CN104090218B - 一种输电线路绝缘子污秽度安全区域评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够有效评估输电线路绝缘子表面污秽绝缘状态的方法。目前，大部分输电线路运维单位采用的做法是直接采用等值盐密的对比方法，该方法存在一定的局限性。本发明通过统计分析带电运行绝缘子灰密/等值盐密比值的分布规律，试验研究得到带电运行绝缘子污闪电压与其表面等值盐密和灰密的量化关系；综合考虑50％闪络概率的污闪电压、绝缘子串型、输电线路最高运行电压等因素，绘制输电线路绝缘子污秽度安全区域图，得到各种污秽度的安全区域。本发明综合考虑了绝缘子表面等值盐密和灰密的影响，考虑了绝缘子结构型式差异，能够更为准确、直观地进行输电线路绝缘子污秽度安全区域评估。

Description

一种输电线路绝缘子污秽度安全区域评估方法

技术领域

本发明涉及输电线路绝缘子污秽度安全区域的评估方法，具体地说是一种基于污闪特性的挂网运行输电线路绝缘子串的等值盐密(ESDD)和灰密(NSDD)安全区域评估方法。

背景技术

掌握挂网运行输电线路绝缘子的表面积污状态，评估绝缘子的积污状态是否处于安全区域，判断是否存在污秽闪络风险，对于预防输电线路污闪事故具有重要意义。

在目前输电线路状态检修体制下，输电线路停电机会很少，挂网运行的自然积污绝缘子取样十分困难。如何在挂网运行绝缘子数量有限的条件下，采用合理、有效的评估方法，对输电线路绝缘子污秽度安全区域进行评估是值得研究的问题。

目前，大部分输电线路运维单位采用的做法是，在输电线路上取几片带电或不带电的绝缘子，进行等值盐密(ESDD)测试，与《电力系统污秽区域分布图》进行对比，判断绝缘子所处于的污秽等级(共A、B、C、D、E五个等级)。例如，C级污秽区域对应的等值盐密(ESDD)为0.05-0.10mg/cm²；D级污秽区域对应的等值盐密(ESDD)为0.10-0.25mg/cm²。然而，这种方法存在一定的局限性。由于《电力系统污秽区域分布图》中的污秽区域等级划分主要是根据等值盐密(ESDD)，灰密(NSDD)按等值盐密(ESDD)的5倍考虑。实际上，由于输电线路附近的污染源及绝缘子本身结构存在差异，等值盐密(ESDD)和灰密(NSDD)的分布具有一定的随机性，直接采用等值盐密(ESDD)的对比方法不是十分恰当。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于污闪特性的输电线路绝缘子污秽度安全区域评估方法，其通过绘制一种基于污闪特性的输电线路绝缘子等值盐密(ESDD)和灰密(NSDD)安全区域图，运维单位可以参照污秽度安全区域图，根据测试的绝缘子实际表面污秽度数值，进行安全评估。

为此，本发明采用的技术方案如下：一种输电线路绝缘子污秽度安全区域评估方法，其包括如下步骤：

a)带电运行输电线路绝缘子串取样；

b)进行绝缘子表面污秽度测试，统计分析灰密/等值盐密比值的分布规律，得到该比值的数学期望值；

c)进行绝缘子人工污闪特性试验，得到带电运行绝缘子50％闪络概率的污闪电压与其表面等值盐密和灰密的量化关系；

d)综合考虑50％闪络概率的污闪电压、试验标准偏差、绝缘子单串闪络和多串并联闪络概率的差异，确定带电运行绝缘子的绝缘裕度K_s的计算公式；

e)绘制输电线路绝缘子污秽度安全区域图；

f)运维单位参照污秽度安全区域图，根据测试得到的绝缘子上下表面等值盐密数据，进行污秽绝缘安全性评估。

进一步，步骤c)中，采用1stOpt数据分析软件对等值盐密、灰密、自然积污绝缘子污闪电压的试验结果进行数据拟合，得到各种型式自然积污绝缘子污闪电压与等值盐密、灰密、上下表面污秽不均匀度的关系式为公式(1)：

U_f＝K_f·(1-N·lnK)·ESDD^-a·NSDD^-b，

式中，K_f为与绝缘子型式有关的系数，N为绝缘子串片数，K为绝缘子上下表面等值盐密不均匀度(即绝缘子上表面ESDD与下表面ESDD的比值)，ESDD为等值盐密，NSDD为灰密，a、b分别为表征等值盐密、灰密对绝缘子污闪电压影响的特征指数，U_f为污闪电压。

进一步，步骤d)中，所述绝缘裕度K_s的计算公式(2)为：

$\begin{array}{c}{k}_s=\frac{U_{50\%}\·(1-3\mathrm{\σ}\%)\·k_1}{U_m/N}\\ \≈\frac{U_f\·(1-3\mathrm{\σ}\%)\·k_1\·N}{U_m}\end{array},$

式中，U_50％为采用恒压升降法获得的平均每片具有50％闪络概率的绝缘子污闪或污耐受电压值，可用均匀升压法获得的U_f作为近似值；σ％为试验结果的标准偏差；k₁为表征单串闪络和多串并联闪络概率差异的系数，一般取0.92；U_m为系统最高运行相电压；N为绝缘子串片数。

进一步，按污耐受电压选择绝缘子串片数的原则是：使绝缘子串的污耐受电压大于该系统的最高运行相电压U_m并且留有一定的裕度，绝缘子串片数满足公式(3)：

$\begin{array}{c}N\≥\frac{k_s\·U_m}{U_{50\%}\·(1-3\mathrm{\σ}\%)\·k_1}\\ \≈\frac{k_s\·U_m}{U_f\·(1-3\mathrm{\σ}\%)\·k_1}\end{array}.$

进一步，联立公式(1)和公式(3)，得到带电运行绝缘子污秽度安全区域：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{ESDD}\≤\mathrm{EXP}\left(\frac{\ln K_f+\ln (1-N\·\ln K)-b\·\ln K_{\mathrm{EN}}-\ln U_f}{a+b}\right)\\ U_f=\frac{k_s\·U_m}{(1-3\mathrm{\σ}\%)\·k_1\·N}\end{array}\right.,$

式中，K_EN取最接近于NSDD/ESDD比值的整数，即取最接近于步骤b)中数学期望值的整数。

本发明为一种能够有效评估输电线路绝缘子表面污秽绝缘状态的方法，与传统技术相比，综合考虑了绝缘子表面等值盐密(ESDD)和灰密(NSDD)的影响，考虑了绝缘子结构型式差异，能够更为准确、直观地进行输电线路绝缘子污秽度安全区域评估。

附图说明

图1为本发明的原理图。

图2为本发明110kV线路绝缘子的污秽度安全区域图。

图3为本发明220kV线路绝缘子的污秽度安全区域图。

图4为本发明500kV线路绝缘子的污秽度安全区域图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

以某地区110kV、220kV及500kV挂网运行输电线路绝缘子为例，下面运用基于污闪特性的污秽度安全区域评估技术进行绝缘子表面污秽绝缘状态评估，具体步骤如下：

①带电运行输电线路绝缘子串取样。取样绝缘子型号涉及LXY₁-70、FC7P/146、FC70P/146、FC160P/170、XWP₂-70。

②进行绝缘子表面污秽度测试。以LXY₁-70为例，等值盐密(ESDD)、灰密(NSDD)测试结果如表1所示。

表1 LXY₁-70绝缘子污闪电压试验数据

注：K为绝缘子上下表面等值盐密不均匀度。

统计分析灰密/等值盐密(NSDD/ESDD)比值的分布规律，如表2所示。

表2 绝缘子表面污秽NSDD/ESDD比值的分布

NSDD/ESDD范围	1-2	2-3	3-4	4-5	5-10	>10
							所占比例(％)	2.06	27.84	38.14	9.28	14.43	8.25

NSDD/ESDD比值的数学期望值(即实测平均值)为4.67。

③进行绝缘子人工污闪特性试验研究，得到污闪电压(U_f)数据。以LXY₁-70为例，污闪电压(U_f)试验结果如表1所示。采用1stOpt数据分析软件对等值盐密(ESDD)、灰密(NSDD)、污闪电压(U_f)的试验结果进行数据拟合，可得到各种型式自然积污绝缘子闪络电压(U_f)与等值盐密(ESDD)、灰密(NSDD)、上、下表面污秽不均匀度(K)的关系式为：

式中，K_f为与绝缘子型式有关的系数；a、b分别为表征等值盐密、灰密对绝缘子污闪电压影响的特征指数。

④综合考虑50％闪络概率的污闪电压、试验标准偏差、绝缘子单串闪络和多串并联闪络概率的差异，自然积污绝缘子的绝缘裕度K_s可用以下公式计算：

$\begin{array}{c}{k}_s=\frac{U_{50\%}\·(1-3\mathrm{\σ}\%)\·k_1}{U_m/N}\\ \≈\frac{U_f\·(1-3\mathrm{\σ}\%)\·k_1\·N}{U_m}\end{array}---\left(2\right)$

式中，U_50％为采用恒压升降法获得的平均每片具有50％闪络概率的绝缘子污闪或污耐受电压值，可用均匀升压法获得的U_f作为近似值；σ％为试验结果的标准偏差；k₁为表征单串闪络和多串并联闪络概率差异的系数，一般取0.92；U_m为系统最高运行相电压；N为绝缘子串片数。

按污耐受电压选择绝缘子串片数的原则是：使绝缘子串的污耐受电压大于该系统的最高运行相电压U_m，并且留有一定的裕度；绝缘子串片数应满足下式：

$\begin{array}{c}N\≥\frac{k_s\·U_m}{U_{50\%}\·(1-3\mathrm{\σ}\%)\·k_1}\\ \≈\frac{k_s\·U_m}{U_f\·(1-3\mathrm{\σ}\%)\·k_1}\end{array}---\left(3\right)$

⑤考虑K_EN＝5(取最接近于实测平均值4.67的整数)，联立式(1)和式(3)，可得到带电运行绝缘子污秽度安全区域：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{ESDD}\≤\mathrm{EXP}\left(\frac{\ln K_f+\ln (1-N\·\ln K)-b\·\ln K_{\mathrm{EN}}-\ln U_f}{a+b}\right)\\ U_f=\frac{k_s\·U_m}{(1-3\mathrm{\σ}\%)\·k_1\·N}\end{array}\right.---\left(4\right)$

对于110kV线路，若采用8片绝缘子串，考虑安全裕度系数K_s＝1.1，根据式(4)可计算得到，采用LXY₁-70、FC7P/146、FC70P/146和XWP₂-70绝缘子时，其污秽度安全区域如图2所示。

对于220kV线路，若采用15片绝缘子串，考虑安全裕度系数K_s＝1.1，根据式(4)可计算得到，采用FC70P/146和XWP₂-70绝缘子时，其污秽度安全区域如图3所示。

对于500kV线路，若采用25片绝缘子串，考虑安全裕度系数K_s＝1.1，根据式(4)可计算得到，采用FC160P/170和XWP2-70绝缘子时，其污秽度安全区域如图4所示。

⑥污秽度安全区域图应用：某110kV线路杆塔绝缘子型号为LXY₁-70，绝缘子表面污秽度测试结果为：上表面ESDD＝0.183mg/cm²，下表面ESDD＝0.436mg/cm²，不均匀度K＝上表面ESDD/下表面ESDD＝0.42；参照污秽度安全区域图(图2)，污秽度处于非安全区域，建议及时进行输电线路绝缘子清扫或采取涂覆PRTV涂料等防污闪技术措施。

Claims (5)

1.一种输电线路绝缘子污秽度安全区域评估方法，其包括如下步骤：

a)带电运行输电线路绝缘子串取样；

b)进行绝缘子表面污秽度测试，统计分析灰密/等值盐密比值的分布规律，得到该比值的数学期望值；

c)进行绝缘子人工污闪特性试验，得到带电运行绝缘子50％闪络概率的污闪电压与其表面等值盐密和灰密的量化关系；

d)综合考虑50％闪络概率的污闪电压、试验标准偏差、绝缘子单串闪络和多串并联闪络概率的差异，确定带电运行绝缘子的绝缘裕度K_s的计算公式；

e)绘制输电线路绝缘子污秽度安全区域图；

f)运维单位参照污秽度安全区域图，根据测试得到的绝缘子上下表面等值盐密数据，进行污秽绝缘安全性评估；

步骤c)中，采用1stOpt数据分析软件对等值盐密、灰密、自然积污绝缘子污闪电压的试验结果进行数据拟合，得到各种型式自然积污绝缘子污闪电压与等值盐密、灰密、上下表面污秽不均匀度的关系式为公式(1)：

U_f＝K_f·(1-N·ln K)·ESDD^-a·NSDD^-b，

式中，K_f为与绝缘子型式有关的系数，N为绝缘子串片数，K为绝缘子上下表面等值盐密不均匀度，ESDD为等值盐密，NSDD为灰密，a、b分别为表征等值盐密、灰密对绝缘子污闪电压影响的特征指数，U_f为污闪电压。

2.根据权利要求1所述的输电线路绝缘子污秽度安全区域评估方法，其特征在于，步骤d)中，所述绝缘裕度K_s的计算公式(2)为：

$\begin{array}{c}{k}_s=\frac{U_{50\%}\·(1-3\mathrm{\σ}\%)\·k_1}{U_m/N}\\ \≈\frac{U_f\·(1-3\mathrm{\σ}\%)\·k_1\·N}{U_m}\end{array},$

式中，U_50％为采用恒压升降法获得的平均每片具有50％闪络概率的绝缘子污闪或污耐受电压值，可用均匀升压法获得的U_f作为近似值；σ％为试验结果的标准偏差；k₁为表征单串闪络和多串并联闪络概率差异的系数；U_m为系统最高运行相电压；N为绝缘子串片数。

3.根据权利要求2所述的输电线路绝缘子污秽度安全区域评估方法，其特征在于，所述的k₁为0.92。

4.根据权利要求2所述的输电线路绝缘子污秽度安全区域评估方法，其特征在于，按污耐受电压选择绝缘子串片数的原则是：使绝缘子串的污耐受电压大于该系统的最高运行相电压U_m并且留有一定的裕度，绝缘子串片数满足公式(3)：

$\begin{array}{c}N\≥\frac{k_s\·U_m}{U_{50\%}\·(1-3\mathrm{\σ}\%)\·k_1}\\ \≈\frac{k_s\·U_m}{U_f\·(1-3\mathrm{\σ}\%)\·k_1}\end{array}.$

5.根据权利要求4所述的输电线路绝缘子污秽度安全区域评估方法，其特征在于，联立公式(1)和公式(3)，得到带电运行绝缘子污秽度安全区域：

$\left\{\begin{array}{c}ESDD\≤EXP\left(\frac{{\mathrm{lnK}}_f+\ln \left(1-N\·\ln K\right)-b\·{\mathrm{lnK}}_{EN}-{\mathrm{lnU}}_f}{a+b}\right)\\ U_f=\frac{k_s\·U_m}{(1-3\mathrm{\σ}\%)\·k_1\·N}\end{array}\right.,$

式中，K_EN取最接近于NSDD/ESDD比值的整数。