Прогнозирование возгорания лесного пожара, вызванного динамическим раскачиванием проводника при сильном ветре

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 3998 (2023) Цитировать эту статью

1600 Доступов

108 Альтметрика

Подробности о метриках

Во время сильного ветра и засушливых погодных условий электроэнергетические системы могут стать причиной катастрофических лесных пожаров. В частности, контакт проводника с растительностью был признан основной причиной возгорания лесных пожаров, связанных с коммунальными предприятиями. Существует острая необходимость в точном анализе риска лесных пожаров для принятия оперативных решений, таких как управление растительностью или превентивное отключение электроэнергии. В этой работе изучается механизм возгорания, вызванный раскачиванием проводника передачи на близлежащую растительность, что приводит к вспышке. В частности, исследуемое предельное состояние определяется как вторжение проводника в предписанный минимальный зазор от растительности. Стохастические характеристики реакции динамического смещения многопролетной линии передачи получаются посредством эффективного спектрального анализа в частотной области. Вероятность вторжения в указанное место оценивается путем решения классической задачи первого обхода. Эти проблемы часто решаются с использованием статически-эквивалентных моделей. Однако результаты показывают, что вклад случайных ветровых трясок в динамическое смещение проводника заметен при турбулентных сильных ветрах. Игнорирование этой случайной и динамической составляющей может привести к ошибочной оценке риска возгорания. Прогнозируемая продолжительность сильного ветра является важным параметром для определения риска возгорания. Кроме того, вероятность вторжения оказывается очень чувствительной к вырубке растительности и интенсивности ветра, что подчеркивает необходимость получения данных с высоким разрешением для этих величин. Предлагаемая методология открывает потенциальные возможности для точного и эффективного прогнозирования вероятности возгорания, что является важным шагом в анализе риска лесных пожаров.

Лесной пожар, также известный как лесной пожар, может возникнуть при неблагоприятных погодных условиях (низкая влажность, высокая температура, сильный ветер и т. д.) в сочетании с сухим растительным топливом. В последние десятилетия лесные пожары стали серьезной угрозой по всему миру, например, в южной Европе, Северной Америке и юго-восточной Австралии1,2,3. Лесные пожары в разных регионах имеют региональные особенности, поскольку местные условия влияют на типичные причины возгорания, поведение пожара и т. д. В Соединенных Штатах лесные пожары представляют собой особенно серьезную опасность в Калифорнии, которая страдает от частых разрушительных лесных пожаров. Департамент лесного хозяйства и противопожарной защиты Калифорнии (CAL FIRE) сообщил, что в период с 2016 по 2020 годы в Калифорнии в среднем ежегодно происходило 3217 случаев лесных пожаров и 624 728 сожженных акров земли. Хотя лесные пожары могут возникнуть по самым разным причинам (например, молния, поджог, курение и т. д.), было показано, что линии электропередач являются единственным источником возгорания, который не снижается5. Статистика показала, что из 20 самых разрушительных лесных пожаров в Калифорнии как минимум пять возникли из энергосистем, включая пожар в лагере в 2018 году, который уничтожил 18 804 строения и унес 85 жизней6. Фактически, инциденты, возникшие в энергосистеме, с большей вероятностью перерастут в крупные лесные пожары из-за их особой связи с экстремальными погодными условиями. Энергосеть, состоящая из многочисленных компонентов и оборудования, может испытывать резкое увеличение числа отказов/сбоев при сильном ветре7,8. Под воздействием горячего и сухого воздуха могут сработать различные механизмы воспламенения и возникнуть пожары там, где присутствует горючее топливо. Кроме того, сильный ветер может значительно способствовать распространению пожара, одновременно затрудняя усилия по тушению пожара. Ветер является погодным фактором, вызывающим возгорание на линии электропередачи. Об этом свидетельствует совместное возникновение лесных пожаров, связанных с линиями электропередач, и сезонных экстремальных ветров в Калифорнии9,10. Эти феновые ветры (известные как ветры Диабло или ветры Санта-Ана) характеризуются поразительной интенсивностью и порывистостью.