%和30.1%，鏈?zhǔn)健h(huán)網(wǎng)、雙輻射接線共251條，占比81.2%，具有較高的供電可靠性。

圖1 110 k V電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of 110 k V power grid structure

表1 110 k V電網(wǎng)結(jié)構(gòu)情況Tab.1 110 k V power grid structure

表2列出了鄂西110 kV電網(wǎng)薄弱點，鄂西電網(wǎng)110 kV線路“N-1”通過率為77.7%，其中襄陽電網(wǎng)110 kV線路“N-1”通過率最高，為88.5%；恩施和神農(nóng)架電網(wǎng)110 kV線路“N-1”通過率最低，均為60%。鄂西電網(wǎng)共有69條110 kV線路不滿足“N-1”，其中受災(zāi)停運線路17條次，占停運110 kV線路的22.1%；55條線路既不滿足“N-1”且下級轉(zhuǎn)供通道轉(zhuǎn)移負(fù)荷能力不足，占所有線路的17.8%。不滿足“N-1”且下級轉(zhuǎn)供通道轉(zhuǎn)移負(fù)荷能力不足的110 kV線路是規(guī)劃、改造和運維的重點，受災(zāi)故障時發(fā)生負(fù)荷損失的風(fēng)險大。

表2 110 k V電網(wǎng)薄弱點Tab.2 110 k V power grid weakness

2.2 設(shè)備及其薄弱點

恩施、宜昌、十堰、神農(nóng)架110 kV公用主變情況如表3所示。恩施不存在運行年限超過30年的主變。宜昌、十堰運行年限超過30年的主變各2臺。神農(nóng)架無運行年限超過20年的主變。

表3 恩施、宜昌、十堰、神農(nóng)架110 k V公用主變情況Tab.3 110 k V public transformer of Enshi,Yichang,Shiyan and Shennongjia

恩施、宜昌、十堰、神農(nóng)架110 kV公用架空線路情況如表4所示。恩施和神農(nóng)架不存在運行年限超過30年的架空線路。宜昌、十堰運行年限超過30年的架空線路分別為199.01 km、443.07 km。

表4 恩施、宜昌、十堰、神農(nóng)架110 k V公用架空線路情況Tab.4 110 k V public line of Enshi,Yichang,Shiyan and Shennongjia

恩施110 kV線路導(dǎo)線截面以185 mm2、150 mm2為主。桿塔以鐵塔為主，仍存在部分水泥桿塔。共有15條110 kV線路存在抗冰能力不足的問題。其中110 kV壩橋線和紅塘線的設(shè)計水平比冰區(qū)等級要求低2個等級，利青一/二回、利茶一/二回等13條110 kV線路的設(shè)計水平比冰區(qū)等級要求低1個等級。

神農(nóng)架110 kV宋紅線、紅田線、松宋線和松陽線為老舊線路。110 kV松宋線等3條線路存在抗冰能力不足的問題，其中110 kV宋紅線的設(shè)計水平比冰區(qū)等級要求低3個等級，110 kV松宋線的設(shè)計水平比冰區(qū)等級要求低2個等級，110 kV松陽線的設(shè)計水平比冰區(qū)等級要求低1個等級。

?？悼h運行年限超過30年的110 kV主變、線路分別有0臺、1條，其中110 kV黃保線導(dǎo)線型號為LGJ-95，投運于1981年，運行年限超過30年。南漳縣共有110 kV公用主變7臺，運行年限均在10年以內(nèi)。110 kV線路總長度170.022 km，其中運行年限20年以上的線路58 km，占比34.11%。谷城縣共有110 kV公用主變11臺，運行年限均在30年以內(nèi)。110 kV線路14條，總長度170.74 km，其中運行年限20年以上的線路39.5 km，占比23.13%。存在部分LGJ-240/150混合線路，限制了線路的帶負(fù)荷能力，如110 kV汾谷一、二回線。

3 35 k V電網(wǎng)抵御自然災(zāi)害能力

3.1 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及其薄弱點

2008～2016年，自然災(zāi)害共造成鄂西電網(wǎng)69條35 kV線路停運96條次，倒斷塔179基，斷損線長度285.5 km，影響用戶32.3萬戶，累計損失電量279.4×104kW·h。

鄂西各地區(qū)35 kV電網(wǎng)形成以各220 kV及110 kV變電站為中心的供電格局，電網(wǎng)接線模式包括單鏈?zhǔn)?、單環(huán)網(wǎng)、輻射。鄂西電網(wǎng)共有35 kV線路479條，其中單鏈?zhǔn)?、單環(huán)網(wǎng)、輻射接線分別為176、58、245條，占比分別為36.7%、12.1%和51.2%，如表5所示。與110 kV電網(wǎng)相比，35 kV電網(wǎng)接線模式以單輻射為主。

表5 35 k V電網(wǎng)結(jié)構(gòu)情況Tab.5 35 k V power grid structure

表6列出了鄂西35 kV電網(wǎng)薄弱點，鄂西電網(wǎng)35 kV線路“N-1”通過率為39.9%，其中襄陽電網(wǎng)110 kV線路“N-1”通過率最高，為62.1%；恩施電網(wǎng)35 kV線路“N-1”通過率最低，為26.7%。鄂西電網(wǎng)共有288條35 kV線路不滿足“N-1”，其中受災(zāi)停運線路60條次，占停運35 kV線路的62.5%；170條線路既不滿足“N-1”且下級10 kV轉(zhuǎn)供通道轉(zhuǎn)移負(fù)荷能力不足，占所有線路的35.5%。不滿足“N-1”且下級轉(zhuǎn)供通道轉(zhuǎn)移負(fù)荷能力不足的35 kV線路受災(zāi)故障時發(fā)生損失負(fù)荷的風(fēng)險大。

表6 35 k V電網(wǎng)薄弱點Tab.6 35 k V power grid weakness

此外，部分35 kV線路存在T接和長距離多級串供的情況，導(dǎo)致這部分線路和變電站供電可靠性不高。鄂西電網(wǎng)有T接35 kV線路53條，其中恩施、宜昌、襄陽、十堰、神農(nóng)架分別有22、13、5、13、0條，如恩施的芭盛桅線桅桿堡線。鄂西電網(wǎng)有長距離多級饋供變電站91座，其中恩施、宜昌、襄陽、十堰、神農(nóng)架分別有49、27、4、11、0座，如十堰竹溪城關(guān)－水坪－新州－中梁35 kV線路串接總長度43.5 km。恩施地區(qū)35 kV線路T接和長距離多級串供問題最為突出。

3.2 設(shè)備及其薄弱點

恩施、宜昌、十堰、神農(nóng)架35 kV公用主變情況如表7所示。恩施、宜昌、十堰各存在1臺、5臺、2臺運行年限在30年以上的主變。

恩施、宜昌、十堰、神農(nóng)架35 kV公用架空線路情況如表8所示。除神農(nóng)架外，均存在運行年限超過30年的架空線路。

表7 恩施、宜昌、十堰、神農(nóng)架35 k V公用主變情況Tab.7 35 k V public transformer of Enshi,Yichang,Shiyan and Shennongjia

恩施35 kV線路導(dǎo)線截面以70 mm2、50 mm2為主。桿塔以鐵塔為主，仍存在較多水泥桿塔和拉線塔。共有34條35 kV線路存在抗冰能力不足的問題。其中高龍線等8條35 kV線路的設(shè)計水平比冰區(qū)等級要求低2個等級，官火線等26條35 kV線路的設(shè)計水平比冰區(qū)等級要求低1個等級。

表8 恩施、宜昌、十堰、神農(nóng)架35 k V公用架空線路情況Tab.8 35 k V public line of Enshi,Yichang,Shiyan and Shennongjia

神農(nóng)架林區(qū)松朝線等6條35 kV線路存在抗冰能力不足的問題。其中，35 kV宋坪線和松朝線的設(shè)計水平比冰區(qū)等級要求低2個等級，35 kV木板線、紅木線等4條線路的設(shè)計水平比冰區(qū)等級要求低1個等級。

保康縣共有14條35 kV線路導(dǎo)線截面偏小，包括黃后線、后歇線、橋歇聯(lián)線歐店支線等。運行年限超過30年的35 kV線路4條。南漳縣共有35 kV公用主變32臺，運行年限均在20年以內(nèi)。35 kV線路總長度354.714 km，運行年限均在30年以內(nèi)。谷城縣共有35 kV公用主變20臺，其中運行年限超過30年的主變2臺。35 kV線路總長度253.289 km，其中運行年限超過30年線路長度33.75 km，占比13.32%。

4 10 k V電網(wǎng)抵御自然災(zāi)害能力

2008～2016年，自然災(zāi)害共造成鄂西電網(wǎng)809條10 kV線路停運1 265條次，倒斷桿33 603根，斷損線長度4 114.4 km，影響用戶160萬戶，累計損失電量1 548×104kW·h。

鄂西電網(wǎng)10 kV公用線路基本情況如表9所示。恩施的10 kV線路條數(shù)最多、長度最長、平均供電半徑最大，且木質(zhì)電桿比例最高，占比5.69%。神農(nóng)架林區(qū)的10 kV線路聯(lián)絡(luò)率最低，為11%；“N-1”通過率最低，為8%。鄂西電網(wǎng)10 kV公用線路運行年限情況如圖2所示。宜昌和襄陽運行年限大于20年的10 kV線路占比較高，分別為36.79%和39.38%。

表9 10 k V公用線路基本情況Tab.9 Basic information of 10 k V public line

圖2 10 k V公用線路運行時間Fig.2 The operation time of 10 k V public line

鄂西電網(wǎng)10 kV公用主變基本情況如表10所示。恩施的10 kV主變臺數(shù)最多，主變?nèi)萘孔畲?，接入的重要用戶?shù)也最多。

表11為鄂西電網(wǎng)10 kV線路位于災(zāi)害區(qū)域的占比情況。鄂西電網(wǎng)45.8%的10 kV線路位于中、重冰區(qū)（覆冰＞10 mm），3.5%的10 kV線路位于9級以上大風(fēng)區(qū)（風(fēng)速＞23.5 m/s），15.5%的10 kV線路位于多雷區(qū)（地閃密度大于 2.78次/（km2·a）），6.8%的 10 kV線路位于易發(fā)洪澇災(zāi)害區(qū)，5.7%的10 kV線路位于易發(fā)地質(zhì)災(zāi)害區(qū)。神農(nóng)架、恩施10 kV線路位于中、重冰區(qū)的比重較大，分別為100%、65.6%，宜昌10 kV線路位于多雷區(qū)占比較高，為20.86%。位于災(zāi)害區(qū)域的線路占比越高，線路故障風(fēng)險越大。

表10 10 k V公用主變基本情況Tab.10 Basic information of 10 k V public transformer

表11 10 k V線路位于災(zāi)害區(qū)域的占比情況（單位：%）Tab.11 The proportion of 10 k V line in the disaster areas（unit：%）

5 結(jié)語

鄂西電網(wǎng)受自然災(zāi)害影響出現(xiàn)過數(shù)次大范圍、長時間的停電事件。本文從電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和設(shè)備兩個方面詳細(xì)分析了鄂西不同電壓等級電網(wǎng)的抵御自然災(zāi)害能力和薄弱點。鄂西220 kV和110 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)以鏈?zhǔn)?、環(huán)網(wǎng)、雙輻射接線為主，抵御自然災(zāi)害能力較強。35 kV及以下電壓等級電網(wǎng)結(jié)構(gòu)以單輻射為主，電網(wǎng)抵御自然災(zāi)害能力較弱。部分35 kV線路存在T接和長距離多級串供的情況，其中恩施地區(qū)最為突出。鄂西220 kV及以下各電壓等級電網(wǎng)均存在線路設(shè)計抗冰能力不足的問題，其中鄂西有45.8%的10 kV線路位于中、重冰區(qū)，建議進一步提升鄂西電網(wǎng)的抗冰能力。研究成果可為提高鄂西電網(wǎng)抗災(zāi)能力提供指導(dǎo)。

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