青海电网山火分布及预防措施

蒋 玲，张永胜，董生成，王志惠 马旭东，张成磊，马志安，沈 洁

(1.国网青海省电力公司电力科学研究院，青海 西宁 810008；2.国网青海省电力公司，青海 西宁 810008；3.国网青海省电力公司海西供电公司，青海 西宁 817000)

0 引言

近年来，国内外大大小小的山火事故发生不断，给电力系统和国民经济造成了极其严重影响。如2019年四川凉山州木里县森林由于雷击树木引发山火，2020年四川凉山州西昌市森林由于受特定风力风向作用导致电力故障再次引发山火，连续两年的火灾事故造成了人力、物力及电网的巨大损失〔1,2〕。美国加州由于地中海气候、丰富的森林资源及干旱高温等特殊地理环境导致山火频发，甚至导致加州电力出现数千兆瓦缺口〔3〕。又如2019年的澳洲山火烧到了2020年，毁坏面积巨大，甚至导致部分城镇电力及通讯均中断〔4,5〕。青海电网在2018年至2019年期间也发后发生三起因山火导致的线路跳闸故障。虽然自然环境无法改变，但对于电网而言，输电线路路径却是可以尽量避免选择在山火易发区域，如若无法完全避开，也可以根据路径的实际情况采取必要的防范措施，这就需要根据地区山火等级情况进行有针对性的规划。因此，本文结合青海省植被分布情况、目前线路走廊山火隐患分布特征及有效火点密度等首度绘制了青海电网架空输电线路山火分布图，有利于今后输电线路路径的选择及特殊时期运维策略的制定。

1 引发青海山火的因素

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。一般认为山火引起线路跳闸的故障机理是山火高温燃烧造成热空气电游离 (山火燃烧温度可达1 000 ℃以上, 而一般气体明显热游离温度为727 ℃)〔6〕,使输电线导线空气间隙绝缘强度降低并被击穿而引发线路跳闸〔7,8〕。此外，据国内外多年研究的结论，影响外绝缘强度的主要气象参数是气压、空气密度和空气湿度，这三个参数均随海拔升高而有规律地降低〔9,10〕。青海电力所在的青藏高原，其独特的地理自然环境对山火防治提出了更严苛的要求，即青海电网山火防治需考虑本地海拔、地形、气候、植被分布等影响因素。

1.1 地形地貌

地形分布是决定输电线路山火发生频次的先决条件之一。青海地势高耸且高差悬殊，全省平均海拔3 000米以上，最高点位于昆仑山的布喀达坂峰为海拔6 851米，最低点位于海东市民和县马场垣乡境内(青海省最东端)与甘肃交界处，海拔1 644米，海拔高差达5 207米〔11,12〕。全省地貌类型复杂多样，有高耸挺拔的山脉、辽阔的高原、大小高度不等的盆地和缓起伏的丘陵以及宽展的谷地、幽深峡谷等〔13〕。丘陵谷地会因为树木、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，可能因农作物烧荒而引起线下山火；高山地区相对来说人员活动、输电线路架设均较少，山火风险小。表1统计了青海省不同高度带及地形比重。

表1 青海省不同高度带及地形比重统计表

由上表可以发现，省境内海拔3 000 m以上地域占72%，2 000 m以下地区只占0.1%。山地面积占全省总面积的一半以上，海拔3 000 m以上的山地占全省总面积的五分之二以上。

1.2 气候分布

青海省深居内陆，远离海洋，虽处在暖温带维度，但由于受高原地形阻隔，降水稀少，形成以寒冷、干旱、多风为特点的高原大陆性气候〔14〕。考虑植被燃烧与温度分布、降水分布直接相关，青海省在此两方面的特征为：

(1)气温普遍较低，地区差异显著，垂直变换明显

全省年平均气温-5.6 ℃～8.9 ℃。海拔高度不同，各地气温差异很大，如青海东部平均海拔2 500 m以下，年均气温3 ℃～9 ℃，成为全省的暖区〔15,16〕。西北部柴达木盆地、共和盆地等，平均海拔3 000 m左右，年均温2 ℃～5 ℃，成为全省的次暖区；海拔4 700 m以上的青南高原可可西里、东昆仑山地、祁连山地等，年均温-4 ℃以下，成为全省冷区，其他区域年均温在2 ℃左右，成为全省次冷区〔17〕。

(2)降水量少，且地域差异大，季节变化明显

全省年平均降水量15.0 mm～750 mm，降水量总体呈现东多西少南多北少格局〔18〕。降水量季节变化明显，巴颜喀拉山以北降水量集中于5～9月，以南集中于6～9月，此间降水量约占半年的一半以上；东部农业区近40 %的降水量集中于7月、8月，11月至翌年3月的降水量仅占全年的1 %～5 %〔18〕。

1.3 植被情况

依据青海省政府信息与政务公开办公室发布的地理和自然状况信息显示〔19〕：全省林地总面积1 096万公顷，占全省国土面积的15.3 %。森林面积452万公顷，森林覆盖率达到6.3 %，,现有森林公园23处、总面积54万公顷，其中国家级森林公园7处、面积29万公顷，省级森林公园16处、面积25万公顷。全省草地面积4 193.33万公顷。国家级良种基地4个，面积0.11万公顷。全省湿地面积814.36万公顷，占全国湿地总面积的15.19 %，湿地面积居全国第一。有高等被子植物1.2万种；

全省植被分布点多面广，输电线路山火防治不仅要考虑植被分布和类型，还需配合森林草原设防等级防范由线路故障等引起的火灾隐患。

2 青海电网输电线路山火隐患

2.1 青海电网架空输电线路山火隐患点分析

统计青海电网近5年内，110 kV及以上架空输电线路共发生山火事故7起，其中跳闸3起，引发山火的主要植被是杂草、灌木丛。故障信息见表2。

表2 青海电力系统110 kV及以上输电线路走廊山火故障信息表

分析近5年山火故障跳闸事件，总结青海电力系统山火故障特征如下：

(1)山火跳闸一般发生在2月～4月，属于冬季植被枯萎时节，大量的茅草、灌木等人为火源(烧荒、祭祀)着火，进而形成大范围山火。

(2)造成线路山火跳闸的主要原因在于线路周边居民隐患意识不到位，上坟祭祀、盲目烧荒、燃放烟花爆竹等行为是引发山火的直接原因。

(3)线路走廊下方或附近易燃植被大规模燃烧后产生的火焰和浓烟(含草木灰)会造成线路高低压端空气间隙不足，进而造成线路放电接地。

在防范输电线路因山火而跳闸的同时，也需要重点防范因输电线路本身缺陷或故障进而引发线下森林草原火灾，考虑森林草原性质及防护等级，梳理得出了青海电网架空输电线路穿越森林草原隐患点50处，在山火图绘制时需特别考虑。

结合青海电力系统山火故障统计的数据及结论，为准确掌握架空线路山火防治重点区域，对距离架空输电线路3千米范围内，存在零星祭祀、烧荒、燃放烟花等人为火源且附近有易燃植被覆盖，可能因山火导致架空输电线路运行故障的地点进行统计，最终梳理得出青海电网输电线路走廊存在245个山火隐患点，其不同类型山火隐患点个数见表3,结果显示祭祀活动产生的隐患比重最大，其次是烧荒。

表3 青海电力系统110 kV及以上输电线路走廊山火隐患点统计表

2.2 山火防控重点

归类青海电网山火故障和输电线路走廊山火隐患点，可总结如下山火防控重点：

(1)冬末春初，植被枯萎堆积，少雨干燥，气温上升，由季节气候变化调整防山火力度。

(2)防范人为因素引起的山火隐患，如秋末冬初，天气干燥多风期间农民烧荒，冬至、小年、春节、清明前后集中祭祀扫墓等。加强对统计线路重电区段的防山火力度，由山火隐患点调整防山火资源配置。

(3)做好人员活动密集处的防山火宣传工作。

3 山火分布图绘制

结合青海电网地域特色，根据架空输电线路山火分布图绘制导则绘制青海电网输电线路山火分布图。具体过程是将火点密度分布图代入输电线路GIS图作为底图，叠加植被燃烧危害等级分布图后得到输电线路山火风险等级图，综合山火隐患数据和输电线路运行经验进行修正得到成图，绘制程序如图1〔20〕。

图1 架空线路山火图绘制程序

架空输电线路山火分布图是山火风险划分的最终结果，根据绘制导则确定青海电网的火点密度分级、植被燃烧危害分级以及山火风险分级，最终成图能清晰地展现青海各地区及架空线路所在位置的山火风险等级，为实现山火防治资源优化配置和新建、改建架空输电线路防山火规划设计提供参考。

3.1 火点密度分布图层

火点密度分布图层原始数据为青海省近5年卫星火点监测数据和林业部门发布的火点数据及线路运维人员上报的山火信息，如图2所示。通过数据筛选删除无效热点，如一些常规热源(砖厂、工业烟囱)、非火源引起的异常高温点(建筑物反射、太阳耀斑)、不会引发山火的火源(部分农民烧荒、焚烧秸秆)等，得到全省有效火点101个，其中海东和果洛等地较为集中。

图2 卫星火点监测数据+林业部门发布的林火监测数据

将得到的有效火点数据经火点密度计算，利用ArcGIS软件进行克里金插值计算，得知全省火点密度分级为一级，表示无火点或火点极少，山火发生的可能性小，这与本地区地广人稀且广布湿地沼泽、无人区的特征相符合。

3.2 植被燃烧危害等级分布图层

植被燃烧危害等级由各地植被类型与山火的关系确定。青海省全省分布的林地和疏林地按山系划分时，分别属于祁连山、西顷山、巴颜喀拉山、东昆仑山和唐古拉山5条山脉，各山系森林资源面积占全省森林资源面积比例如图3所示，各山系植被类型及位置见表4所示〔21〕。

图3 各山系森林资源面积占比图

表4 各山系主要植被类型及分布位置

根据植被类型及位置与山火的关系，并考虑青海电网架空输电线路穿越森林草原的50处隐患点，最终确定了青海省植被燃烧危害等级图，如图4所示。

图4 青海电网植被燃烧危害等级图

3.3 山火风险分布图层

山火风险分级原则上按照“植被燃烧危害等级与火点密度等级求平均后向上取整”的方式获得，考虑全省无人区(如可可西里等区域)、祁连山脉、昆仑山脉等地火点密度低、植被燃烧危害等级较高，依据线路运行经验将该类地区山火风险设为一级，但为保障输电线路和森林资源安全，将穿越该类地区的线路周边、乡镇府、公路、旅游景点、村庄、集中游牧点等区域5 km以内地段设置为二级。考虑水体具备天然的隔火带作用，将非一级区域的水体边缘划分为一级，进行等级过渡。

最终层图结果显示：

(1)青海省山火风险等级最高为三级。

(2)西宁和海东火点密度较大、植被燃烧危害等级三级及以上片区较多，考虑人员活

纷繁、线路密集，将全境设为山火风险三级。

(3)对架空线路跨越五大山系森林且火点密度和植被燃烧危害等级较高或人员活动较集中的少数地段(巴颜喀拉山系班玛东南地区、通天河中游和下游、囊谦县东南扎曲河下游地区、祁连县北植被燃烧等级为四级地段、阿尼玛卿山至龙羊峡水库河流沿线附近、同仁县及尖扎县周边、天峻县沿布哈河下游至青海南山北糜地段)山火风险设为三级，柴达木盆地腹地、可可西里等无人区和各水体山火风险设为一级。

(4)其余地区山火风险等级设为二级。

3.4 输电线路走廊山火隐患点分布图层

输电线路走廊山火隐患点分布图层是依据电网运行经验数据和山火隐患数据对线路走廊通道的火灾隐患进行分级，该图层最终将用于对山火风险分布图的修正。具体过程是在全省网架线路走廊，利用表2的山火跳闸故障数据、表3中245处具体的输电线路走廊山火隐患点和统计得到的50处架空线路穿越森林草原隐患点进行分析，依据山火隐患点所在隐患直径、森林设防等级和线路穿越的实际情况对线路走廊山火隐患进行分级。表5罗列了部分输电线路走廊山火隐患点风险等级。

表5 青海电网架空线路部分山火隐患分级统计表

3.5 山火分布图成图

在山火风险分布图的基础上，经输电线路走廊山火隐患点分布图的修正和相应平滑处理。山火分布图划分山火风险等级由轻到重为一级、二级、三级、四级区域，最终得到的青海电网架空输电线路山火分布图，不仅体现了当前线路通道的山火隐患防范等级，也整体体现了全省的山火隐患分布，可为输电线路防山火资源差异化配置和今后线路规划提供参考依据，成图如图5所示。

图5 青海电网架空输电线路山火分布图

3.6 山火图的使用

(1)运维单位对参照山火分布图，逐基排查存在山火隐患风险的线路杆塔，并按照风险等级高低逐步整改到位。

(2)运维单位可根据山火分布图对架空输电线路采取分区域、分时段、有重点的差异化防范措施：对本地区防山火重点区段加强巡视力度并提前制定防控措施，对山火风险三级区域以及穿越林区四级风险线路区域，按照季节调整(缩短)巡视周期。

(3)新建线路宜避开山火易发区(如成片林区、竹林区、多坟区、人口密集区及农耕习惯性烧荒区等)，无法避让时，宜采用高跨设计，并适当提高安全裕度；无法采用高跨设计时，重要输电线路应按照相关标准开展通道清理；设计阶段当线路经过线路山火风险三级区域时，应适当提高导线对地距离。

4 结论

输电线路山火跳闸通常因输电导线的电气外绝缘遭山火破坏而导致放电产生，防山火工作是一项长期、艰巨的任务，需要排查到位、全面监控、主动防范、及时发现及时响应、果断处置，才能有效杜绝输电线路山火跳闸。近几年青海电网构架不断壮大，架设输电线路覆盖区域愈加广阔。为应对高海拔、独特的高原山地气候、纷繁对样的地形地貌、星罗棋布的复杂植被和高频次的人员活动(烧荒、祭祀等)，依据青海地区卫星监测火点数据、本地区植被数据、架空线路山火隐患和运行数据等，经过综合考虑滚动制定青海电网架空线路山火分布图。

架空线路山火分布图是指导各运维单位开展架空输电线路山火防治工作的基础，是实现山火防治资源优化配置，提高青海电网山火防治水平的重要工具，可为新建、改建架空输电线路防山火规划设计的重要参考。