电力系统如何抵御自然灾害：硬化策略与智能技术应用

电力行业正面临日益紧迫的电网加固需求，这涉及对电力基础设施的升级与强化，以应对极端天气、网络攻击以及不断攀升的用电需求。美国能源部已向参与电网现代化的相关机构提供数十亿美元资金，充分彰显了提升电力可靠性与韧性的重要战略意义。

部分企业正与能源机构携手合作，致力于降低极端天气及其他风险对设备造成的损害。FM公司是一家专注于损失预防的专业机构，为包括电力行业在内的多个领域提供保险服务。该公司依托其研究与测试中心，开展以研究为基础的工程实践，为客户提供涵盖涡轮机、变压器和发电机在内的设备风险评估信息。

FM公司电力发电业务首席工程师兼员工副总裁布莱恩·帕尔默，就如何在极端天气和自然灾害威胁加剧的背景下，提升电力发电与输送的可靠性和韧性，分享了他的专业见解。

问：电力公司和电网运营商可以通过哪些方式加固发电和输电设备？

帕尔默：除了实体层面的电网加固——例如引入更坚固耐用的设备——概念层面的加固同样至关重要，这是确保客户全年每天24小时稳定获得电力供应的必要条件。所谓概念层面的加固，本质上是一种持续的警觉意识，即将研究成果、工程最佳实践与历史损失数据融入全面的发电与电网韧性战略之中。这听起来简单，实则不然，其重要性丝毫不亚于为电力系统引入更先进、更坚固的新设备。

概念层面的加固，又称风险管理或损失预防，主要包含以下内容：

加固工作还可涉及将发电设备迁移至远离风险区域的位置。以FM公司为例，我们正在研究地面安装的光伏太阳能板在风暴事件中的最优收纳角度。将面板沿垂直面倾斜可以有效减少冰雹损害，但当风力成为变量时，理想的收纳角度会变得更加复杂，因为面板可能像帆一样兜住强烈的阵风。

问：在加固输电线路和铁塔的结构设计方面，是否有一些值得推广的做法，例如针对强风、冰雪等极端条件的工程设计？

帕尔默：是的——而且风电场尤为脆弱。雷击是高频次的危险事件，也是风电场常见的损失原因之一，往往导致叶片、涡轮机和电气系统受损。因此，我们将涡轮机及配套变压器的雷电防护设计列为重点关注内容。我们也积极鼓励客户采用经过实地验证的防护系统，包括通过FM认证流程独立评估和认可的产品。

我们建议安装雷电探测系统，在涡轮机遭受雷击时能够及时向运营人员发出通知。此外，我们还建议在机舱内部及周边设备上配置电涌防护装置、浪涌抑制器以及法拉第笼式防护结构。

问：电力发电和输电基础设施的加固工作是否应该包含对输电线路的远程监控？

帕尔默：是的。在FM公司，我们建议在技术可行的范围内，对电网进行尽可能全面的远程监控，包括无人机巡检、数字化工具以及人工巡检员。与此同时，我们还采用专业技术手段，例如油中溶解气体分析装置，它能够持续对变压器绝缘油进行采样，以捕捉运行状态的变化。

许多变压器损坏事故起源于电弧故障，而这类故障本可以通过油中溶解气体分析提前发现。变压器油中特定溶解气体含量的升高，往往是内部缺陷的典型信号。一旦气体浓度上升，故障概率也随之增大。

例如，乙炔气体含量的增加通常意味着内部电弧状况正在恶化。当乙炔气体浓度超过特定阈值时，变压器发生灾难性故障的风险已迫在眉睫，必须立即停止运行。遗憾的是，除此之外，变压器可能不会呈现出任何其他异常迹象。

这对于地理位置偏远的资产尤为重要，例如风电场和汇集变电站，这类场所的现场巡检频率较低，而单次故障就可能导致大规模发电中断。

问：人工智能（AI）可以在哪些方面发挥作用？

帕尔默：在FM公司，我们支持客户借助AI技术来检测和深入理解发电设备中出现的各类异常，包括振动、异常噪音和温度升高等。

AI可以帮助客户判断特定异常所代表的含义、潜在的损失风险，以及预防性维护的必要程度。这种基于事件驱动的维护方式，往往比基于固定周期的日历式维护更加有效，也更具成本效益。

许多设备制造商也会为客户提供发电设备的远程监控服务，而FM公司的财产损失预防数据手册中包含了可供参考的基准运行参数，能够为这一过程提供有力支持。

FM公司高度认可客户对数字孪生技术的应用，包括将其用作培训模拟器以及评估运营变更风险与影响的工具。当这些模型与真实运营数据相结合时，可以融入更广泛的AI解决方案，从而实现对新兴运营问题的识别与分析。

Q&A

Q1：电网"概念层面的加固"具体指什么内容？

A：概念层面的加固，也称风险管理或损失预防，指的是将研究成果、工程最佳实践和历史损失数据系统性地整合到发电与电网韧性战略中的一种持续警觉机制。它不同于实体加固（如引入坚固设备），而是强调对潜在风险的主动识别和预防，其重要性与实体加固同等关键，目的是确保客户全年稳定获得电力供应。

Q2：油中溶解气体分析如何帮助预防变压器故障？

A：油中溶解气体分析装置可持续对变压器绝缘油进行采样，通过监测特定气体含量的变化来判断内部健康状况。例如，乙炔气体含量升高通常是内部电弧恶化的信号，一旦超过特定阈值，变压器发生灾难性故障的风险极高，需立即停止运行。许多变压器故障在早期阶段并无其他明显迹象，因此该技术对于偏远地区的风电场等资产尤为重要。

Q3：AI技术在发电设备维护中能发挥哪些具体作用？

A：AI可帮助运营人员实时检测发电设备的异常状况，如振动、异常噪音和温度升高等，并对异常含义进行分析，预判潜在的损失风险。更重要的是，AI支持基于事件驱动的维护模式，比传统的固定周期维护更高效、更节省成本。此外，结合数字孪生技术和真实运营数据，AI还能对新兴运营问题进行识别与深度分析。