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新型电力系统源网设备典型外部灾害防治挑战与展望

1、研究背景

2020年9月，习近平总书记提出了“双碳”国家战略目标，构

建适应大模风、光可再生能源消纳的新型电力系统成为国家重大战

略。1）风光新能源装机占比将高达50%以上，以支撑2030年12亿

千瓦以上的风光装机；2）承担风光新能源输送的特高压与直接承担

新能源消纳的配电网将迅速发展；3）为克服新能源波动，需配置风

电、太阳能装机容量5%〜15%的储能。随着新型电力系统模不断地

扩大，电网外部灾害对其影响也逐渐变得不可忽视。

2、研究意义

目前110~500kV电网输变电设备防冰、防火、防雷等灾害问题

经过长期的研究已具备一些较好的解决办法。然而，过去的电网防灾

减灾方法已无法满足新型电力系统中特高压、配电网、风光太阳能、

储能等防灾需求。同时，伴随全球气候变化，极端天气较过去发生频

率更高，影响更大，因此有必要梳理、分析特高压地线覆冰、输电线

路附近山火、配网雷击、风机覆冰与雷击、光伏防灾以及储能电池火

灾等新型电力系统主要外部灾害问题，并对未来新型电力系统外部灾

害防治技术发展进行展望。

3、重内容

1、特高压输电线路地线防冰

特高压输电线路是大型新能源基地电能外送的重要通道，受灾害

的影响和带来的冲击较传统电网更为严重。但特高压输电线路输送功

率大、线路距离长，常常不可避免地需要穿越高海拔山区，极易发生

严重覆冰，引起跳闸、断线，严重危及电网安全。冬季高负荷期间特

高压输送功率大，线路停电融冰代价高昂，而线路不停电地线融冰仍

存多项技术难点如：1）融冰产生高静电电压影响融冰设备安全稳定

运行，±800kV直流线路地线融冰回路，送电瞬时地线对地最大瞬

态静电电压达260kV,30s后地线对地静电电压仍高达30kV。2）

特高压地线线径大，所处位置高、风速大，融冰电流选取过大易损坏

地线，选取过小难以融冰，融冰电流值选取困难。3）特高压线路覆

冰段多位于高海拔山区，地线易覆冰，冬季需融冰操作次数多。现有

融冰装置自动化程度低，甚至需要临时接线，不具备远控功能，需人

员现场操作，融冰效率低，在大范围覆冰情况下，人员难以抵达，设

备运维困难，融冰准备时间长，影响融冰实施，对特高压地线融冰装

置操作便利性提出更高要求。

2022年1月±800kV宾金线受冰害期间覆冰情况

2、特高压输电线路防山火

我国山火频发，年均多达7万处。特高压输电线路走廊通道长,

常伴有附近植被茂密、杂草丛生，当遭遇持续干燥天气，易爆发山火，

山火引发植被燃烧产生的带电粒子和灰烬颗粒等物质均会导致空气

绝缘程度大幅下降，易造成特高压输电线路跳闸停电。山火已成为破

坏电网安全稳定运行和电力稳定供应的主要灾害之一。目前为应对山

火对电网造成的危害，两项主要的防灾技术为山火监测预警技术和直

升机山火防治技术。1）山火监测预警技术及时发现与处置初发山火

是减少山火对输电线路跳闸影响最重要的手段。输电线路分布广且大

多位于地形复杂的山区，相较于飞机、无人机巡航以及人工实地观测

等传统手段，利用遥感卫星监测山火具有监测范围广、成本低、时效

性高、数据获取迅速且不受复杂地形地貌影响的优势，在输电线路山

火监测中应用广泛。2）直升机山火防治技术快速灭火是阻止线路山

火跳闸的最有效手段，直升机飞行快、灭火快，人员不直接与火场接

触，成为更理想的山火灭火方式。

山火引发输电线路跳闸

3、配网线路雷击防治

配电网为用户供电，同时承担分布式风光新能源消纳，具有电能

配送、源荷平衡等多项核心功能，运行可靠性十分重要。近年来，全

球气候异常变化，自然灾害频发，而配网线路大部分无避雷线，导致

配网线路闪络事故频发，引发跳闸停电、绝缘子损坏。新型电力系统

对供电稳定性提出了更高的要求，配网防雷技术得到进一步关注。防

雷措施方面，为降低配电网雷击故障率，国内外相继提出了降低接地

电阻、增加线路绝缘强度等方法，但仍存在防雷效果有限、经济性差

等问题。

配网绝缘子雷击闪络

4、风机叶片雷击和覆冰防治

我国风力资源储备丰富，陆上和海上风电资源超过1000GW,风

力发电将成为替代化石能源发电的中坚力量。但风电新能源系统实际

运行中存在两大突出问题：1）风电机组多位于空旷的平原、沿海