【正文】 水渠受損， 有待修復(fù)。 圖 汶川地震中損壞的電氣設(shè)備 單單就經(jīng)濟(jì)損失而言，汶川大地震就直接使國家損失一百多億。另外， 1 條 500KV 線路以及 3 條 220KV 的線路在余震中受損導(dǎo)致停運(yùn)。令人驚訝的是，此次震源在汶川，但受災(zāi)最嚴(yán)重的地區(qū)卻是綿陽。事件發(fā)生后，核電站停運(yùn)，東京電網(wǎng)不能完全對與其聯(lián)絡(luò)的其它電網(wǎng)地區(qū)提供足夠的支援能力，大約有 10GW 的電力缺口，大部分 居民沒能用電，在嚴(yán)寒中受凍 [6]。緊接著，一名工作人員發(fā)現(xiàn)，某機(jī)組附近的一變壓器起火，幸好災(zāi)后工作做得比較及時，工作人員立即通知當(dāng)?shù)叵啦块T， 1 個小時后消防人員趕到，用化學(xué)滅火劑撲救該起火的變壓器。 地質(zhì)災(zāi)害對電力設(shè)施影響的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 關(guān)于整個國內(nèi)電網(wǎng)防范地質(zhì)災(zāi)害影響的研究，并沒有太多相關(guān)文獻(xiàn)。 而地震作為所有地質(zhì)災(zāi)害之首，且每次伴隨引發(fā)其他地質(zhì)災(zāi)害，故關(guān)于地震的研究較多。隨著近年來我國電網(wǎng)的迅猛發(fā)展 ,超高壓 500 kV 已經(jīng)成為我國的主干性電網(wǎng)設(shè)施，一些特高壓 1 000 kV 的電網(wǎng)也在開工示范中。 國外研究現(xiàn)狀 關(guān)于地質(zhì)災(zāi)害對電力設(shè)施影響，國外的主要研究方向也是放在地震這一塊兒。這些電氣系統(tǒng)的研究進(jìn)步以改善了電氣 設(shè)備的抗震性能，并使得變電站設(shè)計中的大多數(shù)具體問題迎刃而解，這樣使整個電力系統(tǒng)的安全性與可靠性大大提高，保證電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行；因為日本是地震多發(fā)國家，故日本對此研究方面則更加深入，一直處于世界領(lǐng)先地位，并且對電氣設(shè)備作了十分嚴(yán)格的規(guī)定?？偠灾詮纳蟼€世紀(jì)七十年代以來，日本在電力系統(tǒng)抗震研究方面有很多驕人的成績。 本文的研究是通過查閱資料，在前人的研究基礎(chǔ)上，考慮各種大型地質(zhì)災(zāi)害對電網(wǎng)的可能損毀性以及電力系統(tǒng)的風(fēng)險評估與處理體系，然后構(gòu)建計及地質(zhì)災(zāi)害的電力系統(tǒng)故障概率模型研究。 本文的行文安排如下：第一章主要闡述地質(zhì)災(zāi)害的特點、地質(zhì)災(zāi)害對電網(wǎng)的影響以及關(guān)于此方面的國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀；第二章主要研究電網(wǎng)的脆弱性、電力系統(tǒng)損毀評估思想以及指標(biāo)體系；在第二章基礎(chǔ)上，第三章用故障樹分析法模擬計 算電力系統(tǒng)失效概率；第四章則根據(jù)前面的研究內(nèi)容，提出相關(guān)的建議；第五章對前面做出總結(jié)，并對此研究作展望。電力系統(tǒng)的脆弱性來分為外部來源和內(nèi)部來源兩類 [8],[9]： （ 1）外部來源?？偨Y(jié)而言，評估方法目前方法有 4 種：（ 1）基于概率論的評估方法；（ 2）基于暫態(tài)穩(wěn)定分析的評估方法；（ 3）基于系統(tǒng)脆弱性理論的評估方法；（ 4）基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的評估方法。 電力系統(tǒng)損毀評估思想 電力系統(tǒng)損毀性評估與電力系統(tǒng)的風(fēng)險評估在一定程度上可以說是等同的，強(qiáng)調(diào)的是損失的不確定性。就傳統(tǒng)的靜態(tài)安全分析而言，其包括兩個部分：系統(tǒng)過載分析和電壓越限分析。 通過借鑒傳統(tǒng)的風(fēng)險評估方法，我認(rèn)為損毀性評估步驟可分為如下幾個： （ 1）設(shè)定可能停運(yùn)元件，并 給出相關(guān)模型； （ 2）選擇電力系統(tǒng)的狀態(tài)，是正常還是停運(yùn)，然后確定其出現(xiàn)的頻率； （ 3）若發(fā)生事故，計算事故產(chǎn)生的后果； （ 4）估算系統(tǒng)損毀程度； （ 5）評估損毀的可接受程度； （ 6）采取措施減少系統(tǒng)損毀。 常用評估嚴(yán)重性指標(biāo) 災(zāi)害發(fā)生后，對電力系統(tǒng)帶來的破壞有大有小，若是強(qiáng)烈地震，則極有可能帶來強(qiáng)烈破壞。 （ 2）期望缺 供電力 EDNS（ Expected Demand Not Supplied） 系統(tǒng)在給定時間段內(nèi)因發(fā)電容量短缺或電網(wǎng)約束造成負(fù)荷需求電量削減的期望數(shù)； （ 3）切負(fù)荷 LS(Load Shed)電力系統(tǒng)響應(yīng)非正常工況為保持系統(tǒng)非故障部分的整體性而人為安排切除的負(fù)荷量； （二）各級負(fù)荷停電及恢復(fù)時間，主要包括： （ 1 ） 等 效 平均 停 電 持 續(xù)時 間 EMID (Equivalent Mean Interruption Duration)電力系統(tǒng)缺供電量與年平均負(fù)荷之商； （ 2）等效峰荷累計停電持續(xù)時間 AEPI (Aggregate Equivalent Peak Interruption)給定時間段內(nèi)等效峰荷停電持續(xù)時間之和； （三）負(fù)荷缺失的經(jīng)濟(jì)性度量指標(biāo)，主要包括： （ 1）停電損失 CI (Cost of Interruption)缺電或停電造成的社會經(jīng)濟(jì)損失。例如：供水供電系統(tǒng)中斷導(dǎo)致交通阻塞和生活工作秩序混亂、治安秩序破壞， 社會活動不正常進(jìn)行等； 第 3 章 地質(zhì)災(zāi)害下電力系統(tǒng)損毀性分析計算 地質(zhì)災(zāi)害下，對電力系統(tǒng)進(jìn)行損毀分析計算。 按照普通情況來說，電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險評估的實施主要通過三個步驟實現(xiàn)，即風(fēng)險元件的選擇、風(fēng)險狀 態(tài)的分析和風(fēng)險指標(biāo)的計算 [13]： （ 1）風(fēng)險元件選擇 電力系統(tǒng)中元器件很多，而任一電氣元件都有可能因故障等各種原因退出運(yùn)行。這可根據(jù)自身需要選取制定原則，如針對 110KV 開環(huán)輻射運(yùn)行的情況，風(fēng)險元件的選擇原則如下： ； 開通或者斷開； ～ 220kV 變電站中的某個主變電器發(fā)生故障停運(yùn)； 母線故障； （ 2）風(fēng)險狀態(tài)分析 當(dāng)上述任一條發(fā)生時，就形成一個風(fēng)險狀態(tài)。 ku 為風(fēng)險元件 k 的停運(yùn)概率以及可靠性參數(shù)，根據(jù)設(shè)定好 的風(fēng)險元件取值軟件將提供停運(yùn)率典型值，此值也可參考近年統(tǒng)計出來的元件停運(yùn)時間來獲取，即PRDMTTRuk ? 其中， MTTR是在整個漫長的統(tǒng)計時段內(nèi)元件的累計停運(yùn)時間，單位為小時。這項指標(biāo)包括兩個層面內(nèi)容即全網(wǎng)和 平均。此值是對因故元件退出運(yùn)行情況下，沒有達(dá)到用戶負(fù)荷需求的一個量度，此量度是從電量的角度出發(fā)研究的。定義為系統(tǒng)中由于輸電線路或者變壓器發(fā)生故障并不幸停運(yùn)時，整個電力系統(tǒng)系統(tǒng)缺電的概率：iNi iS FPLOLP ??? 1 （ ） 其中 iF 為第 i 個故障的停電標(biāo)志， 1 表示的是停電， 0 則相反； N 是總的故障數(shù)目。 全網(wǎng)停電功率期望值 ： ???NiSISN EPNSEPNS1 （ ） 平均停電功率期望值： ???Ni iS EPNSEPNS 1 （ ） 電網(wǎng)損毀運(yùn)算實例 在評估電網(wǎng)損毀中，常用的估算法有：故障樹分析法、蒙特卡羅算法、狀態(tài)枚舉法等幾種。根據(jù)不同的分析范圍，故障樹 可以做定性分析， 也可以做定量分析。 如上所提，故障樹分析法的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，一目了然。 這里的中間事件為：廠站級受損 C配電級受損 C設(shè)備級受損 C3（設(shè)備級受損包括：變壓器受損 B輸電 桿塔及線路受損 B電磁型高壓電氣設(shè)備受損 B電力電容器受損 B4）； （ 3）步驟三： 從上述的直接因素入手深入分析，找出導(dǎo)致事故發(fā)生的基本原因，即故障樹的底事件或者說最小不可分割事件為止。而實際系統(tǒng)的 ??TP 小于上界值，當(dāng)元件故障率較小時，上界值與準(zhǔn)確值相差甚小，故我們可以采用上界值計算，即 ? ? ? ? ? ?????ni iCPTPTP 1s u p （ ） （ 2）電網(wǎng)失效的綜合評定 根據(jù) FTA 計算法，采用上行法或下行法，知道電網(wǎng)失效故障樹的最小割集為 ? ?54321 AAAAAC ，? ，共 5 個，均為一階最小割集，可代入式（ ）計算。在此，我們假定事故發(fā)生的概率進(jìn)行計算。因而實現(xiàn)該防治工作的制度化與規(guī)范化是當(dāng)前的迫切要求。 （ 3）加強(qiáng)對地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測與預(yù)報，減少人員財產(chǎn)損失。 隨著我國社會經(jīng)濟(jì)日益繁榮發(fā)展，資源開發(fā)和工程建設(shè)等人類活動給本就十分脆弱的地質(zhì)環(huán)境帶來更大的壓力。因為如果資金的不到落實，紡織工程就不能得到及時有效的開展，地質(zhì)災(zāi)害的防治就會出現(xiàn)被動局面。 （ 3）工程抗震對策：提出的一些結(jié)構(gòu)性抗震措施，是為了提高建筑物的抗震能力，從而減少生命財產(chǎn)損失。 （ 5）救災(zāi)對策：大型災(zāi)害發(fā)生以后，迅速實施控災(zāi)救災(zāi)的緊急措施，并且要預(yù)防災(zāi)害蔓延，希望最大限度地減少人員傷亡以及社會財產(chǎn)損失。 （ 7）平息恐慌對策：在沒有半點地震發(fā)生跡象情況下，蓄意性謠傳地震或者地震誤傳引起社會恐慌時，相關(guān)部門應(yīng)采取緊急措施平息。應(yīng)當(dāng)予以重視的是，系統(tǒng)老化經(jīng)常是故障發(fā)生的主要原因，因而要注意定期檢修維護(hù)設(shè)備與案件，這樣才能保證系統(tǒng)穩(wěn)定安全運(yùn)行。 （ 3）加強(qiáng)管理，采用統(tǒng)一分層管理，促進(jìn)信息協(xié)調(diào)。因而我們要做好積極防御工作，建立健全緊急防御體系以及完善電網(wǎng)安全運(yùn)行的第三道防線，并且制定互聯(lián)電網(wǎng)的黑啟動方案，防患于未然（黑啟動方案：指整個系統(tǒng)因故停運(yùn)之后，在沒有其他互聯(lián)電網(wǎng)幫助的情況下，通過系統(tǒng)中具有的自動啟動能力的機(jī)組帶動沒有自動啟動能力的機(jī)組運(yùn)行，然后擴(kuò)大系統(tǒng)正常運(yùn)行的范圍，最終實現(xiàn)整個系統(tǒng)恢復(fù)）。所有的裝置都是預(yù)先輸入的程序，發(fā)生故障時進(jìn)行邏輯判斷，然后做出相應(yīng)操作，毫無疑問，此類裝置不能靈活處理問題。我們可以向日本學(xué)習(xí)，根據(jù)我國自身情況，采納一些防護(hù)措施 [17]： （ 1）針對發(fā)電廠、輸電線路、變電站等重要 設(shè)備。因此，我們培養(yǎng)一批訓(xùn)練有素、能應(yīng)對緊急情況的搶修人員。 電力系統(tǒng)防止災(zāi)害決策流程 圖 電力系統(tǒng)防止地質(zhì)災(zāi)害流程圖 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生 分析地質(zhì)災(zāi)害類型 電力系統(tǒng)損毀評估 優(yōu)先考慮人員傷亡和設(shè)備損失 災(zāi)后工作 針對災(zāi)害類型制定救災(zāi)方案 應(yīng)急措施 損失評估 總結(jié)此次災(zāi)害，更新災(zāi)害預(yù)警方案 制定恢 復(fù)重建工作方案 可減緩性評估 地震 可恢復(fù)性評估 可挽救性評估 其他 泥石流 滑坡 崩塌 流程圖分析：地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時，首先要分析地質(zhì)災(zāi)害的類型，即是地震、崩塌、滑坡、泥石流還是其他哪一種災(zāi)害。再根據(jù)這兩方面的工作結(jié)論，總結(jié)此次災(zāi)害，更新災(zāi)害預(yù)警方案，防范好下次地質(zhì)災(zāi)害。隨著電壓等級的升高、設(shè)備容量的增大 ， 社會對電力供應(yīng)可靠性的要求越來越高 ， 保證電力系統(tǒng) 安全穩(wěn)定運(yùn)行已經(jīng)成為了必然要求。本文對地質(zhì)災(zāi)害下的電力系統(tǒng)損毀評估作了論述，在復(fù)雜的電力系統(tǒng)風(fēng)險評估中，一套客觀、實用、有效的評估指標(biāo)體系非常關(guān)鍵。而常用的電網(wǎng)損毀性評估算法有：故障樹分析法、蒙特卡羅算法、馬爾科夫狀態(tài)方程和狀態(tài)枚舉法等。這就一方面需要科學(xué)地協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)性和可靠性的關(guān)系，這對仍在快速發(fā)展的我國城市配電網(wǎng)來說，具有非常重要的現(xiàn)實意義。而由于自身的知識水平有限， 往后還要進(jìn)一步學(xué)習(xí)探究，像本文提出的地質(zhì)災(zāi)害下電力系統(tǒng)損毀性評估的可能性指標(biāo)及嚴(yán)重性指標(biāo)進(jìn)行的模擬計算，以驗證本文提出的指標(biāo)的正確性與合理性都是可以大大改進(jìn)的?？茖W(xué)出版社 ,20xx:101. [12]周家啟 ,蔣錦峰 ,孫渝江等 .電力可靠性基本名詞術(shù)語 [M].北京 :中國電力出版社 ,20xx:39. [13]陳方人 .電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險評估步驟與指標(biāo)計算 [J].科技資訊 ,20xx,11:179. [14]張?zhí)@薔 .故障樹分析在電力系統(tǒng)可靠性研究中的應(yīng)用 [J].華東電力 ,20xx,02:1417. [15]楊國旺 ,王均華 ,楊淑英 .故障樹分析法在大型電力變壓器故障研究中的應(yīng)用 [J].電網(wǎng)技術(shù) ,20xx,S2:367371. [16]魯斯伊 .現(xiàn)代電力系統(tǒng)防災(zāi)措施的構(gòu)想 [J].四川水力發(fā)電 ,20xx,05:171174. [17]薛禹勝 ,肖世杰 .綜合防御高風(fēng)險的小概率事件 :對日本相繼天災(zāi)引發(fā)大停電 及核泄漏事件的思考 [J]. 電力系統(tǒng)自動化 ,20xx,08:111. [18]拉桑德 .風(fēng)險評估理論方法與運(yùn)用 [M].劉一騮 .北京 :清華大學(xué)出版社 .20xx:61. [19]Umair Cheema. Expert Systems for Earthquake Damage Assessment .National University of Computer and Emerging Sciences, Islamabad, Pakistan . IEEE. 20xx:116118. [20]賀海磊 ,郭劍波 ,謝強(qiáng) .電氣設(shè)備的地震災(zāi)害易損性分析 [J].電網(wǎng)技術(shù) ,20xx,04:2528.