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面对冰雪灾害 电网多了一份从容

时间:[2018-02-07 ] 信息来源:国家电网公司
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  一场又一场强降雪,拉开了中国2018年的帷幕。

  1月以来,全国大部分地区持续降温。24日,一场今冬范围最广、持续时间最长、影响最为严重的低温雨雪冰冻天气席卷全国,华东、华中、西北和西南部分地区出现暴雪和冻雨天气。伴随着持续低温,部分输电线路覆冰厚度也在不断增长,电网安全运行和可靠供电受到威胁。当天,国家电网公司发布暴雪黄色预警和寒潮蓝色预警,迅速部署电网防冰抢险工作。

  人们不由想起了2008年那场冰冻灾害。铁塔倒塌、城区大面积停电、奔波在春运途中的旅客滞留车站……十年前的情景,让许多人依然心有余悸。

  十年后,冰雪再次考问电网,但这一幕并未重演。

  2月1日23时,随着湖南边远山区零星电力客户抢修任务的顺利完成,国家电网公司经营区域内因灾停电客户全部恢复供电。各地高铁、机场、重要通信基站及“煤改电”用户均供电正常。

  《国家电网报》记者日夜兼程分赴各地,在一个个令人动容的抗冰保电现场,见证国家电网以更坚强的网架,显著提升的覆冰预测、监控、防治技术水平,以及不断增强的应急管理能力,回答着来自冰雪的考问。

  “此次冰雪来袭之时电网表现非常坚强。”——国网经研院设计咨询中心送电处李显鑫

  1月27日,国网经济技术研究院有限公司设计咨询中心送电处副处长李显鑫,准备出发前往此次受灾最严重的湖北省,为当地由于舞动造成的线路损坏修复提供技术咨询服务。

  他第一时间定了飞往武汉的飞机,计划从武汉坐高铁前往荆州再乘汽车到事故点。飞机起飞后由于冰雪天气只能迫降济南,从济南飞往武汉的航班又被迫取消。到达荆州后,李显鑫登上了抢险救灾指挥部的抢险车,最终到达了当阳市。

  虽然冰天雪地让李显鑫深感寒冷的威力,但电网的表现却让他这个参与标准制定的技术专家倍感欣慰:“十年来通过不断提高设计标准等一系列措施的实施,此次冰雪来袭之时电网表现非常坚强。”

  2008年,我国南方地区遭遇冰冻灾害后,国家电网公司开始重新审视电网工程设计标准和规划调整,保证极端天气下骨干电网稳定运行。其中非常重要的一个方面就是在重点覆冰地区,从电网规划、设计、建设阶段就引入抗冰理念。

  十年前,杨风利还是一名刚走出校门不久的博士生。2008年冰灾后,杨风利先后负责了3项输电线路覆冰荷载及杆塔结构相关的公司科技项目,包括不均匀覆冰不平衡张力、脱冰跳跃荷载、覆冰断线荷载和舞动荷载研究等。十年过去了,杨风利已是中国电科院输变电工程研究所杆塔结构室副主任,那些研究成果也已经在覆冰区输电线路设计、改造等工程实践中得到应用。

  “在气象条件方面,将500千伏输电线、110~330千伏输电线路覆冰厚度重现期分别由30年提至50年、15年提至30年;同时增加了10~20毫米中冰区的设计条件、设计原则和措施;并对覆冰区地线设计冰厚比导线冰厚多了5毫米。”参与2008年冰灾灾后防冰减灾关键技术研究的杨风利告诉记者,在主干网的设计方面,有效提高了遭遇冰灾等严重的自然灾害时电网核心骨干网架的安全可靠性。在覆冰荷载方面,有效提高了杆塔抵抗纵向不平衡张力的承载能力。在舞动区杆塔结构设计方面,3级舞动区增加了杆塔舞动校验工况,500千伏及以上线路重要交叉跨越耐张塔宜选用钢管杆塔。

  根据公司提出的电网差异化规范设计指导意见和输电线路的设计规程,经过缩短耐张段长度、重塔插建、微地形地段提高设计标准等一系列抗冰技术改造,2008年冰灾最严重的湖南省主电网抗冰能力足以抵御那场罕见的冰灾。而随后几年湖南主网多次出现严重覆冰,完成改造的线路也经受住了考验。

  随后,公司还根据以往经验全面盘点已形成覆冰灾害的地区。2013年,公司分别按照30年一遇、50年一遇和100年一遇的级别,统一发布电网冰区分布图、电网舞动区域分布图,明确了冰害高风险区段,指导各地开展输变电设备抗冰设计改造。

  很多易覆冰地区往往是崇山峻岭,十里不同天的情况十分明显。公司针对输电线路冰害故障类型,确定输电线路抗冰的规划、设计、改造差异化原则,对重点线路开展了抗冰加强、防冰闪及防舞动专项改造。

  “在设计规范方面,公司将500千伏线路抗灾能力的标准从之前的30年一遇提升至50年一遇,220千伏和110千伏线路从15年一遇提升到了30年一遇。而特高压线路则一直按照100年一遇的抗灾高标准建设。”李显鑫说,标准的提升取得了非常好的效果。此次荆州、荆门地区的受损线路都是上世纪八九十年代建设的,抗冰抗舞动能力不强,加上线路本身也到了改造年份,所以此次强降雪过程中,这类线路受损最严重。

  “对比之下,±800千伏锦苏、复奉两条线路2012年建成投产,执行了2008年冰灾后公司新的设计规范及2012年输电线路防舞动设计技术规范,在路径选择(尽可能避开易舞地段)、缩减设计档距、适当加强铁塔结构强度、加强金具绝缘子串强度、采用防舞动措施、使用防松螺栓等方面都有所体现。本次舞动灾害没有对这两条线路造成破坏。”李显鑫表示。

  差异化的电网规划设计显著提升了电网铁塔的抗冰能力。2008年以来,公司供电区域内未因雨雪冰冻灾害发生大面积停电事故。事实上,十年来雨雪冰冻天气次数并没有减少,反而加剧。这种情况下,电网一次次安然通过雨雪冰冻考验,很重要的原因就是电网抗冰工程设计标准的提高和完善。

  “我们的抗冰、抗舞动能力已经走在世界前列。随着对雨雪冰冻天气气象认知的不断进步,气象灾害的触发条件、区域等都将随着预测能力和预测手段的提升而越来越精准。”李显鑫告诉记者,“今年的这次冰灾,能让我们对雨雪冰冻天气里线路舞动造成故障有了更加精准的判断。我们的电网将越来越坚强。”

  “随着在线监测数据不断积累,我们面对冰雪做判断也越来越有把握了。”——江西电科院设备状态评价中心评价室李阳林

  寂静的空谷不时传来或近或远的毛竹炸裂声,声声“爆竹”对江西省抚州山区而言,并不好听——连日降雪降温,让抚州市资溪县石峡乡所在的大山,遍山毛竹“俯首”于罕见的冰雪天气。

  “所幸,这次都是‘轻伤’。不像十年前,抢修起来心里有点没底。”精瘦的江西资溪县供电有限责任分公司供电所抢修班班长徐志荣,在云溪村一片冻住的马蹄田附近的断线处,放下工具包,一边紧了紧安全绳一边告诉记者。

  1月31日,徐志荣一行五人身挎鼓鼓囊囊的工具包、麻绳木板的登杆梯、长柄砍青刀的,抬着一捆近40米的线材,从早晨八点开始,攀爬了两个多小时的山路。

  队员们从云溪村高木清等老乡家借来了三把梯子,捆绑为一,顶在了断线电线杆上。徐志荣扶着“拼装梯”爬上电杆,开始作业了。

  “好在现在电网坚强了,要不然故障不知道有多少。”午饭间歇,暂得休憩的徐志荣没离开电线杆,边啃面包边告诉记者,近年来的农网改造升级,使山区电网的线路档间距缩短,有效减少了冰雪天气断线。他又指了指地上人工搬运来的黑色补充线材说,“线材也从以前俗称裸导线的钢芯铝绞线变为了绝缘线。十年前,倒塌的竹子容易让线路接地,今年这种接地故障很少了。”

  伴随着零星雪花,下午5点半左右,徐志荣开始了收尾工作。他将几枚楔形耐胀钉敲入断线处,每敲一次,就有绝缘子或线材上的覆冰被震落。“这也是十年来的变化之一,别看钉子是个小零件,但在这种天气可帮大忙了。以前是螺丝,能不能拧得动都是问题。现在只需用力砸进去就行。”徐志荣很开心,笑着对记者喊道,“这个村的所有故障都排除了,今晚就可以送电了。”

  待队员们还梯子时,村中人都聚拢在高木清家门堂,人手一个火炉。见到队员们回来,有人快步靠拢上去打听消息,听闻“修好了”,气氛一下子热闹起来,“好快啊”“这下子有电喽”“喝点热水吧”……

  “今年受损的基本都是末梢电网。”记者跟随徐志荣徒步下山时,天色已暗,山中寒意又浓了几分。“只要有客户,无论人多人少,他们在我们这儿的分量一样重。虽然很着急,但比十年前,我确实‘从容’多了。”徐志荣告诉记者,更坚强的电网为一线员工顶住了大部分压力。

  在江西电力科学研究院的输变电设备状态监测中心,记者见到了徐志荣从容的底气——预警子站与在线监测系统。巨幅显示屏上的在线监测系统页面上,江西大部分线路、杆塔的覆冰监测、图像监测、微气象监测一览无余。

  江西电科院设备状态评价中心评价室主管李阳林介绍,十年前那场抗冰战役中,前去现场采集样本的他被导地线上碗口粗的冰坨震惊了,“想不到江西还能有这样的极端天气。”震惊之余,他发现同一座山不同朝向的导地线、铁塔,会受到不同的气候影响,一边冰消雪融,一边风雪飘摇。“这就是微气象,监测好微气象才能更好地积累数据,为当前、以后的工作发挥作用。”

  李阳林所在的团队快马加鞭,在2010年成功将微气象监测运用到在线监测中。从2013年起,为更好地应对新一轮冰灾,江西电科院又先后建立了3座观冰站。“里面有各式设备,在站内,设备抵御恶劣气候的抵抗力也会增强。”李阳林告诉记者,“十年来的努力没有白做。在今年的冰雪中,特高压直流输电线路±800千伏宾金线覆冰远远低于设计值,这与十年来的在线监测中的数据积累有很大关系。随着在线数据不断积累,我们面对冰雪做判断也越来越有把握了。”

  此外,基于实时监测,相关导地线的覆冰是否超过临界点、是否达到最佳除冰节点也一览无余。李阳林说:“有了在线监测,可弥补肉眼监测的不精准,避免不必要的除冰作业。”

  面对2018年的冰雪,李阳林很淡定:“冰雪十年后再次登门造访,我少了几分慌张无措,从容来自我们的努力。”

  “这次我以为又要停电,没想到根本没停。”——湖北通山县郑家井村村民刘孝付

  1月30日下午,湖北通山县郑家井村,一辆满载物资的卡车缓慢驶入500千伏宜兴I、II回输变电线路工程抢修现场。“140号、141号、142号、143号铁塔相应物资已到货,明天准备安装。”临时抢修工程项目部,湖北电力检修公司副总工程师李晓峰在安排工作。这是他守在郑家井村的第6天。

  从1月23日开始,李晓峰的心一直提着:“手机上出现湖北将迎来连日雨雪恶劣天气预警的短信,我想这次要加大特巡力度。”前一天刚和家人庆祝完43岁生日的他,连夜赶回单位。本以为两三天就回去,没想到这一走,可能春节也在线路上过了。“就怕大雪封路,到时候运送抢险人员和工具会十分困难。”李晓峰抢在高速未封路之前赶赴覆冰区,在冰区蹲起了点,监视观察铁塔绝缘子和导线覆冰状况。

  24日起,湖北宜昌、荆门、荆州等地发生大到暴雪,宜兴I、II回、宜华等线路先后发生故障。李晓峰和同事的特巡随即升级为抗冰抢险工作。

  李晓峰说:“我们不盼着这一天的到来,但这一天来的时候,我们也不怕。”这样的底气,源于十年来李晓峰的成长,更源于十年来电网应急管理能力提升给予他的信心。

  2008年,李晓峰赴湖南郴州参加抗冰抢险,一去就是4个月。用他的话说,是穿着袄子去、穿着短袖回的。虽然过去了十年,但那场冰灾让他心有余悸。“铁塔倒了,四回导线被冰愣是严严实实裹成了一个。兄弟们用橡木槌一点点敲冰,踩着彼此肩膀一点点上塔。山脚下。一座简陋的房屋,就是我们的家,晚上睡觉,就在厚厚的稻草上铺层被子。”

  52岁的村民刘孝付住在500千伏宜兴I、II回线路附近,他告诉记者,“十年前那场冰灾,我住在电网受损严重的湖北通山县,停电好几天。现在大家比2008年的时候更离不开电,没有电,心里都很着急。这次我以为又要停电,没想到根本没停。我的远房亲戚那边停电了,但几个小时就来电了。”

  “不停电或少停电”并非个例,它是应急管理成效的缩影。

  华中电网的中心、全国联网的腹地、三峡电力外送的起点……湖北有着如此多与外省的电网联络线,具有牵一发而动全身的地位。

  冰灾检验着电网防灾抗灾的质量。

  李晓峰回忆:“2008年冰灾压垮线路和铁塔,除了停电,没别的办法。当时我们真的有心无力。今年情况大不相同,现在的湖北电网是一个与1000千伏特高压电网相衔接、以500千伏电网为骨干、220千伏电网为主体、110千伏及以下电网覆盖全省城乡的坚强电网,双回路或多回路环形电网让我们有了很大调整余地,保证了客户可靠用电。”

  相关部门间的密切联动是又一道防线。在李晓峰的手机中,记者看到了4个抢修微信群,其中最大的一个群包含了政府、交通、物资、施工、监理等部门,群内成员160个。“10年前,仅是物资供应就要等上10天半个月,所以施工建设用了4个月。这次部门之间快速响应,现场应急电力物资有从武汉来的,也有青岛来的,明天将全部到货。”说话间,微信群传来一个个捷报,220千伏及以下因灾受损的电力设施及停电客户全部恢复,停电客户恢复率100%。

  灾情刚有苗头,应急预案果断启动,公司上下逐级成立指挥机构,健全组织体系,领导靠前指挥,建立前后方协同作战的工作机制,统筹协调各方力量,广泛组织动员,协调跨区支援,印发《关于在抗灾保电工作中充分发挥共产党员服务队作用的通知》,具备了强有力的组织协调机制和抢险队伍。

  最严重的灾情在哪里,抗冰抢险指挥部就到哪里。指挥部虽是一个非常设机构,但它在这次灾害中发挥了巨大作用,可在全省调动人、财、物资。经过一次次修改和会商,雨雪冰冻极端恶劣天气输电线路应急处置及抢险工程方案完成,在这份文件中,记者看到,需要的设备、负责人、任务完成时间、后勤保障、工作要求应有尽有,抢险方案极为细致。

  “十年前的冰灾,我作为施工人员,就是撸起袖子干,没有过多的指令和指导,管理比较宽、广、粗。今天这次抢修,我明显感到大家紧密团结在一起,构建了多方联动的应急抢险体系,工作紧张有序,管理全、精、细。可以说,现在电网的应急处理能力更加科学、及时、准确。”满眼血丝的李晓峰看上去很憔悴,话里却带着兴奋。

  “这次抗冰过程中,移动式直流融冰装置发挥了巨大作用。”——电网输变电设备防灾减灾国家重点实验室副主任方针

  1月28日下午,湖南的气温达到零下2摄氏度,连日的冰雪天气让500千伏船苏I线的覆冰厚度已经达到1.12厘米,倒塔断线的风险陡然增加。为保障线路安全稳定运行,电网输变电设备防灾减灾国家重点实验室副主任方针迅速带领实验室融冰小组奔赴现场,利用500千伏船山变电站SVG型融冰装置对船苏线实施直流融冰。

  临近傍晚,气温不断下降,融冰任务分秒必争。技术人员双眼紧盯直流融冰装置上显示的电流,不断用红外成像仪测量变压器、整流器等部件及融冰线路温度,检查数据是否满足线路融冰要求。

  17时48分,SVG直流融冰装置开始通流融冰;19时04分,AC相融冰结束;19时38分,再次合闸对BC相串联融冰;20时45分,BC相融冰结束,线路覆冰全部脱落……

  “这是船山变SVG型直流融冰装置建成后首次实施直流融冰。说实话,我特别紧张。”融冰小组的朱思国说,“任务圆满完成后我大大松了一口气,自己为抗冰保电贡献了一点力量。”

  “这次抗冰过程中,移动式直流融冰装置发挥了巨大作用。它能把变电站电源转化为直流电源,再把直流电源送去待融冰的线路,通过导线产热,逐一融化线路覆冰。”方针告诉记者。移动式直流融冰装置是国家科技进步一等奖、中国专利金奖的获得者。这两天,在湖南、湖北、重庆、安徽、浙江、江西等地,都可以发现这位“抗冰战士”的身影。

  “我全程参与了2008年的电网冰冻灾害抢险工作。那时电网防灾减灾手段单一,运用最多的是交流融冰方式。这种古老的融冰方式要解决大容量融冰电源获取问题,还要考虑线路阻抗、网架结构等因素的影响,应用范围受到较大限制。”十年前那场惊心动魄的电网抗冰抢险战役,让方针记忆尤新,“有时为了融冰,整个变电站都得停电,将所有负荷转移到融冰需求上去,无疑是给电网安全稳定运行埋下了巨大隐患。”

  为了降服冰灾这一威胁电网安全运行的天敌,十年来,方针所在的实验室研制出了固定式、移动式、便携式3个系列9种型号的高效直流融冰装备,容量从十几千瓦至几十万千瓦,满足应对不同程度电网冰灾快速、高效除冰要求。

  与传统的交流融冰相比,直流融冰不需要进行负荷转移,能量需求也只有原来的五分之一到十分之一。“直流融冰装置按照两小时完成一条线路融冰的节奏来设置参数,90分钟能实现上百千米线路快速融冰。而交流融冰在极端情况下一天都融不了一条线路。要知道,线路覆冰速度很快,一个小时就能增厚一毫米。”方针说,2008年冰冻灾害发生前,输电线路直流融冰技术仅在加拿大的Levis变电站得到工程应用。如今,他们自主研发的直流融冰装置已成功实施了数百次现场融冰,融冰成功率达100%,有效应对2008年之后多次不同程度的冰灾。

  除了直流融冰装置,从高压到低压、从交流到直流、从固定式到移动式、从导线到地线、从主网到农配网的全方位融冰体系,极大提高了防冰融冰应急处置的效果和效率。实验室成功研制的大盘径、长间距防雷防冰闪复合绝缘子,还攻克了电网防冰闪停电关键技术。

  截至1月30日中午,实验室今年累计指导或实施直流融冰线路33条,其中湖南省内23条、外省10条。覆冰期间,向湖南省内派出应急队伍23支,另有4支队伍分赴浙江、安徽、重庆、江西等地。实验室工作人员实行24小时预警值班和应急指挥,将本次冰冻灾害对电网安全稳定运行的影响降到最小。

  “掉落的冰块砸在地面上砰砰作响,最厚的已经达到了10厘米,远远超过了线路设计覆冰厚度。每次融冰后,我们都长舒一口气,不用担心输电线路倒塔断线了。”这是属于实验室章国勇的成就感。

  “对电网人来说,输电线路覆冰监测系统相当于一双全天候的‘千里眼’,哪里可能覆冰、覆冰多厚,我们都可以提前掌握,打有准备的仗”。实验室的郭俊对记者说。

  公司以领先的技术为中国电网安全提供保障。“2011年起,我们的输电线路覆冰监测系统开始为贵州、云南、广西和广东北部地区提供电网覆冰预警监测服务。”采访中,方针告诉记者,通过现场勘查不断修正数据信息,他们将预测误差归纳总结为5种微地形、微气象模式,在计算机上建模,让系统具备自学习功能,有效提升系统预测精准度。经过不断的修正,现在系统精准度已经足够应付大部分的防灾减灾需求。

  2011年以来,实验室已向云南、贵州、广西和广东等省份提供长期预报4次、中短期预报48次。今年覆冰期间,累计发出中短期预报8次,成功指导云南、贵州和两广地区的防冻融冰工作。(国网湖南省电力有限公司、国家电网报)