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近幾十年來，全世界范圍內地震災害頻發(fā)，其中具有破壞性的大地震雖然只占小部分，但其危害性極大。歷次大地震的震害表明，電力系統(tǒng)在地震中一旦遭受破壞，不僅造成巨大的直接或間接經(jīng)濟損失，影響人民群眾的正常生活和社會生產(chǎn)，還給震后的抗震救災和應急救援帶來極大困難。

例如，2008年汶川8.0級大地震導致四川電網(wǎng)茂縣1座500kV變電站停運，13座220kV變電站停運，2座220kV用戶站停運，500kV線路3條、220kV線路56條故障跳閘，高達563.5萬kW裝機容量的機組解列，累計停電用戶246萬戶。電力系統(tǒng)直接經(jīng)濟損失106.62億元，由此產(chǎn)生的間接經(jīng)濟損失難以估量。

隨著全球自然災害的頻發(fā)，在各種小概率-高損失的極端災害事件下，基礎設施系統(tǒng)的損壞風險及應對措施的研究逐漸成為關注的熱點。其中，臺風和冰災對電力系統(tǒng)的破壞及防護措施得到廣泛而深入的研究，并已取得一定成效。電力系統(tǒng)可有效地應對臺風和冰災，主要原因在于氣象預報的準確性，以及這兩種災害從發(fā)生到對電力設施損害具有一定時延性。由于地震災害本身的隨機性、難以預測性及快速破壞性，對電力系統(tǒng)的影響研究造成極大困難。

目前，國內外學者針對電力系統(tǒng)在抗震性能方面的分析手段正逐漸從定性向定量分析發(fā)展，但尚處于初級階段；研究主要集中在電氣設備級，而對電力網(wǎng)絡的研究相對較少；在電網(wǎng)的研究中以輸電網(wǎng)居多，配電網(wǎng)鮮有。

有學者利用某次實際地震的統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析地震對電網(wǎng)的損壞程度，并定性提出抗震方案和災后快速恢復供電措施，但普適性有限。有學者根據(jù)汶川實際地震強度和電力設備損失統(tǒng)計數(shù)據(jù)，分析了變壓器和母線所處地點的峰值地面加速度（PGA）與設備易損性的關系。有學者通過地震中設備損害和潮流的估計推算了輸電網(wǎng)的可靠性。

歷次地震災害結果表明，雖然發(fā)電和輸電級別的損害對電網(wǎng)運行造成的影響更大，但直接連接終端供電用戶的配電網(wǎng)由于網(wǎng)絡復雜、災后修復時間長，致使快速恢復供電非常困難。災前加固的預防措施可以降低災害程度，但全網(wǎng)的改造對配電網(wǎng)建設來說資金投入太大，為了尋求地震中的配電網(wǎng)薄弱點，給災前預防控制策略提供依據(jù)，配電網(wǎng)在地震災害情況下的風險評估非常重要。

基于此，有學者建立了考慮共因失效的電力系統(tǒng)地震災害分析理論框架，并提出風險評估算法和指標體系。傳統(tǒng)電網(wǎng)風險評估方法通常只考慮電氣狀態(tài)量等物理特性，而有學者將復雜網(wǎng)絡理論應用于電力系統(tǒng)的風險分析中，綜合考慮了電網(wǎng)的運行特性及網(wǎng)絡拓撲結構，彌補了現(xiàn)有安全性評估方法的不足。

還有學者引入復雜網(wǎng)絡理論中的節(jié)點度與線路介數(shù)，分析了電網(wǎng)在遭受不同攻擊下的脆弱性，從而辨識出電網(wǎng)中的薄弱節(jié)點以及薄弱線路，分析了電力系統(tǒng)在極端事件下的抗毀性?？梢?，借助復雜網(wǎng)絡理論可進行有效的電網(wǎng)風險評估，并彌補傳統(tǒng)方法無法體現(xiàn)網(wǎng)絡拓撲對系統(tǒng)運行風險評估影響的不足。

西華大學電氣與電子信息學院、國網(wǎng)四川省電力公司阿壩供電公司的研究人員提出了地震場景的模擬方法和配電網(wǎng)在地震災害下的風險評估方法。

首先，他們詳細介紹了地震災害場景的建模過程，通過地震PGA來描述地震動強度，以此進行地震場景的模擬；其次，建立地震動強度和配電網(wǎng)設備脆弱性之間的關系模型，分析設備的受損比例，并通過蒙特卡洛模擬隨機地震場景，找出合理的配電網(wǎng)設備故障重數(shù)；然后，基于復雜網(wǎng)絡理論，引入網(wǎng)絡中心性量化地震災害對配電網(wǎng)的影響，進行地震災害下配電網(wǎng)的風險分析，尋求配電網(wǎng)的薄弱點；最后，通過實際案例分析配電網(wǎng)在地震災害下的風險，驗證了該方法的可行性。

圖1 隨機生成的1個地震源及配電網(wǎng)位置

圖2 配電網(wǎng)設備故障重數(shù)概率分布

同時，通過地震動參數(shù)衰減模型獲得了描述地震強度的方法，并結合地震目錄模擬各種地震場景。利用美國聯(lián)邦應急管理署開發(fā)的HAZUS技術手冊獲得配電網(wǎng)設備的地震脆弱性曲線，根據(jù)配電網(wǎng)設備受損比例的計算，通過蒙特卡羅模擬得到配電網(wǎng)設備在地震災害下發(fā)生概率最大的故障重數(shù)。在計算配電網(wǎng)風險的同時，考慮了配電網(wǎng)運行特性和網(wǎng)絡拓撲關系，如果是主干支路或帶有較大負荷的支路損壞，就可能造成較高的失負荷。

研究人員提出的地震災害下配電網(wǎng)的風險分析并不針對個體設備的損壞分析，而是從全網(wǎng)的角度分析受損設備比例，從而獲得網(wǎng)絡的風險指標，對配電網(wǎng)的防災減災具有指導意義。在今后的研究中，他們還將結合災前規(guī)劃和運行方式以降低地震的受損比例，并考慮優(yōu)化修復策略提高配電網(wǎng)對地震災害的抵抗能力，從而使系統(tǒng)性能恢復過程中負荷的損失達到最小化，以實現(xiàn)災后的盡快恢復供電。

以上研究成果發(fā)表在2020年第24期《電工技術學報》，論文標題為“地震災害模擬及配電網(wǎng)的風險評估”，作者為鄭國鑫、雷霞、王湘、羅小春。