近年來,國網湖南電力電網輸變電設備防災減災國家重點實驗室堅持電網安全生產驅動創新的研究理念,緊密圍繞電網防災減災開展研究,在電網防冰方面開展了大量創新性研究工作,特別是在冰災預測預警方面取得了突破性的進展,并承擔了國家電網公司輸電線路覆冰預測預警中心的建設工作。
冰災是電網安全運行的主要災害。受特殊地形和地理氣候的影響,我國南方地區極端災害天氣發生頻繁。覆冰形成的原因錯綜復雜,涉及氣象學、地理學、電磁學、熱力學等多個學科。電網覆冰預測預警也一度成為未攻克的國際性難題。而輸變電設備所處自然環境極為惡劣,原有的電網覆冰災害監測裝置難以獲得清晰的監測結果。
面對電網覆冰預測預警的國際性難題,電力防災減災實驗室收集整理了過去60年湖南省覆冰資料,繪制了上萬張太陽黑子、副熱帶高壓、電網地形等因素與覆冰的關系圖,建立了覆蓋整個北半球的電網覆冰預測預警數值計算模式,開發出國際首套電網覆冰預報系統,突破了覆冰厚度數值預測復雜性難題,為電網抗冰工作贏得了寶貴時間。
為提升電網覆冰災害監測的可靠性,實驗室還發明了“導線覆冰圖像防霧方法和覆冰厚度智能辨識方法”。自主研發的“輸電線路覆冰自動監測系統”就像一只只“千里眼”,可以清晰地監測到覆冰圖像、風速、風向、雨量、氣溫和應力等參數,運行可靠率高達 92%以上,為電網抗冰提供了清晰的信息支撐。
目前,電網覆冰預測、監測系列技術已推廣至國網冰災易發的10多個省份,成功應對了自 2009年以來的40多次不同程度電網冰凍災害,保障了大電網的安全運行。該實驗室作為第一完成單位,電網防冰系列成果獲得了2013年國家科技進步一等獎。
2016年春節前,預測預警中心及時發布了國網范圍內覆冰預測預報,指出“2月7日至9日,中東部地區覆冰逐漸減弱或消融,四川中西部高寒山區(阿壩、甘孜、涼山地區)一直有覆冰存在。2月10日至12日,中東部有降水天氣過程,華北地區有小雪或雨夾雪天氣,局部高寒山區和微地形區域線路可能有積雪或輕微覆冰”。實際情況顯示,春節期間,2月6日至10日,四川有線路覆冰,并導致2條500千伏線路跳閘,國家電網范圍內其他地區無覆冰;11日、12日,北京北部(延慶、昌平)局部高寒山區和微地形區域有輕度覆冰,國家電網其余地區無覆冰。預測情況與實際情況非常一致。
電網防冰系列成果獲得了多方肯定,電力防災減災實驗室并不滿足,他們看到了信息分析預測在保障電網安全運行中發揮出的優勢,在預測覆冰情況的同時,開始研究如何擴大預測災害的范圍,將山火災害也納入到信息預測中來。
山火災害已成為近年來新出現的威脅大電網安全運行的重大問題。電網山火災害受工農業用火習俗、氣象等多因素影響,隨機性大,國內外普遍認為山火災害難以預測,并且相關的電網山火故障機理研究也較少。而現場運行的情況也表明,輸電線路山火跳閘并不與火焰大小完全相關,山火跳閘機理尚不明晰。此外現有的林業火災監測系統僅針對林地的大型火災,無法精細化到輸電線路走廊附近的小火,難以指導輸電線路山火災害處置。
針對山火災害預測隨機性大的難題,電力防災減災實驗室對近15年來上千個山火發生日的幾十種、數億條海量數據進行了挖掘分析。按照農歷時間軸,他們發現了影響山火的5個重要因子為“工農業用火習俗、降水、無雨日、氣溫和濕度”,構建了“去隨機性電網山火密度計算模型”,開展了大量多地理尺度山火預測實證研究,揭示了山火密度隨尺度增大趨向穩定的規律,一舉攻克了電網山火隨機性難題。
針對山火精準辨識與快速定位的難題,實驗室還發明了動態亮溫閾值火點辨識方法,火點辨識準確率由60%提升至 90%以上。同時,提出了鄰近網格火點搜索告警算法,研制的“輸電線路山火監測預警系統”能夠使火點與桿塔距離計算時間由數十分鐘降至數秒以內,填補了國內外線路山火廣域監測技術空白。
2月10日10時45分,值班人員監測到特高壓±800千伏復奉線安徽段2726號桿塔南側 120米處有山火,第一時間通知國網安徽電力進行處置,避免了復奉線跳閘事故;2月 10日12時49分,值班人員監測到特高壓±800千伏賓金線浙江衢州段3189號桿塔線下有山火,第一時間通知國網浙江電力進行處置,避免了賓金線強停事故的發生。
自然災害對電網運行安全造成的威脅毋庸置疑,不論冰凍還是山火,精準的災害預測都為電網防災減災贏得了寶貴的時間。為了讓現有覆冰預測和山火預測更加精確、精準,電力防災減災實驗室又開始向著電網更大范圍預測、實現精細化預報努力。