孫菡婧，馬瑞楓，李國(guó)慶，常洪江

(1.東北電力大學(xué) 電氣工程學(xué)院，吉林 吉林1320121;2.元寶山發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 赤峰027000;3.華電能源富拉爾基熱電壓王選，富拉爾基黑龍江161041)

近年來(lái)，隨著環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，各地區(qū)受污穢影響的程度越來(lái)越深［1-4］。電力設(shè)備絕緣子表面污穢受潮將嚴(yán)重影響其電氣特性，如若發(fā)生污閃，將極大地危害電網(wǎng)運(yùn)行安全。在電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、基建施工和生產(chǎn)運(yùn)行中，電力系統(tǒng)污區(qū)分布圖是指導(dǎo)電力設(shè)備外絕緣配置和開展防污閃工作的依據(jù)。

傳統(tǒng)污區(qū)分布圖以各供電公司為基本繪制單位，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)污穢度等級(jí)繪制本地區(qū)電力系統(tǒng)污區(qū)分布圖。省網(wǎng)公司在各地供電公司已繪制的污區(qū)分布圖的基礎(chǔ)上，綜合繪制本省的污區(qū)分布圖，其具體流程是:①調(diào)查本地區(qū)的污源分布狀況，繪制污源分布圖;②調(diào)查收集本地區(qū)有關(guān)氣象參數(shù)，繪制氣象分布圖，也可用文字、圖表等說(shuō)明;③根據(jù)鹽密測(cè)量情況，繪制鹽密測(cè)量圖，同時(shí)在圖中標(biāo)出污閃故障點(diǎn)的位置;④綜合上述三種圖，并結(jié)合設(shè)備運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，繪制本局所轄區(qū)域的污區(qū)圖。這種分別繪圖、三圖合一、層層綜合的流程加大了繪圖的工作量，拖長(zhǎng)了污區(qū)圖的修訂周期;而且如何綜合污源分布圖、氣象分布圖和鹽密測(cè)量圖，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家電力公司文件沒(méi)有具體說(shuō)明，在實(shí)際繪制過(guò)程中難以操作［5-6］。

GIS將計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)融合于一體，可高效、直觀地分析各種地理和空間信息，它將地理位置和相關(guān)屬性有機(jī)結(jié)合，圖文并茂地呈現(xiàn)給用戶［7-8］。可滿足生產(chǎn)生活的需要。隨著GIS技術(shù)的快速發(fā)展及在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，利用GIS技術(shù)對(duì)獲得的電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行全方位處理、分析，可提取多種有效信息，實(shí)現(xiàn)污區(qū)分布圖的自動(dòng)繪制，為電網(wǎng)的外絕緣配置和防污閃工作提供可靠的決策支持。

本文基于SuperMap Desktop 6與SuperMap Objects 6開發(fā)平臺(tái)，利用SuperMap Desktop 6將電力系統(tǒng)中的輸電線路、桿塔和變電站分層疊加在地圖上，再利用SuperMap Objects 6開發(fā)組件，編寫程序?qū)崿F(xiàn)污區(qū)圖的自動(dòng)繪制和絕緣配置輔助決策分析。

1 基于GIS的污區(qū)圖繪制方法

基于GIS繪制污區(qū)圖時(shí)，首先應(yīng)在電子地圖上繪制電網(wǎng)地理接線圖，標(biāo)明輸電線路、變電站(換流站)、發(fā)電廠符號(hào)和名稱。數(shù)據(jù)收集規(guī)則如表1所示。

表1 輸電桿塔數(shù)據(jù)收集規(guī)則

將表1所示的輸電桿塔數(shù)據(jù)導(dǎo)入至SuperMap Desktop 6中可建立屬性數(shù)據(jù)集，由表1可知輸電桿塔數(shù)據(jù)中含有空間數(shù)據(jù)即坐標(biāo)信息，可利用GIS的類型轉(zhuǎn)換功能將其轉(zhuǎn)換為空間點(diǎn)數(shù)據(jù)集，這樣便將輸電桿塔數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為地理信息數(shù)據(jù)。同理可導(dǎo)入變電站，電廠，污源等電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

污源是造成設(shè)備表面積累污穢的根本原因，繪制污源分布圖是污區(qū)分布圖成圖的重要步驟。因此在繪制污染分布圖前應(yīng)調(diào)查繪制地區(qū)的主要污源分布狀況，并在底圖上標(biāo)明各種類型的污染源。

污染源一般分為自然污源、工業(yè)污源、交通線和城市污源。其中，自然污源為鹽堿地、鹽池、硝池或沿海地區(qū)。鹽堿地、鹽池、硝池以含鹽量確定對(duì)污區(qū)等級(jí)的影響。沿海地區(qū)根據(jù)與海岸線的距離調(diào)整污級(jí)。

靠近工業(yè)污染源的污穢層可能含有導(dǎo)電的微粒如煤、金屬粒子，或易溶于水的氣體如NOx、SOx，或低可溶性污穢物如水泥、石膏。工業(yè)污源的污穢等級(jí)劃分主要由運(yùn)行單位根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)確定影響范圍以及影響等級(jí)，具體操作為先劃分兩個(gè)等級(jí)的影響范圍。如圖1所示。再根據(jù)污源點(diǎn)周圍的氣象數(shù)據(jù)對(duì)影響范圍進(jìn)行修正。

城市污源根據(jù)人口數(shù)量以及人口密度確定城市的影響范圍和等級(jí)。

根據(jù)絕緣子現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)鹽密值繪制現(xiàn)場(chǎng)污穢度圖，電力規(guī)程中一般根據(jù)線路設(shè)備的污穢等級(jí)分為5級(jí)，由輕到重分別為a、b、c、d、e級(jí)，各污穢級(jí)與鹽密關(guān)系如表2所示。

圖1 交通線規(guī)則修訂前后對(duì)比

表2 污穢等級(jí)和鹽密的關(guān)系

將此圖與污源分布圖動(dòng)態(tài)融合，繪制現(xiàn)場(chǎng)污穢度分布圖。

“風(fēng)玫瑰”圖也叫風(fēng)向頻率玫瑰圖，它是根據(jù)某一地區(qū)多年平均統(tǒng)計(jì)的各個(gè)方風(fēng)向和風(fēng)速的百分?jǐn)?shù)值，并按一定比例繪制，一般多用八個(gè)或十六個(gè)羅盤方位表示。玫瑰圖上所表示風(fēng)的吹向(即風(fēng)的來(lái)向)，是指從外面吹向地區(qū)中心的方向。本文采用Wind Rose Maker軟件制作的風(fēng)玫瑰圖如圖2所示。

組織大氣環(huán)境資料，收集大氣污染物實(shí)測(cè)濃度如表3所示，計(jì)算大氣質(zhì)量指數(shù)P并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式推算年度鹽密值SDD。

圖2 風(fēng)玫瑰圖的制作

式中，USO2、UNOx和分別為SO2、NOx，和TSP的月均濃度，單位為mg/m3;BSO2、BNOx和BTSP分別為SO2，NOx和TSP的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值，取值分別為 0.06 mg/m3、0.05 mg/m3和0.03 mg/m3。

表3 大氣環(huán)境規(guī)則庫(kù)

三圖合一繪制污區(qū)分布圖需要理清三圖之間的關(guān)系即污源、氣象和鹽密與污穢等級(jí)間的關(guān)系。污源是造成設(shè)備表面積污的根本原因;設(shè)備表面污穢濕潤(rùn)后所含鹽分導(dǎo)電是污閃的成因;氣象條件中的風(fēng)和降水對(duì)設(shè)備表面污穢的積累量和速度有重要影響，降水是設(shè)備表面污穢濕潤(rùn)的重要條件，是污閃事故的誘因。

組織大氣環(huán)境資料，收集大氣污染物實(shí)測(cè)濃度如表3所示，計(jì)算大氣質(zhì)量指數(shù)并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式推算年度鹽密值。

綜上所述，氣象條件中的風(fēng)和降水與污源條件是影響積污的因素，鹽密是設(shè)備表面積污中有效成分的重要指標(biāo)，氣象條件中的降水是影響表面污穢濕潤(rùn)的因素。三圖合一實(shí)際是綜合考慮積污因素、鹽密指標(biāo)、濕潤(rùn)因素。

最后，利用氣象資料中的風(fēng)玫瑰圖和污源分布圖來(lái)修正污區(qū)圖。

2 絕緣配置方法

將生成的污區(qū)分布圖作為污穢等級(jí)劃分的基礎(chǔ)資料，根據(jù)桿塔所處環(huán)境的污穢等級(jí)，參照絕緣子爬電比距和依據(jù)各地區(qū)長(zhǎng)期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)所得出的有效爬電比距換算關(guān)系，確定所用絕緣子的爬電比距，最后結(jié)合電壓等級(jí)配置新建線路絕緣子串總片數(shù)。具體的處理步驟如下:

在污區(qū)圖中讀取現(xiàn)場(chǎng)污穢等級(jí)，根據(jù)如圖3所示的統(tǒng)一爬電比距和現(xiàn)場(chǎng)污穢等級(jí)的曲線關(guān)系，得到參照絕緣子的爬電比距。計(jì)算爬電距離有效系數(shù)K:

其中，U為非普通型絕緣子的污耐受電壓，單位為KV;L為非普通型絕緣子的幾何爬電距離，單位為毫米;U0為參照絕緣子的污耐受電壓;L0為參照絕緣子的幾何爬電距離。

計(jì)算所用絕緣子爬電比距λ'為:

計(jì)算絕緣子串所需的總爬電距離L'為:

其中，U'為實(shí)際運(yùn)行電壓。

計(jì)算絕緣子串總片數(shù)N:

其中，L″為單片爬電距離。

圖3 統(tǒng)一爬電比距和現(xiàn)場(chǎng)污穢度的相互關(guān)系

3 污區(qū)圖繪制及絕緣配置方法的實(shí)現(xiàn)

本文基于SuperMap Desktop 6與SuperMap Objects 6平臺(tái)，使用C#語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了污區(qū)分布圖的計(jì)算機(jī)繪制與電網(wǎng)絕緣配置的輔助決策分析。

污區(qū)分布圖模塊主要分為載入電網(wǎng)地理接線圖、創(chuàng)建污源點(diǎn)、繪制污源分布圖、繪制基于實(shí)測(cè)鹽密的污區(qū)分布圖和人工調(diào)整部分，通過(guò)以上幾步的有機(jī)結(jié)合，智能化的繪制污區(qū)分布圖，如圖4、5、6所示。

絕緣配置輔助決策分析系統(tǒng)模塊將輔助決策規(guī)則程序化為規(guī)則庫(kù)，與污區(qū)圖系統(tǒng)無(wú)縫接合，根據(jù)污區(qū)圖里線路所處的污穢等級(jí)智能分析，為電網(wǎng)運(yùn)行人員生成基于污區(qū)分布圖的絕緣配置輔助決策，如圖7所示。

4 結(jié) 論

本文給出了基于GIS的污區(qū)圖繪制與絕緣配置的方法，利用SuperMap Objects 6完成了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)污區(qū)、污源點(diǎn)、鹽密測(cè)量點(diǎn)和變電站的動(dòng)態(tài)管理和可視化分析。在GIS技術(shù)支撐下，可以自動(dòng)完成電網(wǎng)地理接線圖、氣象圖和污區(qū)圖的繪制，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)污區(qū)的智能化管理，縮短了成圖周期。開發(fā)的系統(tǒng)可針對(duì)每條線路，分析其經(jīng)過(guò)污區(qū)等級(jí)，使用戶能直觀地對(duì)每條線路的防污水平進(jìn)行評(píng)估。提高電網(wǎng)管理水平，為加快電力企業(yè)信息化進(jìn)程提供有力的幫助。

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［4］國(guó)家電網(wǎng)公司.Q/GDW 152-2006電力系統(tǒng)污區(qū)分級(jí)與外絕緣選擇標(biāo)準(zhǔn)［S］.2006.

［5］電力系統(tǒng)污區(qū)分布圖繪圖規(guī)則［S］.2006.

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