配電網(wǎng)洪澇地質(zhì)災(zāi)害的災(zāi)損特點(diǎn)及防災(zāi)技術(shù)研究

引言洪澇地質(zhì)災(zāi)害是因特大暴雨或降雨時間持續(xù)過長、過于集中，引起山洪暴發(fā)、河流泛濫，造成洪災(zāi)和澇災(zāi)，并引起山體坡度較陡、土層及風(fēng)化產(chǎn)物分布較厚、結(jié)構(gòu)松散的以軟質(zhì)巖為主的山區(qū)發(fā)生山體滑坡、崩塌和泥石流的地質(zhì)災(zāi)害。其突發(fā)性強(qiáng)、破壞力大，具有明顯的季節(jié)性，一般多在夏秋季節(jié)發(fā)生。洪澇地質(zhì)災(zāi)害對配電網(wǎng)破壞力巨大，經(jīng)常引發(fā)配電網(wǎng)架空線路倒桿斷線和配電裝置受淹損毀的嚴(yán)重災(zāi)損事故，并且搶修復(fù)電難度大，致使供電區(qū)域大面積和長時間停電，不僅造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還可能產(chǎn)生政治和社會影響。目前配電網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、工程設(shè)計(jì)、設(shè)備選型等環(huán)節(jié)，對洪澇地質(zhì)災(zāi)害的防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)研究還相對不足。為了提升配電網(wǎng)防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)水平，本文分析了洪澇地質(zhì)災(zāi)害造成的配電網(wǎng)停電以及架空線路和配電裝置災(zāi)損的技術(shù)特點(diǎn)，并以福建北部配電網(wǎng)為實(shí)例，按照“避開災(zāi)害、防御災(zāi)害、限制災(zāi)損”的防災(zāi)策略，研究了差異化防災(zāi)技術(shù)措施，以提高災(zāi)害區(qū)域配電網(wǎng)的安全可靠性和經(jīng)濟(jì)適用性。閩北配電網(wǎng)受災(zāi)停電特點(diǎn)福建省以丘陵、山地地貌特征為主，近年來山區(qū)普遍種植根系淺的毛竹、杉木等經(jīng)濟(jì)林，導(dǎo)致生態(tài)林減少，同時由于高速公路、鐵路、大型廠區(qū)等工程建設(shè)，在一定程度上破壞了山體生態(tài)的自然平衡，在持續(xù)的強(qiáng)降雨情況下，山體水分飽合度升高，容易引發(fā)洪澇地質(zhì)災(zāi)害。根據(jù)福建省氣象局發(fā)布的福建省氣候公報(bào)（見表1），福建省近10年年均發(fā)生洪澇地質(zhì)災(zāi)害3.3次，年均造成直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)36億元，且覆蓋地域范圍廣，典型地質(zhì)災(zāi)損見圖1。表12006～2015年福建省洪澇地質(zhì)災(zāi)害統(tǒng)計(jì)情況年份受災(zāi)人數(shù)/萬人死亡人數(shù)/人災(zāi)害次數(shù)/次直接經(jīng)濟(jì)損失/億元重災(zāi)地區(qū)2015101.9365100.4龍巖、三明、南平三市201477.815427.4南平、三明、寧德201338.61149.65龍巖、漳州、泉州201217.7-27.77福清、浦城、南安、連城2011100.0129.3寧德、莆田2010404.9795149.6南平、三明、龍巖200920.7532.61南平、三明、泉州、龍巖200874.9126.01漳州、泉州、廈門、莆田、龍巖200743.5-23.94龍巖、漳州、泉州、南平2006479.946444.8南平、三明、泉州、龍巖、寧德、福州合計(jì)1360.019433361.48圖1典型地質(zhì)災(zāi)害圖片典型案例如2010年發(fā)生在閩西北的特大洪澇與地質(zhì)災(zāi)害。2010年6月13～28日，多輪持續(xù)強(qiáng)降雨（局部地區(qū)24h降雨量超過252mm）造成福建省南平、三明、龍巖、寧德等地區(qū)發(fā)生嚴(yán)重洪澇和地質(zhì)災(zāi)害，引發(fā)部分城市郊區(qū)、縣城和鄉(xiāng)鎮(zhèn)較大面積和較長時間停電，其災(zāi)損技術(shù)分析見表2。本次配電網(wǎng)停電時間較長，搶修和復(fù)電難度均大于2008年雨雪冰凍災(zāi)害，其主要原因如下：1）受災(zāi)區(qū)域配電網(wǎng)網(wǎng)架較薄弱，以單輻射樹狀結(jié)構(gòu)、長架空線路為主，線路分段不合理、老線路線徑小，故障隔離、負(fù)荷轉(zhuǎn)移能力低。2）部分重要用戶的雙回路電源部分線段處于同一災(zāi)害走廊，失去互為備用能力。3）由于倒桿數(shù)量大、道路不通、環(huán)境惡劣、通信隔斷、修后再次塌方受災(zāi)，導(dǎo)致線路修復(fù)困難，引起部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)較長時間停電。4）受澇縣城區(qū)域（如泰寧、光澤縣城）的配電裝置/設(shè)備由于受淹環(huán)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)多、設(shè)備型號多、備品備件少、清潔烘干慢，造成較長時間停電，部分線路停電超過120h。5）在冰災(zāi)中作為局部微電網(wǎng)應(yīng)急電源的小水電站本次也大多沖毀。架空線路災(zāi)損特點(diǎn)和防災(zāi)措施2.1架空線路災(zāi)損特點(diǎn)架空線路災(zāi)損的主要形式是：山體塌方、滑坡導(dǎo)致桿塔傾覆；泥石流和洪水沖擊導(dǎo)致倒斷桿；溪河水沖刷導(dǎo)致桿塔和拉線基礎(chǔ)塌方；洪澇水位浸泡導(dǎo)致基礎(chǔ)抗剪強(qiáng)度下降、拉線上拔、電桿傾覆；山體塌方和倒樹撞擊導(dǎo)致斷線、倒斷桿；通信桿倒桿壓覆或扯倒電桿，架空線路典型災(zāi)損見圖2，其災(zāi)損特點(diǎn)如下：（1）災(zāi)損與桿塔位置和線路走廊密切相關(guān)，災(zāi)損地形主要有：1）土質(zhì)陡坡地帶（粉質(zhì)粘土、淺根系植被和匯水山壟最常見）：桿塔立于土質(zhì)陡坡的坡邊、坡腰和坡腳，道路外側(cè)陡坎；線路走廊處于陡坡坡腳塌方倒樹范圍。2）溪河谷和沖溝地帶：溪河谷、沖溝及其岸邊、河灘、河漫灘。3）軟弱土質(zhì)澇區(qū)：洼地、軟土質(zhì)農(nóng)田、沙礫地，這些地帶在暴雨時成為澇區(qū)或溪河變遷改道區(qū)。4）連排串倒線路通常位于溪河谷、沖溝、河灘、河漫灘，或者受澇的軟土質(zhì)農(nóng)田和洼地、砂礫地。圖2架空線路災(zāi)損典型圖片（2）災(zāi)損與桿塔基礎(chǔ)和拉線基礎(chǔ)的損壞密切相關(guān)。洪澇和地質(zhì)災(zāi)害首先損毀的是桿塔基礎(chǔ)和拉線基礎(chǔ)，電桿傾覆大多與基礎(chǔ)的塌方、受洪水雜物沖擊、浸泡軟化和浮托力增加有關(guān)，其中拉線損毀主要是由于基礎(chǔ)塌方或者上拔。在非不可抗力的災(zāi)害地形，拉線足夠，選位安全，桿深埋或有圍墩、深樁基礎(chǔ)的耐張桿生存率明顯提高，而在河漫灘埋深淺、無特殊基礎(chǔ)的電桿則較容易串倒。（3）災(zāi)損與電桿強(qiáng)度和抗沖擊能力有關(guān)。在倒斷桿總數(shù)中斷桿和裂桿占40%左右，比例相對較高，一方面由于塌方、倒樹、洪水中的滾石和樹木、相鄰倒桿等造成電桿受瞬間沖擊幾率較高、沖擊力較大；另一方面災(zāi)損線路幾乎是采用預(yù)應(yīng)力桿（含舊桿、小徑桿），脆性高，受瞬間沖擊力一有裂紋就很容易斷桿、報(bào)廢。（4）災(zāi)損與導(dǎo)線強(qiáng)度和檔距控制有關(guān)。直線桿前后水平或者垂直檔距差過大、耐張段過長、導(dǎo)線截面偏小或不帶鋼芯的線段容易發(fā)生倒桿，主要是經(jīng)過持續(xù)強(qiáng)降雨和洪澇浸泡，電桿基礎(chǔ)已泡軟傾斜，小導(dǎo)線受到?jīng)_擊力或不平衡張力，容易斷線，引起連鎖倒桿。2.2架空線路防災(zāi)措施架空配電線路災(zāi)損具有局部性、分散性和微地形的特征，為兼顧安全可靠性和經(jīng)濟(jì)適用性，應(yīng)結(jié)合地形地貌和水文條件，按“避開災(zāi)害、防御災(zāi)害、限制災(zāi)損”的優(yōu)先次序開展防災(zāi)差異化設(shè)計(jì)。（1）加大線路路徑的設(shè)計(jì)深度，采取差異化設(shè)計(jì)避開災(zāi)害地帶。1）要求配電線路設(shè)計(jì)應(yīng)在實(shí)際地形圖上繪制線路路徑圖。受災(zāi)郊區(qū)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)供電所線路設(shè)計(jì)多無線路路徑圖和地理接線圖，路徑選擇難以控制。2）細(xì)化走廊和桿塔位置的選擇條件，現(xiàn)有規(guī)范對線路路徑和桿位僅有定性和寬泛規(guī)定，因此應(yīng)補(bǔ)充走廊和桿塔位置的地形限制條件，用圖冊指導(dǎo)一線人員直觀識別災(zāi)害地形，培訓(xùn)設(shè)計(jì)人員的地質(zhì)和洪澇水位調(diào)查能力。3）采用差異化設(shè)計(jì)避開災(zāi)害地點(diǎn)。應(yīng)采取線路檔距調(diào)整、桿位調(diào)整、增加直線轉(zhuǎn)角桿塔、采用加高桿塔和大檔距跨越等措施，避開災(zāi)害地形。例如城市郊區(qū)局部地質(zhì)災(zāi)害地形，可以采用沿道路靠山側(cè)路肩的路徑方案，采用高桿型大檔距跨越、避開易塌方的高邊坡，減少高造價纜化，此措施應(yīng)用在南平10kV電視線和環(huán)城線的示范設(shè)計(jì)中取得了較好效果。（2）根據(jù)地形地貌差異化設(shè)防，提高防御災(zāi)害能力。與送電線路不同，配電線路必須靠近負(fù)荷點(diǎn)、桿位較密，另外由于造價限制不宜大量采用高桿塔、大檔距，當(dāng)線路走廊或者桿塔位置選擇余地小，只能位于災(zāi)害區(qū)域時，應(yīng)根據(jù)災(zāi)害地形地貌、典型災(zāi)損、線路和桿塔重要性，重點(diǎn)加強(qiáng)桿塔和基礎(chǔ)抗傾覆和抗上拔的穩(wěn)定性、防連排串倒、防桿塔和拉線基礎(chǔ)受沖刷和塌方，以及防塌方倒樹外物沖擊的斷線、斷桿等技術(shù)措施，并加強(qiáng)對桿塔和基礎(chǔ)的穩(wěn)定性計(jì)算和校驗(yàn)，避免因斷線導(dǎo)致倒桿擴(kuò)大故障。根據(jù)所處的災(zāi)害地形和典型災(zāi)損，可以采取表3差異化設(shè)計(jì)措施進(jìn)行設(shè)防。（3）采取限制災(zāi)損措施，減少線路受災(zāi)停電。在災(zāi)害難以避免時，采取差異化規(guī)劃設(shè)計(jì)措施，限制架空線路災(zāi)損和停電范圍。1）重點(diǎn)加強(qiáng)耐張桿塔的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)。合理控制架空線路耐張段長度，適當(dāng)提高災(zāi)害區(qū)域耐張桿的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，包括增加拉線數(shù)量，選用較高強(qiáng)度的水泥桿，必要時災(zāi)害地點(diǎn)、重要線路的耐張桿可以采用窄基角鋼塔和鋼管桿，并加強(qiáng)耐張桿的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，提高重要線路的防災(zāi)能力。2）提高重要線路走廊的互為災(zāi)備能力，對重要線路的多聯(lián)絡(luò)電源的線路走廊進(jìn)行梳理，開辟新的走廊通道，避免多聯(lián)絡(luò)電源集中于同一災(zāi)害區(qū)域，同時受損停電。3）為減輕搶修復(fù)電工作負(fù)擔(dān)，宜采取“保桿棄線”設(shè)計(jì)措施，采用按導(dǎo)線金具、桿塔、基礎(chǔ)從低到高的設(shè)計(jì)強(qiáng)度系數(shù)配合，在斷線時仍舊能保住桿塔和基礎(chǔ)不斷裂和不傾覆。針對災(zāi)害中較多直線桿倒斷桿扯倒相鄰桿塔，采用脫離式線夾代替鋁扎線，當(dāng)直線桿倒桿時自動脫離，避免牽倒其他線路。配電裝置災(zāi)損特點(diǎn)和防災(zāi)措施3.1配電裝置災(zāi)損特點(diǎn)3.1.1柱上變壓器臺災(zāi)損特點(diǎn)柱上變壓器臺典型災(zāi)損形式包括塌方傾覆、外物撞損、洪水沖毀、被倒桿線路扯倒摔損（見圖3），其中柱上變壓器臺臺址的洪澇和地質(zhì)災(zāi)害是主要原因，而部分柱上變壓器臺拉線、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、施工工藝存在不足，造成柱上變壓器臺穩(wěn)定性不夠，以及傳統(tǒng)設(shè)計(jì)柱上變壓器臺在狹窄地帶顯得尺寸偏大、難以選到安全位置，也是災(zāi)損的部分原因。

圖3柱上變壓器臺典型災(zāi)損圖片3.1.2開關(guān)站/配電室災(zāi)損特點(diǎn)配電裝置災(zāi)損主要原因?yàn)樵O(shè)防水位低于洪澇水位，部分開關(guān)站/配電室站所處于內(nèi)澇區(qū)或洼地、設(shè)防水位低、阻水功能差，當(dāng)選用設(shè)備防潮性能低和防水等級不當(dāng)時，受洪水浸泡開關(guān)柜甚至開關(guān)本體，易造成柜體損壞，本次災(zāi)害中南平、三明共39座開關(guān)站/配電室進(jìn)水，大部分設(shè)備經(jīng)清洗烘干后重新投運(yùn)，但少量設(shè)備因進(jìn)水而無法及時斷電引發(fā)內(nèi)燃弧故障損壞，其典型災(zāi)損見圖4。

圖4開關(guān)站/配電室典型災(zāi)損圖片3.1.3環(huán)網(wǎng)柜災(zāi)損特點(diǎn)全絕緣、全封閉結(jié)構(gòu)環(huán)網(wǎng)柜（一次設(shè)備除外引靜觸頭外全絕緣）短時間浸水，在清洗烘干后均能投入運(yùn)行，清洗烘干的主要部位為電纜附件和環(huán)網(wǎng)柜下隔室器件，如控制用電壓互感器（TV）。個別復(fù)合絕緣、多隔室的箱式環(huán)網(wǎng)柜，因設(shè)計(jì)選用的絕緣結(jié)構(gòu)、防水等級和隔弧結(jié)構(gòu)不能適應(yīng)室外洪澇地帶，因進(jìn)水引發(fā)內(nèi)燃弧故障導(dǎo)致“火燒連營”，引起整臺環(huán)網(wǎng)柜損壞，其典型災(zāi)損見圖5。圖5環(huán)網(wǎng)柜典型災(zāi)損圖片3.1.4箱式變壓器災(zāi)損特點(diǎn)美式箱式變壓器高壓部分為全封閉油浸絕緣、防水等級高，其災(zāi)損部位主要在低壓室。預(yù)裝式組合變電站高壓側(cè)有較多的空氣絕緣和環(huán)氧樹脂絕緣器件和部位，阻水能力低，進(jìn)水位置和易受潮部位多，難以及時斷電，容易造成損壞，其典型災(zāi)損見圖6。

圖6箱式變壓器典型災(zāi)損圖片3.1.5低壓配電設(shè)備災(zāi)損特點(diǎn)綜合配電箱、計(jì)量箱和電能表典型災(zāi)損形式是隨柱上變壓器臺傾覆損毀、洪澇水位高受淹和雨水流入造成內(nèi)部故障，部分低壓表計(jì)及表后線路被洪水浸泡，存在計(jì)量精度和安全隱患，其典型災(zāi)損見圖7。

圖7低壓配電設(shè)備典型災(zāi)損圖片3.2配電裝置防災(zāi)措施3.2.1柱上變壓器臺防災(zāi)措施1）優(yōu)化柱上變壓器臺選址。臺址應(yīng)避開地質(zhì)災(zāi)害和洪澇位置，選址應(yīng)考慮拉線的安全位置。2）加強(qiáng)柱上變壓器臺穩(wěn)定性設(shè)計(jì)。應(yīng)結(jié)合地形地貌，采取增加橫向拉線，加大電桿埋深，加設(shè)底盤、卡盤基礎(chǔ)、圍墩等措施提高抗傾覆能力；優(yōu)化耐張段設(shè)置，避免線路斷線扯倒柱上變壓器臺。3）在洪澇區(qū)變壓器應(yīng)選用全密封免維護(hù)的型號，防止水從呼吸器等位置進(jìn)入。4）增加小容量緊湊型柱上變壓器臺的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，既便于選到安全的臺址，又可以互備防災(zāi)。3.2.2開關(guān)站/配電室防災(zāi)措施1）核定各新建和改造配電裝置防洪防澇的設(shè)防水位，洪澇區(qū)域開關(guān)站/配電室必須在地面一層及以上，并高于洪澇水位。

2）加強(qiáng)站/所建筑的防水設(shè)計(jì)。處在洪澇區(qū)域的站所建筑設(shè)計(jì)應(yīng)盡量減少可能進(jìn)水的面積，以增加斷電處置時間裕度。3）合理選用防水防潮配電設(shè)備。對洪澇區(qū)域站所不宜選用干式變壓器、間隔式開關(guān)柜（絕緣隔板受潮容易爬電）、下隔室采用環(huán)氧樹脂澆注等復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)母線的開關(guān)柜，以免受淹或受潮絕緣恢復(fù)困難。4）因地制宜采取差異化防洪澇改造措施。對干式變壓器等高度低的設(shè)備可以加裝預(yù)制式鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和減噪措施直接抬高安裝基礎(chǔ)；對全封閉性開關(guān)柜可以在解決母線檢修和散熱條件下，合理利用柜頂和天花板距離抬高基礎(chǔ)；對使用年限已久的GG1A/GGX，可以結(jié)合設(shè)備改造更換為KYN/HXGN等高度低的開關(guān)柜，基礎(chǔ)至少可以抬高1m。5）積極爭取政府支持，利用市政防洪改造，將處于地下建筑、洼地、澇區(qū)站所和配電裝置搬遷到高處，尤其是保證政府、醫(yī)院、防汛、供水等重要單位供電的站所要盡快改造到位。對易澇配電站房宜裝設(shè)水位監(jiān)測裝置，并接入GPMS系統(tǒng)，以提高水位預(yù)警和應(yīng)急斷電的效率。3.2.3環(huán)網(wǎng)柜防災(zāi)措施1）應(yīng)盡量采取措施將設(shè)備基礎(chǔ)標(biāo)高抬高到洪澇水位之上，可以采用預(yù)制型鋼等基礎(chǔ)迅速抬高，減少停電。2）設(shè)計(jì)訂貨應(yīng)要求廠家改進(jìn)柜體（殼體）的防水設(shè)計(jì)。3）3.2.4箱式變壓器防災(zāi)措施除了提高箱式變壓器（簡稱箱變）基礎(chǔ)的設(shè)防水位外，還宜采取以下防災(zāi)措施：1）除了要利用預(yù)裝式箱變兼作為環(huán)網(wǎng)供電的主節(jié)點(diǎn)外，一般在澇區(qū)宜選用美式箱變作為終端變壓器，采用美式箱變時，應(yīng)加強(qiáng)低壓配電箱和高壓電纜終端頭的防水功能。2）必須在洪澇區(qū)域采用預(yù)裝式變電站時，應(yīng)在箱變箱體型式、環(huán)網(wǎng)柜、變壓器和低壓柜4個部分選擇防水和防潮性能較強(qiáng)的型式，澇區(qū)不宜采用干式變壓器作為箱變部件。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)防災(zāi)優(yōu)化措施受災(zāi)區(qū)域一般負(fù)荷水平低，存在電壓層級復(fù)雜、縣城重復(fù)變壓、鄉(xiāng)鎮(zhèn)高壓布點(diǎn)不足、中壓配電網(wǎng)供電半徑長等連鎖問題，配電網(wǎng)可靠性較低，在洪澇地質(zhì)災(zāi)害中停電時間較長。目前縣級配電網(wǎng)大多具有此類共性，由于經(jīng)濟(jì)水平不高，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化不能一味考慮“高大上”方案，而應(yīng)根據(jù)受災(zāi)區(qū)域配電網(wǎng)的現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采取經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方案。（1）適度超前發(fā)展110kV配電網(wǎng)、簡化35kV配電網(wǎng)，盤活35kV設(shè)備。應(yīng)加快縣城35kV配電網(wǎng)升壓為110kV，在負(fù)荷增長較快、條件較成熟的鄉(xiāng)鎮(zhèn)宜優(yōu)先發(fā)展110kV網(wǎng)絡(luò)，避免35kV網(wǎng)絡(luò)的重復(fù)建設(shè)改造，在升壓改造中推進(jìn)退出的35kV配電設(shè)備在全省范圍內(nèi)調(diào)劑，以較少費(fèi)用增加偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)35kV布點(diǎn)，解決部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)10kV配電網(wǎng)薄弱，防災(zāi)能力低的問題。（2）加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)適用型35kV配電裝置的典型設(shè)計(jì)。山區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)35kV變電站可以直接按終端變壓器簡化設(shè)計(jì)，在接線模式上采用線變組接線，簡化開關(guān)和保護(hù)，在站房結(jié)構(gòu)上可以采用預(yù)裝式變電站（組合箱變），同時統(tǒng)一組織典型設(shè)計(jì)和招標(biāo)定制，以降低防災(zāi)措施的成本。（3）以經(jīng)濟(jì)實(shí)用的技術(shù)措施優(yōu)化鄉(xiāng)鎮(zhèn)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。1）

在單輻射樹形供電長線路的中心建10kV的簡易柱上開關(guān)站，從附近35kV變電站新出10kV的線路，可以考慮按35kV架設(shè)10kV運(yùn)行，將來負(fù)荷增長可以直接插入35kV預(yù)裝式變電站。2）合理使用柱上斷路器和負(fù)荷開關(guān)進(jìn)行分段，應(yīng)加大負(fù)荷開關(guān)使用比例（不論是柱上還是戶內(nèi)），減少斷路器應(yīng)用，主干線路宜采用負(fù)荷矩（km·kVA）相當(dāng)?shù)脑瓌t優(yōu)化分段，并宜采用負(fù)荷開關(guān)，而不應(yīng)采用斷路器分段。3）在分支線上選用新型的限流型跌落式熔斷器（石