省域电网架空输电线路山火分布图省域电网架空输电线路山火分布图.pdf

第20卷 (2018年第1期)电力安全技术 40 谢 辉1，范明豪1，季 坤2，方登洲2，张佳庆1 (1.国网安徽省电力公司电力科学研究院，安徽 合肥 230601； 2.国网安徽省电力公司运维检修部，安徽 合肥 230009) 省域电网架空输电线路山火分布图 绘制研究 0 引言 近年来， 国家施行 “退耕还林” 以及 “封山育林” 等政策，提高了森林覆盖率。在全球极端气候条件 下，森林高火险天气持续出现；同时，季节或节日 (春节、清明等) 大量焚烧秸秆、燃放烟花爆竹或 焚烧纸钱，造成山火次数明显增加。 随着电网规模的不断扩大，在复杂地形条件下 的电网建设和设备维护工作也相应越来越多。大量 输电线路穿越植被茂密的林区与山区，山火严重威 胁输这些线路的运行可靠性。近年来发生了多起山 火造成的线路跳闸案例，如 2016-02-07，因山火 造成 500 kV 葛南线安徽电网境内跳闸；2014 年 春季，受山火影响，国家电网公司 220 kV 以上线 路有 47 条次紧急停运、17 条次降压运行、213 条 次退出重合闸。2010 年第 1 季度，山火引发南方 电网公司 220 kV 及以上电压等级线路发生 128 次 故障跳闸；20012008 年，南方电网公司所辖线 路因山火引发 37 次事故。如何有效防范山火，是 当前甚至今后较长一段时间输电线路运维工作面临 的严峻考验。 1 山火发生的影响因素 山火具有明显的季节、 时段特点， 与天气状况、 地理环境、植被和人员活动规律等有密切关系。省 域电网架空输电线路山火分布图绘制过程中，需考 虑地形、气候、植被等分布的影响因素。现以安徽 省为例进行说明。 1.1 地形分布 地形分布是决定输电线路山火发生频次的先 决条件之一。丘陵地区因为树木、森林杂布，输 电线路架设、人员活动均较多，是输电线路线下 山火高发区域；平原地区，可能因农作物收获时焚 烧秸秆而导致线下山火；高山地区 (比如海拔超过 1 000 m) 相对来说人员活动、 输电线路架设均较少， 山火风险较小。 1.2 气候分布 1.2.1 温度分布 温度是植被发生火灾的直接诱因之一。植被密 集地区，冬末春初草木干燥，如温度持续较高，则 容易引发山火；在夏季及秋季，因植被处于生长季 含水量较高，高温引发火灾的可能性不大。农作物 收割在夏、 秋季节性的秸秆焚烧也可能会引发山火， 且温度越高则风险越大。 1.2.2 降水及湿度分布 水是天然的灭火剂，某一区域降水量大，其山 火风险必然相对较低；同一区域某些时段如降水量 较同年其他时段或往年同一时段都高，则其山火风 险也自然相应降低。湿度表示空气中的含水量，湿 摘 要 在大量输电线路穿越植被茂密的区域，山火严重威胁这些线路的安全运行。介绍了 山火发生的影响因素、省域电网架空输电线路山火分布图的绘制方法；指出省域电网架空输电线路 山火分布图为投运输电线路 / 通道做好山火防范及应对措施提供支撑，也可为拟建线路 / 通道的选 址提供技术支持和咨询。 关键词 架空输电线路；火点密度；植被类型；燃烧危害等级；山火风险 41 第20卷 (2018年第1期)电力安全技术 度越高则燃烧越困难。降水少和湿度较低的区域更 容易引发山火。 1.2.3 风速风向 风速决定山火发生后的传播速度，风向决定山 火发生后的传播方向， 季风决定各地域的主要风速、 风向。各地域每天的风向变化有个大致规律： 平原 地区不明显；山区白天风从谷地吹向山坡 ( 谷风 )， 晚上风从山坡吹向谷地 ( 山风 )；湖泊白天风由湖 面吹向陆地(湖风)， 夜里风由陆地吹向湖面(陆风)。 安徽属季风气候区，冬季盛行偏北风，夏季以偏南 风为主，春秋季是风向转换季节。 1.2.4 日照时数分布 区域内的日照时数大，会间接造成温度升高、 气候干燥，在山区容易导致火灾，也会使平原、丘 陵地带的植被及农作物因光照而增大火灾风险，尤 其是春冬季。 1.2.5 水系分布 湖泊、河流、池塘等是天然的防火隔离带。山 火发展到水系时，可认为其自然熄灭。 1.3 植被分布 燃烧 3 要素：可燃物、氧化剂和点火能。植被 作为可燃物，是山火燃烧的基本要素，它决定山火 的强弱与影响范围。植被包括针叶林、 针阔混交林、 山地丘陵地灌木、阔叶林、平原地灌木草丛、秸秆 类农作物、草甸等。除以上植被，还存在果园、茶 园等栽培植物以及水域、城区、无植被地段。其中 风险最大的为针叶林，因为其燃烧时火势大、火焰 高，极易使导线对地距离大幅减小而导致放电，引 发跳闸。 1.4 输电线路山火隐患 1.4.1 山火隐患风险等级 为准确掌握所辖输电线路通道山火隐患信息， 应根据山火隐患特点进行全面排查。重点排查通道 300500 m 范围内集中坟场、零星坟墓祭祀、农 耕烧荒以及茅草等山火隐患，包括： (1) 线路通道内有林区或树木茂盛、灌木茂盛 或蒿草高大茂密且导线对地距离小，同时周围有农 田、菜地、坟地或邻近居民区等地段，人为火源多 且可燃物丰富，易因人为因素而使小火引燃林木， 山火隐患极大。 (2) 虽导线对地距离大，但线路通道内存在大 量高大乔木和杂木、灌木，且附近存在大量可能的 人为火源，山火隐患也很大。 (3) 线路档距跨越处在边坡、山脊时，因对地、 边坡距离小，且空气流通大或处在风口，附近又有 火源，容易导致迅速、大面积过火的山火发生，山 火隐患很大。 (4) 邻近城郊结合部或农村零散户的山地、林 地发生山火的几率高。因为该区域流动人员复杂， 用火随意性大，防范意识差；而农村零散户用火、 烧荒疏于看管，山火隐患很大。 综合考虑人为火源、植被类型 (易燃性)、距 离线路远近 3 方面因素，确定输电线路山火隐患风 险等级，如表 1 所示。 表 1 输电线路山火隐患风险等级 人为火源植被类型距离线路风险等级 燃放烟花炮竹、焚 烧垃圾等 松树、灌木等远 (2-3 km)1 级 焚烧木料、烧荒植 树等 灌木丛、农作物 秸秆等 较远 (1-2 km)2 级 焚烧秸秆、上坟祭 祖等 灌木丛、秸秆等较近 (1 km 内 )3 级 焚烧秸秆、上坟祭 祖等 茅草、蒿草、芦 苇等 较近 (1 km 内 )4 级 注：(1) 4 级风险等级最高，3 级次之，依此类推； (2) 如线路经过池塘、湖泊，山火风险等级下降 1 级。 1.4.2 重点防控时段 归类山火高发的季节、时段、天气状况，可总 结如下重点防控时段： (1) 冬末春初植被干枯，天气转晴、气温上升， 且少雨干燥期间； (2) 冬至、小年、春节、清明前后，集中祭祖 扫墓期间； (3) 夏秋季连续高温，天气晴朗干旱时段 (该 时段因植被生长旺盛，往往容易被忽视，但山火隐 患仍然存在，必须警惕); (4) 秋末冬初，天气干燥多风期间，同时农民 烧荒，也是山火高发期； (5) 中秋节期间因盛行施放孔明灯，也应高度 关注期间的山火防范。 2 山火分布图绘制 省域山火分布图绘制过程中，需先绘制 3 张基 本图层 (架空输电线路 GIS 图、火点密度分布图、 第20卷 (2018年第1期)电力安全技术 42 植被类型分布图 ) 及 3 张过程图层 ( 植被燃烧危害 等级分布图、电网山火风险分布图及电网山火风险 分布图 (修正)，最终形成省域电网架空输电线路 山火分布图。 其绘制步骤为：将省域火点密度分布图代入省 域架空输电线路 GIS 图后作为原始底图，叠加省域 植被燃烧危害等级分布图、省域电网山火风险分布 图(修正)， 得到省域电网架空输电线路山火分布图。 其中，省域植被燃烧危害等级分布图根据省域植被 类型图修订得到；省域电网山火风险分布图由省域 火点密度分布图、省域植被燃烧危害等级分布图按 一定规则合并生成；省域电网山火风险分布图结合 植被类型、隐患点和运行经验后，得到省域电网山 火风险分布图 (修正)。架空输电线路山火分布图 绘制程序框图如图 1 所示。 2.1 火点密度分布图 2.1.1 历年历史热点数据统计 火点密度分布图层数据来源为中国 FY-3 系列 卫星携带的中分辨率成像光谱仪 (MERSI)、可见光 红外扫描辐射计 (VIRR)、美国 EOSAqua 和 Terra 卫星携带的中分辨率成像光谱仪 (MODIS)、美 国 NOAA-16/18/19 卫星携带的高分辨率辐射计 (AVHRR)、欧洲 NPP 卫星携带的可见光红外成像 辐射仪 (VIIRS) 等星载探测仪。数据包括地区、热 点经纬度、监测时间等内容，安徽省 20112015 年部分区域热点数据如表 2 所示。 表 2 安徽省 20112015 年热点数据 (部分区域) 区域经度纬度时间 安徽黄山市歙县118.45129.8952013-09-04 安徽贵池市117.2430.4532013-09-02 安徽巢湖市市区117.931.5212013-09-02 安徽马鞍山市市区118.55731.7182013-09-02 2.1.2 数据筛选与分类 卫星监测热点数据只能对高于地面温度的位置 进行定位，但不能识别该热点是否为火源，不能反 映实际山火数据，因此需要剔除大量非火点，如一 些常规热源 (砖厂、工业烟囱等)、非火源引起的 图 1 架空输电线路山火分布图绘制程序框 热点数据地理资料 网格划分 火点密度计算 山火风险级别 级别修正 架空输电线路山火 分布图 插值 植被数据 植被归类 燃烧危害等级划分历史山火数据山火故障数据 植被燃烧危害等级 分布图层 植被燃烧危害等级 分布图层 山火隐患数据运行经验数据 数据筛选 火电密度分数 火点密度分布图层 火点数据 43 第20卷 (2018年第1期)电力安全技术 异常高温点 (建筑物反射、太阳耀斑等)、不会引 起山火的火源等。 2.1.3 火点密度计算 将省域划分为 0.25 0.25 经纬度的基准网 格。网格面积计算方法： 地球平均半径R0=6 371 km， 忽略地面起伏的影响，沿地球表面任一经度跨越 1 ，纬度经过的距离为d1： d1=2R0/360=111 km (1) 北半球沿地球表面任一纬度线跨越 1 ，经度 经过的距离d2与纬度有关： d2=2cosR0/360=cosR0/180 (2) 安徽省纬度范围是 2941 3438 ，取平 均值 31 15 计算单位纬度线边长： d2=R0cos(32.25 )/180=94.5 km； 则单个网格面积为： 0.251110.2594.5=652.4 km2； 再根据历年历史火点数据，计算每个网格内年 均火点密度 (单位为：个 / 百 km2年)。表 3 为 安徽省 20112015 年部分区域火点密度。 表 3 安徽省 20112015 年火点密度 (部分区域) 项目数据 经度，116.625116.875117.125117.375117.625 纬度，29.87529.87529.87529.87529.875 火点数4252667112 密度，个 / 百 km2年 0.001 226 0.007 664 0.007 9710.020 540.034 335 2.1.4 插值计算 利用表网格坐标和火点密度，在地理信息软件 ARCGIS10.0 中进行克里金插值计算，得到指定像 元大小精度的栅格图层。 2.1.5 火点密度分级 按照表 4 的分级原则，将插值后的栅格图层中 的火点密度从低到高分为 14 级。近 5 年平均日 山火发生次数 2 次 / 万 km2，取日均火点密度 2(个 / 万 km2) 以上为 4 级火点密度级别，再以等 差方式设置 1，1.5，2(个 / 万 km2)3 个数据截断 点，折合成个 / 百 km2 年，即 3.65，5.48，7.30。 表 4 为火点密度等级分级。 分别以蓝、黄、橙、红表示 1 级、2 级、3 级、 4 级火点密度等级，叠加到省域行政地图，即得到 省域火点密度分布图层。 图 2 为安徽电网火点密度分布。 表 4 火点密度等级分级 等级 火点密度D， 个 / 百 km2年 含义 1 级D 3.65 无火点，表