王 勝，王 飛

(國網(wǎng)湖北省電力公司檢修公司，湖北 武漢 430050)

0 引言

近年來，輸電線路因山火引起的跳閘、停運或降壓運行事件明顯增加。這一方面是因為植樹造林、退耕還林以及封山育林等保護(hù)措施的出臺，線路走廊附近植被密度和高度明顯增加，另一方面是受居民煉山燒荒、上墳祭祖等習(xí)俗的興盛以及各種極端天氣等因素的影響。2013年下半年，湖北地區(qū)持續(xù)天干物燥，降水量歷史同期最低，導(dǎo)致山火頻發(fā)。

由于輸電線路架設(shè)于戶外，線路走廊常通過植被茂密的林區(qū)、遍布茅草的山區(qū)和農(nóng)田等山火高風(fēng)險區(qū)域，山火對線路安全運行造成了嚴(yán)重威脅。超特高壓輸電線路走廊遠(yuǎn)離城市，這種情況更加嚴(yán)重，500 kV輸電線路在山火下的工頻擊穿強度降低為純空氣間隙下的23%[1-3]，2013年冬季湖北電網(wǎng)發(fā)生了多起山火引起線路跳閘事件。

研究山火風(fēng)險在時間和空間上的分布規(guī)律，為線路防范山火提供依據(jù)，但是由于影響山火發(fā)生的因素眾多，而且不同地區(qū)影響因素各異，建立有效的山火風(fēng)險等級劃分方法和標(biāo)準(zhǔn)存在很大難度。目前我國已頒布雷區(qū)、污區(qū)、冰區(qū)、風(fēng)區(qū)和舞動區(qū)域等級劃分相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，分布圖繪制方法也較為成熟[4-10]。但在山火風(fēng)險等級劃分方面還處于起步階段。本文通過山火事故調(diào)研及理論分析，結(jié)合山火的發(fā)生頻率法，提出了確定線路走廊山火風(fēng)險等級的改進(jìn)LEC方法，并以湖北省為實例闡述了風(fēng)險等級劃分的應(yīng)用情況，結(jié)果表明風(fēng)險等級劃分結(jié)果與實際情況吻合較好，在指導(dǎo)線路運維部門有針對性開展線路巡視、重點區(qū)段蹲守和山火現(xiàn)場監(jiān)控等工作方面發(fā)揮了重要作用。

1 發(fā)生頻率法

發(fā)生頻率法是線路特殊區(qū)域劃分的一種常用方法，即對實際線路歷史上曾發(fā)生的災(zāi)害故障情況進(jìn)行統(tǒng)計分析，依據(jù)發(fā)生頻率進(jìn)行災(zāi)害風(fēng)險區(qū)域劃分。該方法一般用于舞動等特殊區(qū)域分布研究，受地區(qū)已建線路的規(guī)模及故障統(tǒng)計數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性影響較大。但不適合于研究山火風(fēng)險分布規(guī)律，原因是：

1）發(fā)生山火的次數(shù)遠(yuǎn)多于山火引起線路故障的次數(shù)，采用發(fā)生頻率法將遺漏大量山火案例；

2）不同地區(qū)影響山火發(fā)生的因素各異，不能僅以山火發(fā)生次數(shù)來確定山火風(fēng)險等級。湖北省以燒荒、祭祀等為引發(fā)山火的主要因素，發(fā)生如2009年2月澳大利亞大規(guī)模森林火災(zāi)的可能性很小。因此在確定山火風(fēng)險時要充分考慮引發(fā)山火因素的差異。

3）每年山火發(fā)生次數(shù)差異較大，這與每年降水量分布等氣象因素關(guān)系密切。而且，山火風(fēng)險的時間特征也十分明顯。湖北省每年10月到次年4月為山火高發(fā)時段，尤其以春節(jié)期間和清明節(jié)前后尤為集中。

因此，本文提出研究山火風(fēng)險等級的改進(jìn)LEC法。通過調(diào)查區(qū)域內(nèi)引起山火的主要因素及其時空分布規(guī)律，結(jié)合氣象條件，確定山火風(fēng)險等級，繪制區(qū)域動態(tài)山火風(fēng)險分布圖，方便運維人員使用。將山火歷史記錄作為案例來確定引發(fā)山火因素和等級分布情況的驗證。

2 湖北山火特點分析

2.1 起火原因分析

綜合分析湖北電網(wǎng)2000年以來山火跳閘和山火險情事件原因，發(fā)現(xiàn)起火點既與氣象條件和地理環(huán)境有關(guān)，又與人的活動有關(guān)[11]，具體表現(xiàn)為：

1）從山火發(fā)生的地理環(huán)境分析，湖北境內(nèi)地貌類型多樣，山地、丘陵、崗地和平原兼?zhèn)?，山地約占全省總面積55.5%，丘陵和崗地約占24.5%，平原湖區(qū)約占20%，山地面積比例超過一半，而山火或發(fā)生在平原地區(qū)的蘆葦蕩里，或發(fā)生在長滿茅草、灌木和易燃樹木的山區(qū)里，這與每年失火位置和次數(shù)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)完全一致，比如，與江西交界的通山境內(nèi)山脈連綿起伏，是全省最嚴(yán)重的山火重災(zāi)區(qū)之一。在山區(qū)，一方面，由于近年來國家大力推行封山育林政策，許多林區(qū)都禁止砍伐，給電力部門開展輸電線路通道清理工作帶來了困難；另一方面，湖北林區(qū)內(nèi)長有大量的松樹和杉樹，這些樹都含有油脂，極易燃燒，且樹林里常常鋪有厚厚的一層松針和落葉，旁邊還有大量枯黃的雜草，在天氣干燥的冬季很容易被點燃，而且一旦失火，火勢極容易迅速蔓延，很難控制。

2）從山火發(fā)生的氣象條件分析，冬季草木枯萎、天氣干燥，特別是2013年下半年，湖北地區(qū)持續(xù)天干物燥很少下雨，歷史上同期少見，長期的干燥天氣使地面上的茅草和枯枝敗葉等可燃物很少吸收到水分，加上空氣濕度小導(dǎo)致可燃物水分的蒸發(fā)，從而使蘆葦、茅草等易燃植物變得異常干燥，更加容易被燒荒、上墳燒香、放鞭等野火點燃，一個小小的煙頭可能引起一場大火。干燥的氣候條件正是2013年冬季山火頻發(fā)的重要原因之一。

3）從起火原因分析，湖北境內(nèi)山火均由人為因素引起，如農(nóng)民燒荒，上墳燒香點蠟燭，小孩玩火，亂扔煙頭等。在許多農(nóng)村里，農(nóng)田和山地里堆有大量的秸稈，為圖省事，許多農(nóng)民往往采取火燒方式，火勢極易沿著長滿雜草的田埂向山上的林區(qū)蔓延。元宵墳前點蠟燭和清明時節(jié)上墳祭祖燒香是普遍的民風(fēng)民俗，雖說那時已是萬物復(fù)蘇，但是冬季過后留下來的枯枝敗葉在晴朗的天氣里依然是危險的易燃物，上墳期間稍有大意就很容易將墳前的枯葉雜草點燃。

2.2 山火易發(fā)地段特點分析

從山火發(fā)生的地理位置看，山火均發(fā)生在平原地區(qū)的蘆葦蕩里或者是長滿茅草和灌木的山區(qū)里，江西交界的咸寧和黃石地區(qū)以及大別山山系的孝感和黃岡地區(qū)是山火頻發(fā)的重災(zāi)區(qū)，山火的發(fā)生和火勢的發(fā)展與所處的地理環(huán)境具有很大的相關(guān)性，具體表現(xiàn)為：

1）在平原地區(qū)，湖北境內(nèi)平原地區(qū)常有當(dāng)?shù)鼐用耖_發(fā)魚塘、藕塘等情況，近年來線路經(jīng)過的地區(qū)出現(xiàn)一些無人管理的魚塘、湖泊、沼澤地的淺層水系生長了大量的蘆葦?shù)人参?，秋冬過后，蘆葦枯黃，加之天氣持續(xù)干燥，魚塘沼澤地區(qū)干涸，蘆葦?shù)戎参飿O易燃燒。蘆葦蕩周邊往往是農(nóng)民的田地，農(nóng)民燒荒時極易被從田埂蔓延過來的野火或者飛來的火星點燃。

2）在丘陵地區(qū)，隨著改革開放不斷深入，大量村鎮(zhèn)務(wù)工人員涌入城市建設(shè)之中，在家直接從事務(wù)農(nóng)的通常為婦女和老人，勞動力嚴(yán)重不足，造成大量農(nóng)田無人耕作，特別是原來丘陵地段的梯田荒廢后荒草叢生，一般都超過一人高，加之經(jīng)濟建設(shè)發(fā)展，人民生活水平不斷提高，原先作為生火做飯的茅草、荊棘無人砍伐，每逢秋季、春節(jié)、清明時節(jié)，當(dāng)?shù)鼐用駸捝綗摹⑸蠅灱雷?、燃放煙花、孩童玩火等行為極易引起火災(zāi)。

3）在山區(qū)，許多林區(qū)植被密度大，并且湖北的林區(qū)通常生長著許多極易燃燒的松樹和杉樹，成為山火發(fā)生的危險點。另一方面，在山火頻繁的山頭，因連年山火導(dǎo)致山表面覆蓋著密密麻麻的長茅草，并且這些山頭往往連接著農(nóng)民的田地和茂密的森林，到了冬季，枯萎的茅草易于點燃，一旦起火，在風(fēng)的助長下很容易迅速延展，極不易開展撲滅或控制工作。另外，山區(qū)特殊的氣象條件對火勢的蔓延方向和發(fā)展速度有很大的影響。在山體較大的山區(qū)，山谷交錯，復(fù)雜的地形伴隨著復(fù)雜的氣象條件，山火發(fā)展到山谷的拐角處可能由平緩?fù)蝗蛔兊醚该?；在坡勢較陡的地方，火勢向山頂發(fā)展的趨勢更為迅速，一方面熱浪沿坡上升，另一方面串起的火苗可直接將上方的植被點燃，火勢呈立體式發(fā)展。

2.3 山火多發(fā)時段分析

根據(jù)對湖北省山火發(fā)生情況統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)山火發(fā)生時段一般具有如下特點：

1）從一年的時間周期來看，山火多發(fā)生在每年10月1日至翌年4月30日止。在湖北區(qū)域，春節(jié)期間（1-2月）和清明節(jié)前后（3-4月）尤為集中。但2013年湖北地區(qū)持續(xù)干燥少雨，山火來的特別早，特別猛，10月份便進(jìn)入山火頻發(fā)期。

2）從一天的時間周期來看，大部分山火發(fā)生在16∶00—19∶00，該時段環(huán)境干燥，并且正是人們進(jìn)行戶外作業(yè)和活動的時間，易引起山火。根據(jù)農(nóng)村習(xí)俗，農(nóng)民們往往在黃昏期間清理田地，焚燒秸稈，形成人為火源；另外，此時間段正逢放學(xué)期間，農(nóng)村孩子喜歡在田野里玩火，山火防范意識極其薄弱，形成火源危險點。

3 基于改進(jìn)LEC評價的山火風(fēng)險評估方法

3.1 LEC方法

本文提出的山火風(fēng)險評價方法，借鑒對危險源風(fēng)險評價的LEC方法[12]（又稱格雷厄姆·金尼方法），使用工程化的處理思路，采用專家調(diào)查法調(diào)整相關(guān)參數(shù)，得到山火風(fēng)險的定量值，如下式所示

式中：R為山火風(fēng)險值；L為山火造成的最大可能的結(jié)果，取值如表1所示。

表1 后果嚴(yán)重程度表Tab.1 Severity of consequences

后果特別嚴(yán)重指的是影響重要輸電通道多條線路、跨區(qū)電網(wǎng)線路或特高壓線路運行；嚴(yán)重指影響500 kV線路運行；比較嚴(yán)重指影響220 kV及部分重要的110 kV線路運行；一般指影響部分非重要110 kV線路及110 kV以下等級線路運行。E為暴露時間，即為山火事件發(fā)生的頻率，取值從10分到0.5分，如表2所示。

表2 山火發(fā)生頻率分值表Tab.2 Value of occurrence frequency of forest fires

C為可能性，即為一旦發(fā)生山火，導(dǎo)致輸電線路發(fā)生故障跳閘的可能性，取值從10分到0.1分，如表3所示。

表3 山火引發(fā)線路跳閘可能性分值表Tab.3 Value of possibility of transmission line trip caused by forest fires

3.2 基于干旱指數(shù)的改進(jìn)LEC方法

山火的發(fā)生不僅與可燃物、火源有關(guān)，還與火險天氣關(guān)系密切，干旱程度越高，山火風(fēng)險越大。因此，在研究山火風(fēng)險分布時，應(yīng)考慮當(dāng)前天氣的干旱程度。

根據(jù)世界氣象組織1980年的統(tǒng)計,各種應(yīng)用的干旱指數(shù)有55種之多。本文選取2006年中國氣象局提出的《氣象干旱等級》（GB/T20481-2006）規(guī)定的綜合氣象干旱指數(shù)（CI）作為山火風(fēng)險分布的校正因子[13,14]。

綜合氣象干旱指數(shù)CI是以標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)、相對濕潤指數(shù)和降水量為基礎(chǔ)建立的一種綜合指數(shù),既反映短時間尺度和長時間尺度降水量，又反映短時間尺度水分虧欠情況，適合實時氣象干旱監(jiān)測。CI一般為負(fù)數(shù)，其值越小表明干旱越嚴(yán)重。CI計算公式為

式中：Z30、Z90分別為近30 d和近90 d的標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)；M30為近30 d的相對濕潤度指數(shù)；a、b、c為系數(shù),一般分別取0.4、0.4和0.8。

修訂后的山火風(fēng)險值為

根據(jù)山火風(fēng)險值，按照由輕到重分為四個等級，分別為低風(fēng)險、一般風(fēng)險、中風(fēng)險和高風(fēng)險，如表4所示。

表4 山火風(fēng)險程度表Tab.4 Risk level of forest fires

4 應(yīng)用實例

按上述改進(jìn)LEC方法，開展湖北某地區(qū)的山火風(fēng)險分布研究。

首先，通過分析收集區(qū)域內(nèi)植被、墳場、燒荒煉山點分布及歷史上發(fā)生的山火跳閘事件，結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦蔚孛?，對存在山火風(fēng)險的區(qū)域確定L、E、C各項分值，再根據(jù)式1求出不考慮氣象情況的山火風(fēng)險值R。然后按表4對應(yīng)的風(fēng)險程度得到山火風(fēng)險分布，如圖1所示。

圖1 不考慮氣象情況的山火風(fēng)險分布Fig.1 Risk distribution of forest fires risk withoutconsidering weather conditions

其次，通過獲取的綜合氣象干旱指數(shù)，對圖1的山火風(fēng)險分布進(jìn)行調(diào)整，實現(xiàn)山火風(fēng)險分布的動態(tài)更新，對未來一段時間的山火風(fēng)險進(jìn)行預(yù)測。如在2013年6月，由于該區(qū)域降水豐富，CI值較小，因此2013年6月27日的山火風(fēng)險分布如圖2所示，全區(qū)域山火風(fēng)險都較低。

圖2 2013年6月27日山火風(fēng)險分布Fig.2 Risk distribution of forest fires risk in June 27,2013

2013年12月18日山火風(fēng)險分布如圖3所示，2013年下半年以來，該區(qū)域持續(xù)天干物燥很少下雨，CI值較大，因此圖中有較大片的高風(fēng)險區(qū)域。

圖3 2013年12月18日山火風(fēng)險分布Fig.3 Risk distribution of forest fires risk in December 18,2013

2013年下半年長期干燥天氣使蘆葦、茅草等易燃植物變得異常干燥，易被燒荒、上墳燒香、放鞭等野火點燃引發(fā)山火。經(jīng)統(tǒng)計分析2013年12月該區(qū)域因山火造成的500 kV及以上等級輸電線路跳閘、停運或降壓運行（直流）事件，確定山火火點分布如圖4所示，共有11處，其中位于高風(fēng)險區(qū)域的有7處。運行實例說明山火風(fēng)險分布圖的準(zhǔn)確性較高。

圖4 2013年12月山火火點分布Fig.4 Distribution of forest fires points in December,2013

考慮到該區(qū)域山火特點，結(jié)合山火風(fēng)險分布圖，如在12月份對山火高風(fēng)險區(qū)域下午14：00-19：00采取特巡、蹲守等措施，將可以有效遏制山火對輸電線路運行的威脅。

5 結(jié)論

本文采用改進(jìn)LEC方法研究輸電線路山火風(fēng)險分布特征，考慮了氣象條件對山火風(fēng)險分布的影響。應(yīng)用實例說明了本方法對區(qū)域內(nèi)輸電線路山火風(fēng)險的預(yù)測準(zhǔn)確度高，效果好，為防范輸電線路山火故障、提高線路運維可靠性提供了技術(shù)保障。

[參考文獻(xiàn)]（References）

[1]吳田,阮江軍,胡毅，等.500 kV輸電線路的山火擊穿特性及機制研究[J].中國電機工程學(xué)報,2011,31(34):163-169.Wu Tian,Ruan Jiangjun,Hu Yi,et al.Study on forest fire induced breakdown of 500 kV transmis?sion line in terms of characteristics and mechanism[J].Proceedings of the CSEE,2011,31(34):163-169.

[2]尤飛,陳海翔,張林鶴,等.木垛火導(dǎo)致高壓輸電線路跳閘的模擬實驗研究[J].中國電機工程學(xué)報,2011,31(34):192-197.You Fei,Chen Haixiang,Zhang Linhe,et al.Exper?imentalstudy on flashoverofhigh-voltage trans?mission lines induced by wood crib fire[J].Proceed?ings of the CSEE,2011,31(34):192-197.

[3]吳田,胡毅,阮江軍,等.交流輸電線路模型在山火條件下的擊穿機理[J].高電壓技術(shù),2011,37(5):1115-1121.Wu Tian,Hu Yi,Ruan Jiangjun,et al.Air gap breakdown mechanism of model AC transmission line under forest fires[J].High Voltage Engineering,2011,37(5):1115-1121.

[4]黃俊杰，阮羚，馬劍輝,等.電網(wǎng)極端天氣區(qū)劃圖智能繪制系統(tǒng)的建設(shè)[J].電網(wǎng)與清潔能源,2014,30(5):49-53.Huang Junjie,Ruan Ling,Ma Jianhui,et al.Con?struction of intelligent map drawing system for ex?treme weather zones for power grids[J].Power System and Clean Energy,2014,30(5):49-53.

[5]黃俊杰，馬劍輝，方賢才.電網(wǎng)特殊區(qū)域?qū)ｎ}電子圖繪制系統(tǒng)研究[J],高電壓技術(shù),2014,40（S）:460-465.Huang Junjie,Ma Jianhui,Fang Xiancai.Research of special region map drawing system for power grids[J].High Voltage Engineering,2014,40(S):460-465.

[6]鄭港，黃俊杰，阮羚,等.基于實時數(shù)據(jù)的電子污區(qū)分布圖繪制及分析平臺的研究[J],高電壓技術(shù),2014,39(S):398-400.Zhen Gang,Huang Junjie,Ruan Ling,et al.Re?search of electronic polluted areas map drawing and analysis platform based on real-time data[J].High Voltage Engineering,2014,40(S):398-400.

[7]楊加倫，朱寬軍，劉斌,等.輸電線路冰區(qū)分布圖繪制關(guān)鍵技術(shù)[J].電力建設(shè),2013,34(9):31-36.Yang Jialun，Zhu Kuanjun，Liu Bin,et al.Technolo?gies of icing distribution map for power transmission line[J].Electric Power Construction,2013,34(9):31-36.

[8]黃俊杰,汪濤,朱昌成,等.基于氣象地理模型的湖北電網(wǎng)冰區(qū)分布研究[J].湖北電力,2013,37(2):27-29.Huang Junjie，Wang Tao，Zhu Changcheng,et al.Research in icing region distribution in Hubei power grid based on meteorological geographic model[J].Hubei Electric Power,2013,37(2):27-29.

[9]涂明，張立春，朱寬軍,等.輸電線路舞動區(qū)域劃分方法 [J].電力建設(shè),2011,32(4):26-28.Tu Ming，Zhang Lichun，Zhu Kuanjun,et al.Zoning method for galloping of transmission lines[J].Elec?tric Power Construction,2011,32(4):26-28.

[10]黃俊杰，阮羚，馬黎莉,等.電網(wǎng)舞動區(qū)域分布圖自動繪制方法與應(yīng)用研究[J].輸配電工程與技術(shù),2014,3(1):1-6.Huang Junjie,Ruan Ling,Ma Lili,et al.Research on automatic drawing method and application of power grid galloping region distribution map[J].Transmission and Distribution Engineering and Technology,2014,3(1):1-6.

[11]王浩東.輸電線路山火跳閘原因分析及對策[J].廣西電力,2009,32(4):43-45.Wang Haodong.Reason analysis and treatment of transmission line trip because of mountain fire[J].Guangxi Electric Power,2009,32(4):43-45.

[12]梅震琨,陳東伐,黃家林,等.基于LEC方法的園區(qū)網(wǎng)用戶行為危害評價模型[J].計算機與現(xiàn)代化,2010(3):121-124.Mei Zhenkun,Chen Dongfa,Huang Jialin,et al.Model of campus network user behavior hazard as?sessment based on LEC method[J].Computer and Modernization,2010(3):121-124.

[13]陸桂華,閆桂霞,吳志勇,等.近50年來中國干旱化特征分析[J].水利水電技術(shù),2011,41(3):78-82.Lu Guihua,Yan Guixia,Wu Zhiyong,et al.Analy?sis on aridification within last 50 years in China[J].WaterResources and HydropowerEngineering,2011,41(3):78-82.

[14]李奇臨,范廣洲,周定文,等.綜合氣象干旱指數(shù)在2009-2010年西南干旱的應(yīng)用[J].成都信息工程學(xué)院學(xué)報,2012,27(3):267-272.Li Qilin,Fan Guangzhou,Zhou Dingwen,et al.Application of meteorological drought composite index in southwest China in 2009-2010[J].Journal of Chengdu University of Information Technology,2012,27(3):267-272.