【文章內(nèi)容簡介】 伴隨引發(fā)其他地質災害，故關于地震的研究較多。 我國關于地震對電網(wǎng)損毀性評估的研究，主要是在 1976 年唐山大地震之后開始的：像 1981 年對 SW1 SW220 少油斷路器， FZ110 閥型避雷器， ZS220 棒式絕緣子進行的實際樣件實驗； 1982 年在全國地震工程科研協(xié)調會議上提出的包括電力系統(tǒng)在內(nèi)的工程設備抗地震設計計算方法及減震消能裝置的研究； 1991 年國家地震局批準了“電力系統(tǒng)地震災害的預測及其防災對策”課題，并于 1994 年 9 月完成最終成果報告 [7]。有學者以 20xx 年汶川地震為例，列舉地震中電力系統(tǒng)受損情況，包括：設備級、廠站級、系統(tǒng)級，設備級又細分為：變壓器、輸電線路 /塔桿、電瓷型高壓電氣設備、母線、蓄電池、電力電容器等 [4]。就總的 而言，我國對于電力系統(tǒng)的電力設備抗震研究較少，研究的基本工作主要是圍繞 110～ 220 kV 的高壓電氣設備進行的，對于一些超高壓的電氣設 備雖然進行了試驗研究和實測，但由于受到條件的限制，對于 330 kV 及其以上電壓等級的電氣設備抗震性能的研究工作開展的較少。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)設施，一些特高壓 1 000 kV 的電網(wǎng)也在開工示范中。因此，我國目前對于超高壓和特高壓電氣設施的抗震研究勢在必行。像變壓器類產(chǎn)品設計的抗震問題，國內(nèi)是近些年 來才開始研究的，這方面的技術 資料比較少，有待進步一研究和探索。對于廠站級和系統(tǒng)級，則要提高主要建筑的抗震性能。 國外研究現(xiàn)狀 關于地質災害對電力設施影響，國外的主要研究方向也是放在地震這一塊兒。 如美國在 1971 年、 1989 年以及 1994 年發(fā)生了 3 次大地震，這幾次地震嚴重破壞了美國電網(wǎng)的運行，因此，美國研究人員將研究重點放在電力設施的抗震上面。以 3 次大地震為基礎，進行多次實驗和分析，將研究成果作詳細的規(guī)劃和規(guī)定，其成果取得的一個突破就是用復合材料替代瓷質，使電力系統(tǒng)的性能得到進一步的改善。研究進行到 21 世紀初，美國對 電氣設備的抗災性能做了系統(tǒng)性的總結，而且成立了相關的委員會，此委員會是專門應對電力系統(tǒng)抗震性能的，包括抗震的安全性與可靠性。這些電氣系統(tǒng)的研究進步以改善了電氣 設備的抗震性能，并使得變電站設計中的大多數(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，一直處于世界領先地位，并且對電氣設備作了十分嚴格的規(guī)定。以大壩和儲油罐等電力設備為例來說，一定要這些設備達到在一般地震不出現(xiàn)主要功能故障，在大型地震中不會危及人的生命安全這個水平 。而對于一些發(fā)電設備如：發(fā)電廠和發(fā)電機組等，要達到在一般地震不會出現(xiàn)主要功能故障，在大地震下基電力系統(tǒng)還能正常穩(wěn) 定運行這個要求?；谶@方面的研究，日本的電力公司將成果落實運用到防災措施上面，這樣的好處是減小建筑結構因地震受到的威脅，從而保障在災害發(fā)生時，相關人員的救援指揮和調度工作能夠順利進行?？偠灾?，自從上個世紀七十年代以來，日本在電力系統(tǒng)抗震研究方面有很多驕人的成績。在地震發(fā)生后，能迅速采取相應措施進行整改，最大可能性降低電力系統(tǒng)在地震中所受的損害，大大節(jié)約了震后快速恢復工作時間。不僅如此，日本還預想 了以后的某時某地若發(fā)生特大地震，將如何評估此危險性，并在此評估方法基礎上給出相應的電氣設備的抗震補強方法 [4],[6]。 本文研究內(nèi)容 本文主要研究地質災害下電力系統(tǒng)損毀性評估方面的幾大問題：第一，分析 地質災害的成災因子以及災害如何作用于電網(wǎng)；第二，利用故障樹分析法構建故障樹分析計算電網(wǎng)損毀概率。 本文的研究是通過查閱資料，在前人的研究基礎上，考慮各種大型地質災害對電網(wǎng)的可能損毀性以及電力系統(tǒng)的風險評估與處理體系，然后構建計及地質災害的電力系統(tǒng)故障概率模型研究。此次研究地質災害下的電力系統(tǒng)損毀評估重 心放在電力系統(tǒng)網(wǎng)絡的抗災性方面，同時構建計及地質災害的電力系統(tǒng)故障概率模型研究。本文結合前人研究的成果，以及地質災害的特點，主要采用故障樹分析法，從系統(tǒng)風險的可能性與嚴重性指標的計算即是失效概率和損失的計算兩方面入手，來對地質災害下的電力系統(tǒng)損毀性評估進行研究。得到其故障概率，并提出相應的建設性意見。 本文的行文安排如下：第一章主要闡述地質災害的特點、地質災害對電網(wǎng)的影響以及關于此方面的國內(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體系；在第二章基礎上，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，提出相關的建議；第五章對前面做出總結，并對此研究作展望。 第 2 章 電網(wǎng)的地質災害損毀性研究 電網(wǎng)的脆弱性研究 電網(wǎng)易受地質災害影響，其根本原因是電力系統(tǒng)本身的脆弱性。電力系統(tǒng)脆弱性定義如下：由于人為的干預，或者內(nèi)部元件和保護控制系統(tǒng)等一系列因素的影響，電力系統(tǒng)中潛伏著可能的大面積停電的危險狀態(tài)，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，這種危險狀態(tài)就會馬上暴露出來，系統(tǒng)能不能繼續(xù)正常穩(wěn)定供電是衡量其脆弱性的重要標準。導致電力系統(tǒng)脆弱的原因有很多，如 ：長時間自然災害影響、系統(tǒng)設備元件故障、系統(tǒng)本身故障、管理信息系統(tǒng)故障、誤操作、沒有對系統(tǒng)進行充分的安全評估、電力市場間的惡性競爭、人為的蓄意破壞等。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。主要包括以下 2 個方面： ，如地震、雷雨、洪水等； ，如保護系統(tǒng)的設置參數(shù)有誤、系統(tǒng)操作員不小心導致錯誤操作以及人為的蓄意破壞等。 （ 2）內(nèi)部來源。主要包括以下 7 個方面： ，如 發(fā)電機、變壓器、輸電線路存在故障； ，就比如保護系統(tǒng)的隱性故障，并且，導致電力系統(tǒng)連鎖性故障發(fā)生大多就是由保護系統(tǒng)的隱性故障引起的； ； ，自身存在問題 ，如靜態(tài)、動態(tài)不穩(wěn)定等； ，或者使用了錯誤的信息； ，比如系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控的不充分等一些狀況； 關于電力系統(tǒng)脆弱性的評估方法，國內(nèi)外提出了很多種，但基本都是處于起步階段，沒有確 切的評估指標體系，因而未被廣泛認可和采用?？偨Y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）基于復雜網(wǎng)絡理論的評估方法。國外文獻指出，電力生命線是極為脆弱的，特別是在地震發(fā)生的情況下。經(jīng)過 FMECA 方法應用描述脆弱性評估通常是在電子環(huán)境中，其使用建議用于電力線的情況下地震。該程序給出了一系列的風險量化表，其中正確填寫給出的概率風險指標為每電網(wǎng)成為一個有用的工具，以危害預防性修復，其中主要是在發(fā)生災難時采取行動 [10]。 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)的風險評估在一定程度上可以說是等同的，強調的是損失的不確定性。在電網(wǎng)規(guī)模日益增大、復雜性與日俱增的今天，電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行是極為重要的。電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性定義是：在突發(fā)性故障引起的擾動下，系統(tǒng)保證避免發(fā)生嚴重供電中斷的能力。事故發(fā)生后，電力系統(tǒng)的行為分為穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)兩部分，因此也將系統(tǒng)安全分析分為靜態(tài)安全分析和動態(tài)安全分析兩部分。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。隨著電力系統(tǒng)的日益發(fā)展，其自身問題也日益凸顯，尤 其像電壓崩潰問題慢慢呈現(xiàn)出來，對因而也常常用靜態(tài)安全分析解決此類問題。 現(xiàn)階段常采用的兩種電力系統(tǒng)地質災害損毀性研究方法如下：（ 1）收集歷史資料，特別是因地質災害對電力系統(tǒng)造成破壞的一些相關文獻，對其進行歸納總結、分析推斷，然后得出經(jīng)驗的地質災害損毀模型；（ 2）統(tǒng)計分析現(xiàn)有的電力系統(tǒng)設施，并對其抗災等級進行詳細劃分，然后對各類設施進行抗災能力試驗并進行理論計算。但這兩種方法都有自身的局限性 [11]。 通過借鑒傳統(tǒng)的風險評估方法，我認為損毀性評估步驟可分為如下幾個： （ 1）設定可能停運元件，并 給出相關模型； （ 2）選擇電力系統(tǒng)的狀態(tài)，是正常還是停運，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。 電力系統(tǒng)損毀評估指標 常用評估可能性指標 電網(wǎng)損毀性評估指標應該與電力系統(tǒng)風險評估指標一樣，即是指災害發(fā)生之后導致電力系統(tǒng)發(fā)生各種停電事故的概率，也可叫做失效概率。參照國內(nèi)外文獻，現(xiàn)在對電力系統(tǒng)風險評估指標體系的內(nèi)容指定有很多，總 的來說包括如下幾種： （ 1）缺電概率 LOLP（ Loss of Load Probability） 在給定的時間段內(nèi)電力系統(tǒng)不能滿足負荷需求的概率； （ 2）缺電頻率 LOLF（ Loss of Load Frequency） 在給定時間段內(nèi)系統(tǒng)不能滿足負荷需求的次數(shù)； （ 3）缺電時間期望 LOLE（ Loss of Load Expectation） 在給定的時間段內(nèi) 電力系統(tǒng)不能滿足符合需求的小時或天數(shù)的期望值； （ 4）缺電持續(xù)時間 LOLD（ Loss of Load Duration） 在給定時間段內(nèi)電力系統(tǒng)不能滿足負荷需求的平均每次持續(xù)時間 [11]； 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。在此，筆者將采用故障樹分析法對可能性指標進行分析計算。 常用評估嚴重性指標 災害發(fā)生后，對電力系統(tǒng)帶來的破壞有大有小，若是強烈地震，則極有可能帶來強烈破壞。因而除了要討論災后電力系統(tǒng)的可能性以外，還需討論災害帶來的損失，因此，我們引入電力系統(tǒng)評估嚴重性指標，與風險評估嚴重性指標相同。它利用了災害發(fā) 生后各級負荷切除量、停電時間、負荷缺失的經(jīng)濟性度量指標等來評估電網(wǎng)可能發(fā)生的大面積停電的后果。參照電力行業(yè)標相關規(guī)定，電力系統(tǒng)風險嚴重性指標主要有以下三大類 [12]： （一）各級負荷切出量，主要包括： （ 1）期望缺供電量 EENS（ Expected Energy Not Supplied） 給定 一年 時間中 ， 由于發(fā)生停電故障而 沒有 送出去的電能期望值， 單位為 MWh/年。 （ 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)約束造成負荷需求電量削減的期望數(shù)； （ 3）切負荷 LS(Load Shed)電力系統(tǒng)響應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荷量； （二）各級負荷停電及恢復時間，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）負荷缺失的經(jīng)濟性度量指標，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)濟損失。停電損失包括直接停電損失和間接停電損失； （ 2）直接停電損失 DIC (Direct Interruption Cost)停電直接造成的用戶損失。例如工廠正在生產(chǎn)時停電， 會有停產(chǎn)、生產(chǎn)設備損壞危險，長時間停電造成人工浪費和原材料閑置損失、原料放置過久損壞，信息傳遞、商務活動不正常等。 （ 3）間接停電損失 IIC (Indirect Interruption Cost)停電造成的用戶間接損失。例如：供水供電系統(tǒng)中斷導致交通阻塞和生活工作秩序混亂、治安秩序破壞， 社會活動不正常進行等； 第 3 章 地質災害下電力系統(tǒng)損毀性分析計算 地質災害下，對電力系統(tǒng)進行損毀分析計算。按本文第二章提到的分析指標，可 以先對電網(wǎng)進行風險評估分析計算。 電網(wǎng)運行風險評估指標計算 評估步驟 按照以往經(jīng)驗隊未來可能發(fā)生事故預測，風險評估相較于傳統(tǒng)以 EMS 系統(tǒng)高級應用軟件為基礎，其自身具有累加全網(wǎng)各元件的風險指標的特點，這給調度員以及相關部門的全局性把握提供了極大便利。此外還建立相關信息系統(tǒng)，提供全網(wǎng)各分區(qū)的風險變化信息，有利于電網(wǎng)各級調度員監(jiān)控；將一定時段內(nèi)的風險指標統(tǒng)計歸納，在下次的檢修前將得到的信息整理運用。 按照普通情況來說，電網(wǎng)運行風險評估的實施主要通過三個步驟實現(xiàn)，即風險元件的選擇、風險狀 態(tài)的分析和風險指標的計