吳傳平，陸佳政，劉毓，楊莉

(國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南 長沙410007)

近年來，受人民生活習(xí)俗(如掃墓、燒荒、燒秸稈等)和當(dāng)時(shí)天氣(如連續(xù)干旱少雨)影響，國內(nèi)南方地區(qū)森林火災(zāi)頻發(fā)。而輸電線路經(jīng)?？缭缴交鹨装l(fā)地段，若山火發(fā)生在輸電線路附近，山火產(chǎn)生的污穢或引起的空氣放電將導(dǎo)致輸電線路跳閘，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行〔1〕。2005年至2010年，湖南電網(wǎng)220 kV 線路共發(fā)生34 起山火跳閘事故。2009年2月中旬，湖南電網(wǎng)發(fā)生500 kV線路跳閘3 次，均為山火造成;220 kV 輸電線路跳閘14 次，其中山火造成的跳閘為9 次。山火已成為湖南電網(wǎng)除冰凍和雷擊外造成線路跳閘次數(shù)最多的災(zāi)害〔2〕。

本文提出輸電線路山火防治技術(shù)體系，涵蓋輸電線路山火預(yù)測技術(shù)、監(jiān)測技術(shù)與應(yīng)急處置技術(shù)。研制的山火監(jiān)測系統(tǒng)和山火防治裝備在湖南電網(wǎng)成功應(yīng)用，應(yīng)用效果良好。

1 輸電線路山火防治技術(shù)體系的構(gòu)建

山火預(yù)測、監(jiān)測和應(yīng)急處置全方位的輸電線路山火防治體系如圖1 所示。防治技術(shù)體系由輸電線路山火預(yù)測技術(shù)、監(jiān)測技術(shù)和應(yīng)急處置技術(shù)三部分組成。山火預(yù)測技術(shù)提前預(yù)測出未來3 天或7 天山火發(fā)生情況，相關(guān)運(yùn)維單位可提前在山火重點(diǎn)區(qū)域做好防山火措施;通過山火監(jiān)測技術(shù)可監(jiān)測到輸電線路附近的山火并定位火點(diǎn)，發(fā)出告警信息，運(yùn)維單位人員可立即趕赴山火現(xiàn)場，確定火點(diǎn)位置和火勢情況;利用山火應(yīng)急處置技術(shù)可對初發(fā)小范圍山火進(jìn)行撲救滅火，避免山火蔓延擴(kuò)大，危及線路運(yùn)行，對于超出撲救能力的大范圍山火，可及時(shí)改變線路運(yùn)行方式，確保電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定。

圖1 輸電線路山火防治技術(shù)體系結(jié)構(gòu)圖

2 輸電線路山火預(yù)測技術(shù)

通過總結(jié)湖南歷史山火發(fā)生的規(guī)律，提出了湖南省輸電線路山火預(yù)報(bào)的“四要素預(yù)報(bào)方法”，即通過判斷如下4 個(gè)因子進(jìn)行預(yù)報(bào):

1)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活因素。湖南省山火發(fā)生時(shí)間段主要集中在春節(jié)、春耕、清明、中元(農(nóng)歷七月十五)、秋收、秋后燒荒6 個(gè)時(shí)間段。因此，在此6 個(gè)時(shí)間段應(yīng)重點(diǎn)防范，尤其是2月份、3月份。

2)氣象因素。山火發(fā)生同當(dāng)時(shí)的溫度、濕度、風(fēng)速等氣象因素有密切關(guān)系。發(fā)生山火時(shí)，湖南省的氣象條件一般呈現(xiàn)出溫度高、濕度較小的特點(diǎn)，一般在14 時(shí)的濕度低于30%，氣溫高于15℃。具體應(yīng)結(jié)合山火發(fā)生與氣象條件的影響規(guī)律，根據(jù)各地區(qū)山火發(fā)生的典型氣象因素閾值，開展各地區(qū)的山火預(yù)報(bào)。

3)衛(wèi)星熱點(diǎn)監(jiān)測結(jié)果。通過分析衛(wèi)星紅外遙感數(shù)據(jù)知，當(dāng)湖南省內(nèi)衛(wèi)星熱點(diǎn)總數(shù)已經(jīng)達(dá)50 個(gè)以上時(shí)，在合適的氣象條件下，未來發(fā)生電網(wǎng)大面積山火的可能性非常大。

4)地形因素。植被覆蓋豐富區(qū)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)密集區(qū)、墳場集中地等地形的山火發(fā)生概率大。

當(dāng)滿足上述4 個(gè)條件時(shí)，山火對電網(wǎng)的威脅急劇增大，需要加強(qiáng)戒備。

3 輸電線路山火監(jiān)測監(jiān)測技術(shù)

基于衛(wèi)星紅外數(shù)據(jù)〔3〕，開發(fā)了輸電線路山火監(jiān)測系統(tǒng)，原理結(jié)構(gòu)如圖2 所示。該系統(tǒng)由衛(wèi)星接收裝置、前端接收服務(wù)器、后端應(yīng)用服務(wù)器和山火預(yù)警服務(wù)器組成。衛(wèi)星通過紅外遙感傳感器獲取地面溫度數(shù)據(jù)，發(fā)送給地面衛(wèi)星接收裝置。衛(wèi)星接收裝置將數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，進(jìn)行圖片預(yù)處理，再將圖片傳輸給后端火點(diǎn)判識與預(yù)警服務(wù)器，進(jìn)行火點(diǎn)的判識與線路告警計(jì)算。最后將監(jiān)測與預(yù)警信息發(fā)布給輸電線路運(yùn)行維護(hù)單位，進(jìn)行山火應(yīng)急處置。

圖2 輸電線路山火監(jiān)測系統(tǒng)原理圖

通過衛(wèi)星數(shù)據(jù)判別出火點(diǎn)后，將火點(diǎn)經(jīng)緯度與輸電線路桿塔位置進(jìn)行距離計(jì)算，判別是否形成山火告警，若有告警，則將告警信息通過信息發(fā)布平臺(tái)及時(shí)告知運(yùn)維單位。線路告警判別模型為(d為火點(diǎn)與桿塔距離):

4 輸電線路山火應(yīng)急處置技術(shù)

長期以來，因缺乏有效的山火應(yīng)急處置裝備和技術(shù)，輸電線路在遭遇山火時(shí)，即使運(yùn)維人員在現(xiàn)場值守，仍無法阻止山火燒至線路致使跳閘。為了提高輸電線路運(yùn)維人員處理山火的能力，研發(fā)了適用于輸電線路山火滅火的滅火液和高壓細(xì)水霧滅火裝備，可對輸電線路初發(fā)小范圍山火進(jìn)行滅火，防治山火擴(kuò)大。

滅火液工作原理如圖3 所示。滅火液遇熱分解產(chǎn)生大量的氨氣、二氧化碳和水蒸氣，帶走大量的熱量并隔絕空氣，迅速降溫，并在燃燒物表面形成致密鹽層，提高燃點(diǎn)，從根本上阻止復(fù)燃，能滿足輸電線路山火迅速降溫和防復(fù)燃的要求。

便攜式高壓細(xì)水霧滅火器則利用高壓水泵將滅火液和水的混合液通過細(xì)水霧噴頭后產(chǎn)生的細(xì)小霧滴進(jìn)行滅火，霧滴平均直徑小于Φ1 mm，表面積大和空間分布密度高，遇火焰高溫后迅速汽化膨脹，使保護(hù)區(qū)的氧濃度大為降低，通過吸收大量熱量，具有很強(qiáng)的汽化降溫作用，達(dá)到迅速滅火的目的，且耗水量低，同時(shí)配合降溫防復(fù)燃滅火液，可以成倍提高滅火效果，防止復(fù)燃。

圖3 滅火液工作原理示意圖

5 應(yīng)用效果

2013年3月上旬，湖南地區(qū)氣溫迅速攀升至20 ℃以上，受前期連續(xù)陰雨天氣影響，春耕燒荒活動(dòng)集中在此時(shí)間進(jìn)行。

3月3日，利用輸電線路山火預(yù)測方法，提前發(fā)布了“全省天氣晴好，氣溫較高，春耕生產(chǎn)即將開始，全省輸電線路將發(fā)生較大范圍山火”的中期預(yù)報(bào)。3月4日及時(shí)發(fā)布了“山火藍(lán)色告警”(火點(diǎn)數(shù)50—100 個(gè))的短期預(yù)報(bào)，3月5—7日均發(fā)布了“山火黃色告警”(火點(diǎn)數(shù)100—300 個(gè))的短期預(yù)報(bào)，并指出了湘中及以南地區(qū)為重點(diǎn)關(guān)注地區(qū)。預(yù)報(bào)結(jié)論與實(shí)際山火發(fā)生情況非常吻合，有力指導(dǎo)了湖南電網(wǎng)線路運(yùn)維人員開展防山火工作。

2013年3月4—9日，通過輸電線路山火監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到湖南省山火火點(diǎn)總數(shù)達(dá)874 個(gè)，一級告警火點(diǎn)65 個(gè)，其中56 處一級告警火點(diǎn)均經(jīng)現(xiàn)場人員查勘得到證實(shí)。該系統(tǒng)為現(xiàn)場運(yùn)行維護(hù)人員準(zhǔn)確、快速發(fā)現(xiàn)線路山火提供了重要手段。3月6日監(jiān)測系統(tǒng)畫面如圖4 所示。

2013年3月至8月，利用高效滅火液和高壓細(xì)水霧滅火裝備，累計(jì)撲滅了40 余起嚴(yán)重威脅輸電線路安全的山火，有效地保證了耒煙線、耒真線等輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

應(yīng)用結(jié)果表明，輸電線路山火防治技術(shù)能有效提高輸電線路抵御山火災(zāi)害的能力，提高輸電線路運(yùn)行的安全可靠性。

6 結(jié)束語

文中提出了輸電線路山火預(yù)測、監(jiān)測與應(yīng)急處置于一體的輸電線路山火防治技術(shù)體系，并介紹了山火預(yù)測技術(shù)、山火監(jiān)測技術(shù)和山火應(yīng)急處置技術(shù)的內(nèi)涵，研發(fā)了相應(yīng)的系統(tǒng)和裝備，成功進(jìn)行了整體技術(shù)的應(yīng)用。應(yīng)用結(jié)果表明，輸電線路山火防治技術(shù)能有效提高輸電線路抵御山火災(zāi)害能力，提高線路運(yùn)行安全性和可靠性。

〔1〕胡湘，陸佳政，曾祥君，等． 輸電線路山火跳閘原因分析及其防治措施探討〔J〕． 電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào)． 2010，25(2):73-78．

〔2〕王正綱，李寧，張明敏． 山火對湖南電網(wǎng)運(yùn)行影響及應(yīng)對措施〔J〕． 湖南電力，2012，32(1):33-35．

〔3〕楊珊榮，李虎，余濤，等． 基于MODIS 的秸稈焚燒火點(diǎn)識別原理及算法IDL 實(shí)現(xiàn)〔J〕． 遙感應(yīng)用． 2009(2):91-97．