CN106295207A - 基于气象数据统计的绝缘子污秽度评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于气象数据统计的绝缘子污秽度评估方法，其特征在于：它包括以下步骤：步骤S1、气象数据统计；步骤S2、积污过程划分；步骤S3、盐密变化计算；步骤S4、污秽等级评估。本发明为污秽在线监测装置匮乏而又处于高污染地区的输电线路绝缘子提供一个可行、有效的污秽度评估方法，对基于绝缘子污秽度的防污闪措施制定与实施具有重要的实用意义。

Description

基于气象数据统计的绝缘子污秽度评估方法

技术领域

本发明涉及电网防灾减灾技术领域，具体涉及一种基于气象数据统计的绝缘子污秽度评估方法。

背景技术

架空输电线路绝缘子受自然条件下固体、液体和气体导电物质污染积污后，在大雾、露、毛毛雨、融冰、融雪等潮湿气象条件下，其绝缘性能将显著降低，可能在运行电压下发生污闪事故。随着工业的发展、污染的加剧，污闪事故频繁发生。据不完全统计，2001年冬季华北和东北地区的雨、雪、雾天气共导致238条66～500kV输电线路、34座变电站先后发生污闪事故；2006年冬季山东、河北及京津部分地区大雾天气导致500kV线路相继发生7次闪络事故；2010年10月投运的±660kV银东直流输电线路共发生了5次污闪事故，造成了巨大的经济损失。

在污闪防治方面，电力部门制定了一系列诸如加大爬电距离、涂防尘涂料、采用有机合成绝缘子、定期清扫、更换不良或零值绝缘子等防污闪措施，取得了一定的效果。但上述防污闪措施本质上均为被动型的预防，由于缺少对绝缘子污秽度有效的评估，导致污闪防治效果不是很理想。我国现行标准主要以等值盐密为污秽特征量，并根据输电线路所经地区的污湿特征和运行经验进行输电线路设计、运行维护及污闪事故分析。目前，获取绝缘子盐密值的主要方法是人工取样测量，不仅需要在停电状态下开展离线的测量实验，而且这种方法耗时长、费用高、效率低，对于基于设备状态的检修策略所起到的作用有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于气象数据统计的绝缘子污秽度评估方法。本发明从输电线路绝缘子动态积污过程出发，通过统计评估时间段内与绝缘子动态积污有关的气象参数，分别计算绝缘子在污秽累积过程后的盐密增加量以及在降雨清洗过程后的盐密减少量，并结合初始时刻绝缘子的盐密值完成评估时刻绝缘子污秽等级的确定。

为解决上述技术问题，本发明公开的一种基于气象数据统计的绝缘子污秽度评估方法，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤S1、气象数据统计：以天为单位，统计初始时刻至评估时刻待评估段输电线路杆塔处的气象数据；

步骤S2、积污过程划分：根据步骤S1得到的气象数据中的降雨量信息，将绝缘子的动态积污过程划分成为污秽累积和降雨清洗相互交替的过程；

步骤S3、盐密变化计算：在经典的污秽累积和降雨清洗模型基础上，考虑气象参数对绝缘子污秽累积速率和降雨清洗效果的影响，计算绝缘子经历动态积污过程后的盐密变化量；

步骤S4、污秽等级评估：求取绝缘子在整个评估时间段内的盐密变化量，结合初始时刻的盐密值，确定绝缘子当前的污秽等级。

本发明的有益效果：

通过统计绝缘子表面等值盐密的变化以及所对应的气象数据，分析绝缘子动态积污与气象数据之间的耦合关系，可提出一种基于气象数据统计的绝缘子污秽度评估方法。该方法只需输入与绝缘子动态积污有关的气象数据，结合由历史数据统计得到的污秽累积以及降雨清洗计算参数，即可完成绝缘子污秽度的评估，为污秽在线监测装置匮乏而又处于高污染地区的输电线路绝缘子提供一个可行、有效的污秽度评估方法，对基于绝缘子污秽度的防污闪措施制定与实施具有重要的实用意义。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明实施例的绝缘子动态积污过程划分图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

本发明提出的基于气象数据统计的绝缘子污秽度评估方法，如图1，它包括以下步骤：

步骤S1、气象数据统计：以天为单位，统计初始时刻至评估时刻待评估段输电线路杆塔处的气象数据；

步骤S2、积污过程划分：根据步骤S1得到的气象数据中的降雨量信息，将绝缘子的动态积污过程划分成为污秽累积和降雨清洗相互交替的过程，如图2所示；

步骤S3、盐密变化计算：在经典的污秽累积和降雨清洗模型基础上，考虑气象参数对绝缘子污秽累积速率和降雨清洗效果的影响，计算绝缘子经历动态积污过程后的盐密变化量；

步骤S4、污秽等级评估：求取绝缘子在整个评估时间段内的盐密变化量，结合初始时刻的盐密值，确定绝缘子当前的污秽等级。

上述技术方案的步骤S1中统计的气象数据为初始时刻至评估时刻输电线路杆塔处每天的空气质量指数(AQI)以及降雨量。

上述技术方案的步骤S2中判断评估时间段内每天降雨量的大小，如降雨量为零，则划分成污秽累积过程；如降雨量大于零，则划分成为降雨清洗过程，将连续的污秽累积或降雨清洗归为一个过程，进而将绝缘子整个动态积污过程划分成为污秽累积和降雨清洗相互交替的过程。

上述技术方案的步骤S3中采用的经典污秽累积模型忽略了空气污染程度对污秽累积的动态影响，计算公式为：

$S_d=A(1-K_l{e}^{-\frac{t}{\mathrm{\τ}}})$

式中，S_d为等值盐密，单位mg/cm²；A为饱和等值盐密，A的值与绝缘子的结构型号和运行环境有关，单位mg/cm²；K_l为常数；t为积污时间；τ为表征积污速率的常数；e为自然常数。

引入空气质量指数(AQI)的影响后，对于第i个动态积污过程为污秽累积过程后的盐密增长量ΔS_i计算公式为：

${\mathrm{\ΔS}}_i=k_1{\mathrm{A\λ}}^{-m}{e}^{-\frac{k_2{\mathrm{\Δt}}_i}{{\mathrm{\λ}}^m}}$

式中，S_i为从初始时刻起第i个动态积污过程后绝缘子表面的等值盐密，单位mg/cm²；λ为积污过程中空气质量指数(AQI)的平均值；Δt_i为积污过程的持续时间，单位为天；A为饱和等值盐密；k₁为绝缘子盐密增长修正系数；k₂为绝缘子盐密增长速率修正系数；m为空气质量指数(AQI)对绝缘子表面盐密增长速率的影响因子；e为自然常数。

上述技术方案的步骤S3中采用的经典降雨清洗模型认为沉积污染物的清洗率与累积污秽量成正比，可表示为：

$\frac{{\mathrm{dS}}_d}{d\mathrm{\ω}}=-k_q{S}_d$

式中，S_d为等值盐密，ω为累计降雨量，单位mm；k_q为降雨清洗绝缘子表面盐密效果的衰减系数，单位mm^-1；

考虑降雨时间对绝缘子表面污秽清洗效果的影响，对于第j个动态积污过程为降雨清洗过程后的盐密减少量ΔS_j计算公式可表示为：

${\mathrm{\ΔS}}_j=S_{j-1}\[1-k_3(1-e^{-k_q\mathrm{\ω}})(1+k_4{\mathrm{\Δt}}_j)\]$

式中，S_j为从初始时刻起第j个动态积污过程后绝缘子表面的等值盐密，单位mg/cm²；Δt_j为清洗过程的持续时间，单位为天；k₃为绝缘子表面可清洗部分的比例；k₄为降雨时间对绝缘子表面污秽清洗效果的影响因子；e为自然常数。

上述技术方案的步骤S4中计算任意一动态积污过程k后绝缘子的盐密变化量ΔS_k计算公式为：

${\mathrm{\ΔS}}_k=(1-n)(S_{k-1}+k_1{\mathrm{A\λ}}^{-m}{e}^{-\frac{k_2{\mathrm{\Δt}}_k}{{\mathrm{\λ}}^m}})+{\mathrm{nS}}_{k-1}\[1-k_3(1-e^{-k_q\mathrm{\ω}})(1+k_4{\mathrm{\Δt}}_k)\]$

式中，n取值为0或1，n＝0表示污秽累积过程，n＝1表示降雨清洗过程；Δt_k为该过程的持续时间，单位为天；A为饱和等值盐密；λ为积污过程中空气质量指数(AQI)的平均值；m为空气质量指数(AQI)对绝缘子表面盐密增长速率的影响因子；k₁为绝缘子盐密增长修正系数；k₂为绝缘子盐密增长速率修正系数；k₃为绝缘子表面可清洗部分的比例；k₄为降雨时间对绝缘子表面污秽清洗效果的影响因子；e为自然常数；ω为降雨清洗过程中的累计降雨量，单位mm。

上述技术方案的步骤S4中计算评估时刻绝缘子的盐密S_p有

$S_p=S_0+\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}{\mathrm{\ΔS}}_k$

式中，S₀为初始时刻待评估绝缘子表面的等值盐密，单位为mg/cm²；N为评估时间段内包含的污秽累积和降雨清洗过程总数。完成绝缘子表面等值盐密的计算后，依据国家电网公司制定的《Q/GDW 152-2006电力***污秽分级与外绝缘选择标准》，评估绝缘子的污秽等级。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种基于气象数据统计的绝缘子污秽度评估方法，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤S1、气象数据统计：以天为单位，统计初始时刻至评估时刻待评估段输电线路杆塔处的气象数据；

步骤S2、积污过程划分：根据步骤S1得到的气象数据中的降雨量信息，将绝缘子的动态积污过程划分成为污秽累积和降雨清洗相互交替的过程；

步骤S3、盐密变化计算：在经典的污秽累积和降雨清洗模型基础上，考虑气象参数对绝缘子污秽累积速率和降雨清洗效果的影响，计算绝缘子经历动态积污过程后的盐密变化量；

步骤S4、污秽等级评估：求取绝缘子在整个评估时间段内的盐密变化量，结合初始时刻的盐密值，确定绝缘子当前的污秽等级。

2.根据权利要求1所述的基于气象数据统计的绝缘子污秽度评估方法，其特征在于：步骤S1中统计的气象数据为初始时刻至评估时刻输电线路杆塔处每天的空气质量指数以及降雨量。

3.根据权利要求1所述的基于气象数据统计的绝缘子污秽度评估方法，其特征在于：步骤S2中判断评估时间段内每天降雨量的大小，如降雨量为零，则划分成污秽累积过程；如降雨量大于零，则划分成为降雨清洗过程，将连续的污秽累积或降雨清洗归为一个过程，进而将绝缘子整个动态积污过程划分成为污秽累积和降雨清洗相互交替的过程。

4.根据权利要求1所述的基于气象数据统计的绝缘子污秽度评估方法，其特征在于：步骤S3中采用的经典污秽累积模型忽略了空气污染程度对污秽累积的动态影响，计算公式为：

$S_d=A(1-K_l{e}^{-\frac{t}{\mathrm{\τ}}})$

式中，S_d为等值盐密，单位mg/cm²；A为饱和等值盐密，A的值与绝缘子的结构型号和运行环境有关，单位mg/cm²；K_l为常数；t为积污时间；τ为表征积污速率的常数，e为自然常数；

引入空气质量指数的影响后，对于第i个动态积污过程为污秽累积过程后的盐密增长量ΔS_i计算公式为：

${\mathrm{\ΔS}}_i=k_1{\mathrm{A\λ}}^{-m}{e}^{-\frac{k_2{\mathrm{\Δt}}_i}{{\mathrm{\λ}}^m}}$

式中，S_i为从初始时刻起第i个动态积污过程后绝缘子表面的等值盐密，单位mg/cm²；λ为积污过程中空气质量指数的平均值；Δt_i为积污过程的持续时间，单位为天；A为饱和等值盐密；k₁为绝缘子盐密增长修正系数；k₂为绝缘子盐密增长速率修正系数；m为空气质量指数对绝缘子表面盐密增长速率的影响因子；e为自然常数。

5.根据权利要求1所述的基于气象数据统计的绝缘子污秽度评估方法，其特征在于：步骤S3中采用的经典降雨清洗模型认为沉积污染物的清洗率与污秽量成正比，可表示为：

$\frac{{\mathrm{dS}}_d}{d\mathrm{\ω}}=-k_q{S}_d$

式中，S_d为等值盐密，ω为累计降雨量，单位mm；k_q为降雨清洗绝缘子表面盐密效果的衰减系数，单位mm^-1；

考虑降雨时间对绝缘子表面污秽清洗效果的影响，对于第j个动态积污过程为降雨清洗过程后的盐密减少量ΔS_j计算公式可表示为：

${\mathrm{\ΔS}}_j=S_{j-1}\[1-k_3(1-e^{-k_q\mathrm{\ω}})(1+k_4{\mathrm{\Δt}}_j)\]$

式中，S_j为从初始时刻起第j个动态积污过程后绝缘子表面的等值盐密，单位mg/cm²；Δt_j为清洗过程的持续时间，单位为天；k₃为绝缘子表面可清洗部分的比例；k₄为降雨时间对绝缘子表面污秽清洗效果的影响因子；e为自然常数；k_q为降雨清洗绝缘子表面盐密效果的衰减系数，单位mm^-1。

6.根据权利要求1所述的基于气象数据统计的绝缘子污秽度评估方法，其特征在于：所述步骤S4中计算任意一动态积污过程k后绝缘子的盐密变化量ΔS_k计算公式为：

${\mathrm{\ΔS}}_k=(1-n)(S_{k-1}+k_1{\mathrm{A\λ}}^{-m}{e}^{-\frac{k_2{\mathrm{\Δt}}_k}{{\mathrm{\λ}}^m}})+{\mathrm{nS}}_{k-1}\[1-k_3(1-e^{-k_q\mathrm{\ω}})(1+k_4{\mathrm{\Δt}}_k)\]$

式中，n取值为0或1，n＝0表示污秽累积过程，n＝1表示降雨清洗过程；Δt_k为该过程的持续时间，单位为天；A为饱和等值盐密；λ为污秽累积过程中空气质量指数的平均值；m为空气质量指数对绝缘子表面盐密增长速率的影响因子；k₁为绝缘子盐密增长修正系数；k₂为绝缘子盐密增长速率修正系数；k₃为绝缘子表面可清洗部分的比例；k₄为降雨时间对绝缘子表面污秽清洗效果的影响因子；e为自然常数；ω为降雨清洗过程中的累计降雨量，单位mm；k_q为降雨清洗绝缘子表面盐密效果的衰减系数，单位mm^-1。

7.根据权利要求1所述的基于气象数据统计的绝缘子污秽度评估方法，其特征在于：步骤S4中计算评估时刻绝缘子的盐密S_p有

$S_p=S_0+\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}{\mathrm{\ΔS}}_k$

式中，S₀为初始时刻待评估绝缘子表面的等值盐密，单位为mg/cm²；N为评估时间段内包含的污秽累积和降雨清洗过程总数；ΔS_k为任意一动态积污过程k后绝缘子的盐密变化量。