如何提高配电网对地震的抵抗能力？西华大学科研人员发布研究成果

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地震对电力系统的损害极为严重，而配电网的抵御能力相对输电网来说更为脆弱，因此有必要对遭受地震灾害的配电网进行风险评估。西华大学电气与电子信息学院、国网四川省电力公司阿坝供电公司的研究人员郑国鑫、雷霞、王湘、罗小春，在2020年第24期《电工技术学报》上撰文，提出地震灾害下配电网的风险分析成果。 

近几十年来，全世界范围内地震灾害频发，其中具有破坏性的大地震虽然只占小部分，但其危害性极大。历次大地震的震害表明，电力系统在地震中一旦遭受破坏，不仅造成巨大的直接或间接经济损失，影响人民群众的正常生活和社会生产，还给震后的抗震救灾和应急救援带来极大困难。

例如，2008年汶川8.0级大地震导致四川电网茂县1座500kV变电站停运，13座220kV变电站停运，2座220kV用户站停运，500kV线路3条、220kV线路56条故障跳闸，高达563.5万kW装机容量的机组解列，累计停电用户246万户。电力系统直接经济损失106.62亿元，由此产生的间接经济损失难以估量。

随着全球自然灾害的频发，在各种小概率-高损失的极端灾害事件下，基础设施系统的损坏风险及应对措施的研究逐渐成为关注的热点。其中，台风和冰灾对电力系统的破坏及防护措施得到广泛而深入的研究，并已取得一定成效。电力系统可有效地应对台风和冰灾，主要原因在于气象预报的准确性，以及这两种灾害从发生到对电力设施损害具有一定时延性。由于地震灾害本身的随机性、难以预测性及快速破坏性，对电力系统的影响研究造成极大困难。

图片来源：网络

目前，国内外学者针对电力系统在抗震性能方面的分析手段正逐渐从定性向定量分析发展，但尚处于初级阶段；研究主要集中在电气设备级，而对电力网络的研究相对较少；在电网的研究中以输电网居多，配电网鲜有。

有学者利用某次实际地震的统计数据分析地震对电网的损坏程度，并定性提出抗震方案和灾后快速恢复供电措施，但普适性有限。有学者根据汶川实际地震强度和电力设备损失统计数据，分析了变压器和母线所处地点的峰值地面加速度（PGA）与设备易损性的关系。有学者通过地震中设备损害和潮流的估计推算了输电网的可靠性。

历次地震灾害结果表明，虽然发电和输电级的损害对电网运行造成的影响更大，但直接连接终端供电用户的配电网由于网络复杂、灾后修复时间长，致使快速恢复供电非常困难。灾前加固的预防措施可以降低灾害程度，但全网的改造对配电网建设来说资金投入太大，为了寻求地震中的配电网薄弱点，给灾前预防控制策略提供依据，配电网在地震灾害情况下的风险评估非常重要。

基于此，有学者建立了考虑共因失效的电力系统地震灾害分析理论框架，并提出风险评估算法和指标体系。传统电网风险评估方法通常只考虑电气状态量等物理特性，而有学者将复杂网络理论应用于电力系统的风险分析中，综合考虑了电网的运行特性及网络拓扑结构，弥补了现有安全性评估方法的不足。

还有学者引入复杂网络理论中的节点度与线路介数，分析了电网在遭受不同攻击下的脆弱性，从而辨识出电网中的薄弱节点以及薄弱线路，分析了电力系统在极端事件下的抗毁性。可见，借助复杂网络理论可进行有效的电网风险评估，并弥补传统方法无法体现网络拓扑对系统运行风险评估影响的不足。

西华大学电气与电子信息学院、国网四川省电力公司阿坝供电公司的研究人员提出了地震场景的模拟方法和配电网在地震灾害下的风险评估方法。

首先，他们详细介绍了地震灾害场景的建模过程，通过地震PGA来描述地震动强度，以此进行地震场景的模拟；其次，建立地震动强度和配电网设备脆弱性之间的关系模型，分析设备的受损比例，并通过蒙特卡洛模拟随机地震场景，找出合理的配电网设备故障重数；然后，基于复杂网络理论，引入网络中心性量化地震灾害对配电网的影响，进行地震灾害下配电网的风险分析，寻求配电网的薄弱点；最后，通过实际案例分析配电网在地震灾害下的风险，验证了该方法的可行性。

图1  随机生成的1个地震源及配电网位置

图2  配电网设备故障重数概率分布

同时，通过地震动参数衰减模型获得了描述地震强度的方法，并结合地震目录模拟各种地震场景。利用美国联邦应急管理署开发的HAZUS技术手册获得配电网设备的地震脆弱性曲线，根据配电网设备受损比例的计算，通过蒙特卡罗模拟得到配电网设备在地震灾害下发生概率最大的故障重数。在计算配电网风险的同时，考虑了配电网运行特性和网络拓扑关系，如果是主干支路或带有较大负荷的支路损坏，就可能造成较高的失负荷。

研究人员提出的地震灾害下配电网的风险分析并不针对个体设备的损坏分析，而是从全网的角度分析受损设备比例，从而获得网络的风险指标，对配电网的防灾减灾具有指导意义。在今后的研究中，他们还将结合灾前规划和运行方式以降低地震的受损比例，并考虑优化修复策略提高配电网对地震灾害的抵抗能力，从而使系统性能恢复过程中负荷的损失达到最小化，以实现灾后的尽快恢复供电。

以上研究成果发表在2020年第24期《电工技术学报》，论文标题为“地震灾害模拟及配电网的风险评估”，作者为郑国鑫、雷霞、王湘、罗小春。

下载论文PDF版，请点击左下角“阅读原文”，访问期刊网站。

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