引言
随着全球气候变化加剧，极端天气事件（如强台风、特大暴雨、极端高温、冰雪灾害等）的频率和强度显著增加，对电力系统的输配电环节构成了严峻挑战。输配电工程与技术作为电力系统的“血管”和“神经”，其安全稳定运行直接关系到社会经济的正常运转和人民生活的稳定。本文将深入探讨输配电工程与技术如何通过技术创新、工程设计优化、智能运维和应急响应等多维度策略，有效应对极端天气挑战，保障电网的安全稳定运行。
一、极端天气对输配电系统的主要威胁
1.1 强风与台风
强风和台风主要威胁架空线路和杆塔结构。风速超过设计值可能导致杆塔倾斜、倒塌，导线舞动甚至断裂。例如，2018年超强台风“山竹”袭击中国华南地区，导致多条220kV及以下线路跳闸，部分杆塔倒塌，影响范围广泛。
1.2 暴雨与洪涝
暴雨和洪涝灾害易引发山体滑坡、泥石流，冲毁杆塔基础，淹没变电站和配电房。同时，雨水可能导致绝缘子闪络、设备短路。2021年河南特大暴雨中，郑州多座变电站被淹，导致大面积停电。
1.3 极端高温
持续高温会增加导线弧垂，降低对地安全距离，可能引发放电。同时，高温导致变压器等设备散热困难，绝缘老化加速，负载能力下降。2022年夏季，中国南方多地遭遇持续高温，电网负荷屡创新高，部分变压器因过热而故障。
1.4 冰雪灾害
覆冰会导致导线重量增加，可能压垮杆塔；冰凌脱落可能造成短路；覆冰还可能引起导线舞动，导致金具磨损、断线。2008年中国南方冰雪灾害中，大量输电线路覆冰严重，造成大面积停电，经济损失巨大。
1.5 雷电
雷电是输配电系统最常见的自然灾害之一。雷击可能导致线路跳闸、设备损坏，甚至引发火灾。雷电活动在极端天气中往往更为频繁和强烈。
二、输配电工程与技术的应对策略
2.1 工程设计与建设阶段的强化
2.1.1 提高设计标准与冗余度
- 提高设计风速、覆冰厚度标准：根据历史气象数据和未来气候预测，动态调整设计标准。例如，在台风频发区，将设计风速从30年一遇提高到50年一遇。
- 采用冗余设计：在关键线路采用双回路或多回路设计，确保单回路故障时不影响供电。例如，城市核心区的110kV线路普遍采用双回路架设。
- 加强杆塔基础：在易受洪水冲刷的区域，采用深基础或桩基础；在软土地区，采用扩大基础或复合地基。例如，沿海地区杆塔基础深度通常比内陆增加20%-30%。
2.1.2 选用耐候性材料与设备
- 导线：采用耐热铝合金导线（如AAAC）或钢芯铝绞线（ACSR），提高抗拉强度和耐高温性能。在覆冰区，可选用防冰导线（如自阻尼导线）。
- 绝缘子：在污秽严重或潮湿地区，采用复合绝缘子（硅橡胶），其憎水性和抗污闪能力强于瓷绝缘子。例如，南方沿海地区广泛使用复合绝缘子。
- 变压器：选用低损耗、高过载能力的变压器，并配备强油风冷或水冷系统。在高温地区，可采用油浸式变压器并增加散热片。
2.1.3 优化线路路径选择
- 避开地质灾害高发区：利用GIS（地理信息系统）和遥感技术，分析地形、地质、气象数据，选择更安全的线路走廊。
- 缩短线路长度：在可能的情况下，采用更高电压等级（如500kV代替220kV）以减少线路长度，降低故障概率。
2.2 智能监测与预警技术
2.2.1 气象监测与预警系统
- 微气象站：在输电线路沿线部署微气象站，实时监测风速、风向、温度、湿度、降雨量、覆冰厚度等参数。数据通过无线网络（如4G/5G、LoRa）传输至控制中心。
- 气象预报融合：将微气象数据与国家气象局的数值预报模型结合，提前24-72小时预测线路走廊的天气情况，为调度和运维提供决策支持。
2.2.2 线路状态监测
- 导线温度与弧垂监测：在导线上安装光纤测温传感器或无线测温装置，实时监测导线温度，计算弧垂，防止对地距离不足。
- 覆冰监测：采用图像识别技术（摄像头+AI算法）或力学传感器（称重传感器）监测覆冰厚度。例如，华为的AI覆冰监测系统可通过摄像头拍摄导线图像，自动识别冰层厚度。
- 杆塔倾斜与振动监测：在杆塔上安装倾角传感器和加速度计，监测杆塔倾斜和振动情况，及时发现基础沉降或风振问题。
2.2.3 设备状态监测
- 变压器在线监测：通过油色谱分析（DGA）、局部放电、红外测温等技术，实时监测变压器内部故障和过热情况。
- 电缆温度监测：对于地下电缆，采用分布式光纤测温（DTS）技术，沿电缆敷设光纤，实时监测全线温度，防止过热损坏。
2.3 智能运维与快速响应
2.3.1 无人机与机器人巡检
- 无人机巡检：在极端天气前后，使用无人机对线路进行快速巡检，检查杆塔、导线、绝缘子等部件的损坏情况。无人机可搭载高清摄像头、红外热像仪、激光雷达等设备。
- 巡检机器人：在变电站内，使用轮式或轨道式机器人进行设备巡检，监测设备温度、声音、图像等，减少人工巡检风险。
2.3.2 自动化与远程控制
- 智能开关与重合闸：在配电网中，采用智能开关（如柱上开关）和自适应重合闸技术，自动隔离故障区段，快速恢复非故障区段供电。
- 分布式电源接入：在配电网中接入分布式光伏、储能等，形成微电网，在主网故障时可孤岛运行，保障重要负荷供电。
2.3.3 应急响应与抢修
- 应急指挥系统：建立基于GIS的应急指挥平台，实时显示故障位置、抢修队伍位置、物资储备等信息，优化抢修路径。
- 移动应急电源：配备柴油发电机、移动储能车等，为重要用户（如医院、通信基站）提供临时供电。
- 抢修队伍与物资储备：在易受灾地区提前部署抢修队伍和物资（如杆塔、导线、绝缘子等），缩短抢修时间。
2.4 配电网的韧性提升
2.4.1 配电网自动化
- 馈线自动化（FA）：通过智能开关和通信网络，实现故障区段的自动定位、隔离和恢复。例如，采用基于电流差动保护的FA系统，可在毫秒级隔离故障。
- 自愈电网：利用人工智能算法，预测故障并提前调整运行方式，实现电网的自我修复。
2.4.2 微电网与孤岛运行
- 微电网技术：在工业园区、社区等建设微电网，集成光伏、储能、燃气轮机等，平时并网运行，主网故障时可孤岛运行，保障关键负荷。
- 虚拟电厂（VPP）：聚合分布式资源，参与电网调峰调频，提高系统灵活性。
2.4.3 配电自动化设备升级
- 智能配电变压器：配备智能终端（TTU），监测电压、电流、功率、温度等，支持远程调压和故障诊断。
- 智能电表（AMI）：实现用户侧数据采集和需求响应，在极端天气下可通过价格信号引导用户错峰用电，减轻电网压力。
三、案例分析：中国南方电网应对台风“山竹”的实践
3.1 背景
2018年9月，超强台风“山竹”登陆中国广东，中心附近最大风力达15级（50米/秒），对广东电网造成严重破坏。
3.2 应对措施
事前预警与准备：
- 提前72小时启动应急响应，利用微气象系统预测台风路径和强度。
- 加固杆塔基础，修剪线路走廊树木，清理排水沟。
- 储备应急物资：杆塔500基、导线1000公里、绝缘子10万只。
事中监测与控制：
- 启用无人机巡检，实时监测线路受损情况。
- 调度中心调整运行方式，提前转移负荷，防止连锁故障。
- 投入移动应急电源车，保障医院、通信等重要用户供电。
事后抢修与恢复：
- 采用“先通后复”策略，优先恢复主干线路和重要用户。
- 利用GIS系统规划最优抢修路径，调度抢修队伍。
- 48小时内恢复95%用户供电，72小时内全面恢复。
3.3 效果与启示
- 技术应用：无人机巡检效率比人工提高5倍，微气象预警准确率达90%以上。
- 管理创新：跨部门协同（电力、气象、交通）机制有效。
- 经验总结：需持续投资智能监测设备，加强配电网韧性建设。
四、未来发展趋势
4.1 数字化与智能化深度融合
- 数字孪生技术：构建电网的数字孪生模型，实时模拟极端天气下的电网状态，优化调度和运维策略。
- 人工智能应用：利用AI预测故障、优化巡检路径、自动生成抢修方案。
4.2 新材料与新技术的应用
- 超导电缆：在城市核心区采用超导电缆，提高输电容量，减少占地面积，增强抗灾能力。
- 柔性直流输电：在跨区域输电中采用柔性直流技术，提高电网稳定性和抗干扰能力。
4.3 气候适应性规划
- 气候模型集成：将IPCC（政府间气候变化专门委员会）的气候模型与电网规划结合，预测未来50-100年的极端天气风险，指导长期投资。
- 韧性电网标准：制定新的电网韧性标准，要求电网在极端天气下保持一定供电能力（如90%用户供电）。
4.4 社会协同与公众参与
- 需求响应：通过智能电表和价格机制，引导用户在极端天气下减少用电，缓解电网压力。
- 公众教育：提高公众对电网安全的认识，减少因外部因素（如树木倾倒）导致的故障。
五、结论
输配电工程与技术应对极端天气挑战是一个系统工程，需要从设计、监测、运维到应急响应的全链条创新。通过提高设计标准、应用智能监测技术、优化运维策略和提升配电网韧性，电网的安全稳定运行能力将显著增强。未来，随着数字化、智能化技术的深入应用，电网将更加“聪明”和“强壮”，能够更好地适应气候变化带来的不确定性，为社会经济发展提供可靠的电力保障。
（注：本文基于2023年前的公开资料和行业实践撰写，部分技术细节可能随行业发展而更新。）