蔣 玲，張永勝，董生成，王志惠 馬旭東，張成磊，馬志安，沈 潔

(1.國網(wǎng)青海省電力公司電力科學(xué)研究院，青海 西寧 810008；2.國網(wǎng)青海省電力公司，青海 西寧 810008；3.國網(wǎng)青海省電力公司海西供電公司，青海 西寧 817000)

0 引言

近年來，國內(nèi)外大大小小的山火事故發(fā)生不斷，給電力系統(tǒng)和國民經(jīng)濟造成了極其嚴重影響。如2019年四川涼山州木里縣森林由于雷擊樹木引發(fā)山火，2020年四川涼山州西昌市森林由于受特定風力風向作用導(dǎo)致電力故障再次引發(fā)山火，連續(xù)兩年的火災(zāi)事故造成了人力、物力及電網(wǎng)的巨大損失〔1,2〕。美國加州由于地中海氣候、豐富的森林資源及干旱高溫等特殊地理環(huán)境導(dǎo)致山火頻發(fā)，甚至導(dǎo)致加州電力出現(xiàn)數(shù)千兆瓦缺口〔3〕。又如2019年的澳洲山火燒到了2020年，毀壞面積巨大，甚至導(dǎo)致部分城鎮(zhèn)電力及通訊均中斷〔4,5〕。青海電網(wǎng)在2018年至2019年期間也發(fā)后發(fā)生三起因山火導(dǎo)致的線路跳閘故障。雖然自然環(huán)境無法改變，但對于電網(wǎng)而言，輸電線路路徑卻是可以盡量避免選擇在山火易發(fā)區(qū)域，如若無法完全避開，也可以根據(jù)路徑的實際情況采取必要的防范措施，這就需要根據(jù)地區(qū)山火等級情況進行有針對性的規(guī)劃。因此，本文結(jié)合青海省植被分布情況、目前線路走廊山火隱患分布特征及有效火點密度等首度繪制了青海電網(wǎng)架空輸電線路山火分布圖，有利于今后輸電線路路徑的選擇及特殊時期運維策略的制定。

1 引發(fā)青海山火的因素

山火具有明顯的季節(jié)、時段特點，與天氣狀況、地理環(huán)境、植被和人員活動規(guī)律等有密切關(guān)系。一般認為山火引起線路跳閘的故障機理是山火高溫燃燒造成熱空氣電游離 (山火燃燒溫度可達1 000 ℃以上, 而一般氣體明顯熱游離溫度為727 ℃)〔6〕,使輸電線導(dǎo)線空氣間隙絕緣強度降低并被擊穿而引發(fā)線路跳閘〔7,8〕。此外，據(jù)國內(nèi)外多年研究的結(jié)論，影響外絕緣強度的主要氣象參數(shù)是氣壓、空氣密度和空氣濕度，這三個參數(shù)均隨海拔升高而有規(guī)律地降低〔9,10〕。青海電力所在的青藏高原，其獨特的地理自然環(huán)境對山火防治提出了更嚴苛的要求，即青海電網(wǎng)山火防治需考慮本地海拔、地形、氣候、植被分布等影響因素。

1.1 地形地貌

地形分布是決定輸電線路山火發(fā)生頻次的先決條件之一。青海地勢高聳且高差懸殊，全省平均海拔3 000米以上，最高點位于昆侖山的布喀達坂峰為海拔6 851米，最低點位于海東市民和縣馬場垣鄉(xiāng)境內(nèi)(青海省最東端)與甘肅交界處，海拔1 644米，海拔高差達5 207米〔11,12〕。全省地貌類型復(fù)雜多樣，有高聳挺拔的山脈、遼闊的高原、大小高度不等的盆地和緩起伏的丘陵以及寬展的谷地、幽深峽谷等〔13〕。丘陵谷地會因為樹木、森林雜布，輸電線路架設(shè)、人員活動均較多，是輸電線路線下山火高發(fā)區(qū)域；平原地區(qū)，可能因農(nóng)作物燒荒而引起線下山火；高山地區(qū)相對來說人員活動、輸電線路架設(shè)均較少，山火風險小。表1統(tǒng)計了青海省不同高度帶及地形比重。

表1 青海省不同高度帶及地形比重統(tǒng)計表

由上表可以發(fā)現(xiàn)，省境內(nèi)海拔3 000 m以上地域占72%，2 000 m以下地區(qū)只占0.1%。山地面積占全省總面積的一半以上，海拔3 000 m以上的山地占全省總面積的五分之二以上。

1.2 氣候分布

青海省深居內(nèi)陸，遠離海洋，雖處在暖溫帶維度，但由于受高原地形阻隔，降水稀少，形成以寒冷、干旱、多風為特點的高原大陸性氣候〔14〕?？紤]植被燃燒與溫度分布、降水分布直接相關(guān)，青海省在此兩方面的特征為：

(1)氣溫普遍較低，地區(qū)差異顯著，垂直變換明顯

全省年平均氣溫-5.6 ℃～8.9 ℃。海拔高度不同，各地氣溫差異很大，如青海東部平均海拔2 500 m以下，年均氣溫3 ℃～9 ℃，成為全省的暖區(qū)〔15,16〕。西北部柴達木盆地、共和盆地等，平均海拔3 000 m左右，年均溫2 ℃～5 ℃，成為全省的次暖區(qū)；海拔4 700 m以上的青南高原可可西里、東昆侖山地、祁連山地等，年均溫-4 ℃以下，成為全省冷區(qū)，其他區(qū)域年均溫在2 ℃左右，成為全省次冷區(qū)〔17〕。

(2)降水量少，且地域差異大，季節(jié)變化明顯

全省年平均降水量15.0 mm～750 mm，降水量總體呈現(xiàn)東多西少南多北少格局〔18〕。降水量季節(jié)變化明顯，巴顏喀拉山以北降水量集中于5～9月，以南集中于6～9月，此間降水量約占半年的一半以上；東部農(nóng)業(yè)區(qū)近40 %的降水量集中于7月、8月，11月至翌年3月的降水量僅占全年的1 %～5 %〔18〕。

1.3 植被情況

依據(jù)青海省政府信息與政務(wù)公開辦公室發(fā)布的地理和自然狀況信息顯示〔19〕：全省林地總面積1 096萬公頃，占全省國土面積的15.3 %。森林面積452萬公頃，森林覆蓋率達到6.3 %，,現(xiàn)有森林公園23處、總面積54萬公頃，其中國家級森林公園7處、面積29萬公頃，省級森林公園16處、面積25萬公頃。全省草地面積4 193.33萬公頃。國家級良種基地4個，面積0.11萬公頃。全省濕地面積814.36萬公頃，占全國濕地總面積的15.19 %，濕地面積居全國第一。有高等被子植物1.2萬種；

全省植被分布點多面廣，輸電線路山火防治不僅要考慮植被分布和類型，還需配合森林草原設(shè)防等級防范由線路故障等引起的火災(zāi)隱患。

2 青海電網(wǎng)輸電線路山火隱患

2.1 青海電網(wǎng)架空輸電線路山火隱患點分析

統(tǒng)計青海電網(wǎng)近5年內(nèi)，110 kV及以上架空輸電線路共發(fā)生山火事故7起，其中跳閘3起，引發(fā)山火的主要植被是雜草、灌木叢。故障信息見表2。

表2 青海電力系統(tǒng)110 kV及以上輸電線路走廊山火故障信息表

分析近5年山火故障跳閘事件，總結(jié)青海電力系統(tǒng)山火故障特征如下：

(1)山火跳閘一般發(fā)生在2月～4月，屬于冬季植被枯萎時節(jié)，大量的茅草、灌木等人為火源(燒荒、祭祀)著火，進而形成大范圍山火。

(2)造成線路山火跳閘的主要原因在于線路周邊居民隱患意識不到位，上墳祭祀、盲目燒荒、燃放煙花爆竹等行為是引發(fā)山火的直接原因。

(3)線路走廊下方或附近易燃植被大規(guī)模燃燒后產(chǎn)生的火焰和濃煙(含草木灰)會造成線路高低壓端空氣間隙不足，進而造成線路放電接地。

在防范輸電線路因山火而跳閘的同時，也需要重點防范因輸電線路本身缺陷或故障進而引發(fā)線下森林草原火災(zāi)，考慮森林草原性質(zhì)及防護等級，梳理得出了青海電網(wǎng)架空輸電線路穿越森林草原隱患點50處，在山火圖繪制時需特別考慮。

結(jié)合青海電力系統(tǒng)山火故障統(tǒng)計的數(shù)據(jù)及結(jié)論，為準確掌握架空線路山火防治重點區(qū)域，對距離架空輸電線路3千米范圍內(nèi)，存在零星祭祀、燒荒、燃放煙花等人為火源且附近有易燃植被覆蓋，可能因山火導(dǎo)致架空輸電線路運行故障的地點進行統(tǒng)計，最終梳理得出青海電網(wǎng)輸電線路走廊存在245個山火隱患點，其不同類型山火隱患點個數(shù)見表3,結(jié)果顯示祭祀活動產(chǎn)生的隱患比重最大，其次是燒荒。

表3 青海電力系統(tǒng)110 kV及以上輸電線路走廊山火隱患點統(tǒng)計表

2.2 山火防控重點

歸類青海電網(wǎng)山火故障和輸電線路走廊山火隱患點，可總結(jié)如下山火防控重點：

(1)冬末春初，植被枯萎堆積，少雨干燥，氣溫上升，由季節(jié)氣候變化調(diào)整防山火力度。

(2)防范人為因素引起的山火隱患，如秋末冬初，天氣干燥多風期間農(nóng)民燒荒，冬至、小年、春節(jié)、清明前后集中祭祀掃墓等。加強對統(tǒng)計線路重電區(qū)段的防山火力度，由山火隱患點調(diào)整防山火資源配置。

(3)做好人員活動密集處的防山火宣傳工作。

3 山火分布圖繪制

結(jié)合青海電網(wǎng)地域特色，根據(jù)架空輸電線路山火分布圖繪制導(dǎo)則繪制青海電網(wǎng)輸電線路山火分布圖。具體過程是將火點密度分布圖代入輸電線路GIS圖作為底圖，疊加植被燃燒危害等級分布圖后得到輸電線路山火風險等級圖，綜合山火隱患數(shù)據(jù)和輸電線路運行經(jīng)驗進行修正得到成圖，繪制程序如圖1〔20〕。

圖1 架空線路山火圖繪制程序

架空輸電線路山火分布圖是山火風險劃分的最終結(jié)果，根據(jù)繪制導(dǎo)則確定青海電網(wǎng)的火點密度分級、植被燃燒危害分級以及山火風險分級，最終成圖能清晰地展現(xiàn)青海各地區(qū)及架空線路所在位置的山火風險等級，為實現(xiàn)山火防治資源優(yōu)化配置和新建、改建架空輸電線路防山火規(guī)劃設(shè)計提供參考。

3.1 火點密度分布圖層

火點密度分布圖層原始數(shù)據(jù)為青海省近5年衛(wèi)星火點監(jiān)測數(shù)據(jù)和林業(yè)部門發(fā)布的火點數(shù)據(jù)及線路運維人員上報的山火信息，如圖2所示。通過數(shù)據(jù)篩選刪除無效熱點，如一些常規(guī)熱源(磚廠、工業(yè)煙囪)、非火源引起的異常高溫點(建筑物反射、太陽耀斑)、不會引發(fā)山火的火源(部分農(nóng)民燒荒、焚燒秸稈)等，得到全省有效火點101個，其中海東和果洛等地較為集中。

圖2 衛(wèi)星火點監(jiān)測數(shù)據(jù)+林業(yè)部門發(fā)布的林火監(jiān)測數(shù)據(jù)

將得到的有效火點數(shù)據(jù)經(jīng)火點密度計算，利用ArcGIS軟件進行克里金插值計算，得知全省火點密度分級為一級，表示無火點或火點極少，山火發(fā)生的可能性小，這與本地區(qū)地廣人稀且廣布濕地沼澤、無人區(qū)的特征相符合。

3.2 植被燃燒危害等級分布圖層

植被燃燒危害等級由各地植被類型與山火的關(guān)系確定。青海省全省分布的林地和疏林地按山系劃分時，分別屬于祁連山、西頃山、巴顏喀拉山、東昆侖山和唐古拉山5條山脈，各山系森林資源面積占全省森林資源面積比例如圖3所示，各山系植被類型及位置見表4所示〔21〕。

圖3 各山系森林資源面積占比圖

表4 各山系主要植被類型及分布位置

根據(jù)植被類型及位置與山火的關(guān)系，并考慮青海電網(wǎng)架空輸電線路穿越森林草原的50處隱患點，最終確定了青海省植被燃燒危害等級圖，如圖4所示。

圖4 青海電網(wǎng)植被燃燒危害等級圖

3.3 山火風險分布圖層

山火風險分級原則上按照“植被燃燒危害等級與火點密度等級求平均后向上取整”的方式獲得，考慮全省無人區(qū)(如可可西里等區(qū)域)、祁連山脈、昆侖山脈等地火點密度低、植被燃燒危害等級較高，依據(jù)線路運行經(jīng)驗將該類地區(qū)山火風險設(shè)為一級，但為保障輸電線路和森林資源安全，將穿越該類地區(qū)的線路周邊、鄉(xiāng)鎮(zhèn)府、公路、旅游景點、村莊、集中游牧點等區(qū)域5 km以內(nèi)地段設(shè)置為二級?？紤]水體具備天然的隔火帶作用，將非一級區(qū)域的水體邊緣劃分為一級，進行等級過渡。

最終層圖結(jié)果顯示：

(1)青海省山火風險等級最高為三級。

(2)西寧和海東火點密度較大、植被燃燒危害等級三級及以上片區(qū)較多，考慮人員活

紛繁、線路密集，將全境設(shè)為山火風險三級。

(3)對架空線路跨越五大山系森林且火點密度和植被燃燒危害等級較高或人員活動較集中的少數(shù)地段(巴顏喀拉山系班瑪東南地區(qū)、通天河中游和下游、囊謙縣東南扎曲河下游地區(qū)、祁連縣北植被燃燒等級為四級地段、阿尼瑪卿山至龍羊峽水庫河流沿線附近、同仁縣及尖扎縣周邊、天峻縣沿布哈河下游至青海南山北糜地段)山火風險設(shè)為三級，柴達木盆地腹地、可可西里等無人區(qū)和各水體山火風險設(shè)為一級。

(4)其余地區(qū)山火風險等級設(shè)為二級。

3.4 輸電線路走廊山火隱患點分布圖層

輸電線路走廊山火隱患點分布圖層是依據(jù)電網(wǎng)運行經(jīng)驗數(shù)據(jù)和山火隱患數(shù)據(jù)對線路走廊通道的火災(zāi)隱患進行分級，該圖層最終將用于對山火風險分布圖的修正。具體過程是在全省網(wǎng)架線路走廊，利用表2的山火跳閘故障數(shù)據(jù)、表3中245處具體的輸電線路走廊山火隱患點和統(tǒng)計得到的50處架空線路穿越森林草原隱患點進行分析，依據(jù)山火隱患點所在隱患直徑、森林設(shè)防等級和線路穿越的實際情況對線路走廊山火隱患進行分級。表5羅列了部分輸電線路走廊山火隱患點風險等級。

表5 青海電網(wǎng)架空線路部分山火隱患分級統(tǒng)計表

3.5 山火分布圖成圖

在山火風險分布圖的基礎(chǔ)上，經(jīng)輸電線路走廊山火隱患點分布圖的修正和相應(yīng)平滑處理。山火分布圖劃分山火風險等級由輕到重為一級、二級、三級、四級區(qū)域，最終得到的青海電網(wǎng)架空輸電線路山火分布圖，不僅體現(xiàn)了當前線路通道的山火隱患防范等級，也整體體現(xiàn)了全省的山火隱患分布，可為輸電線路防山火資源差異化配置和今后線路規(guī)劃提供參考依據(jù)，成圖如圖5所示。

圖5 青海電網(wǎng)架空輸電線路山火分布圖

3.6 山火圖的使用

(1)運維單位對參照山火分布圖，逐基排查存在山火隱患風險的線路桿塔，并按照風險等級高低逐步整改到位。

(2)運維單位可根據(jù)山火分布圖對架空輸電線路采取分區(qū)域、分時段、有重點的差異化防范措施：對本地區(qū)防山火重點區(qū)段加強巡視力度并提前制定防控措施，對山火風險三級區(qū)域以及穿越林區(qū)四級風險線路區(qū)域，按照季節(jié)調(diào)整(縮短)巡視周期。

(3)新建線路宜避開山火易發(fā)區(qū)(如成片林區(qū)、竹林區(qū)、多墳區(qū)、人口密集區(qū)及農(nóng)耕習慣性燒荒區(qū)等)，無法避讓時，宜采用高跨設(shè)計，并適當提高安全裕度；無法采用高跨設(shè)計時，重要輸電線路應(yīng)按照相關(guān)標準開展通道清理；設(shè)計階段當線路經(jīng)過線路山火風險三級區(qū)域時，應(yīng)適當提高導(dǎo)線對地距離。

4 結(jié)論

輸電線路山火跳閘通常因輸電導(dǎo)線的電氣外絕緣遭山火破壞而導(dǎo)致放電產(chǎn)生，防山火工作是一項長期、艱巨的任務(wù)，需要排查到位、全面監(jiān)控、主動防范、及時發(fā)現(xiàn)及時響應(yīng)、果斷處置，才能有效杜絕輸電線路山火跳閘。近幾年青海電網(wǎng)構(gòu)架不斷壯大，架設(shè)輸電線路覆蓋區(qū)域愈加廣闊。為應(yīng)對高海拔、獨特的高原山地氣候、紛繁對樣的地形地貌、星羅棋布的復(fù)雜植被和高頻次的人員活動(燒荒、祭祀等)，依據(jù)青海地區(qū)衛(wèi)星監(jiān)測火點數(shù)據(jù)、本地區(qū)植被數(shù)據(jù)、架空線路山火隱患和運行數(shù)據(jù)等，經(jīng)過綜合考慮滾動制定青海電網(wǎng)架空線路山火分布圖。

架空線路山火分布圖是指導(dǎo)各運維單位開展架空輸電線路山火防治工作的基礎(chǔ)，是實現(xiàn)山火防治資源優(yōu)化配置，提高青海電網(wǎng)山火防治水平的重要工具，可為新建、改建架空輸電線路防山火規(guī)劃設(shè)計的重要參考。