甘肅電網智能污區系統應用研究

郭光焰，張玉剛，王津，張發剛，袁習敏，劉剛（.國網甘肅省電力公司電力科學研究院，甘肅蘭州730050；.武漢康普常青軟件技術股份有限公司，湖北武漢430070）

甘肅電網智能污區系統應用研究

郭光焰1，張玉剛1，王津1，張發剛1，袁習敏2，劉剛2
（1.國網甘肅省電力公司電力科學研究院，甘肅蘭州730050；2.武漢康普常青軟件技術股份有限公司，湖北武漢430070）

電網污區分布圖是電力系統設計、生產、運維的基礎。甘肅省2014年污區分布圖利用基于成圖規則模塊化數據算法的智能系統繪制，將污區圖成圖的流程進行了分類詳細處理，簡化了繪制工作流程，提高了繪圖效率，為線路防污閃提供了實時準確的參考信息。

污區分布圖；現場污穢度（SPS）；Web Service；模塊化；規則算法；爬電比距

電力系統污區分布圖是輸變電設備外絕緣配置及電網防污閃工作的基礎，作為指導新建、改（擴）建輸變電工程的外絕緣設計及電網運行設備外絕緣改造的重要依據，在電力系統防污閃工作中發揮著十分重要的作用。電力系統污區分布圖作為電網設計、建設和生產運行部門的溝通橋梁，圖形繪制的準確性及時效性將直接影響到電網運行的安全。

隨著國網公司《電力系統污區分級與外絕緣選擇標準》（Q/GDW152-2006）和國家能源局《電力系統污區分布圖繪制方法》（DL/T 374-2011）[1]兩個文件的頒發，電力行業標準對污區圖的繪制提出了更高的要求，污穢等級的劃分所需考慮的因素變得更加廣泛和綜合，污區圖繪制過程中需要考慮和運算的因子也愈加復雜。

文章以往年甘肅省電力系統污區分布圖繪制過程中存在的問題作為出發點，提出了一種基于電子污區圖模塊化規則處理算法的污區分布圖軟件繪制方法，實現了在以基礎氣象信息、污源分布信息、現場污穢狀況信息、電網歷史污閃信息、污濕特性、運行經驗等數據為成圖基礎的電子化污區分布圖自動繪制的方法，提高了繪制電網污區分布圖的效率及準確性。

1　污區圖的繪制簡介

甘肅省2011版污區分布圖的繪制是依據Q/ GDW 152-2006《電力系統污區分級與外絕緣選擇標準》和國家電網公司《電力系統污區分布圖繪制方法》（DL/T374-2011）[1]的要求，以甘肅省各地、市供電局（電業局）為基本繪制單位綜合繪制而成。其繪制過程如下：1）省公司組織全公司各有關部門和單位的專業人員，調查收集甘肅省的污源分布狀況，繪制污源分布圖；2）結合氣象及環保部門的資料收集近3~5年的氣象及環保數據，繪制氣象分布圖；3）收集污穢測量及污閃故障數據，繪制現場污穢度分布圖；4）在污源分布圖、氣象分布圖、現場污穢度分布圖基礎上結合甘肅省輸變電設備多年的運行經驗，繪制污區分布圖。

這種傳統的污區圖繪制方法充分考慮了引起污區變化的各種明顯因素，但此種方法繪制過程中人工參與因素占比大，繪圖工作艱巨，繪圖過程繁瑣，修訂難度明顯，且具體的實施工作難以準確操作，也導致了污區圖編制工作在準確性上難以把握。

2　智能污區系統說明

甘肅省2014版污區分布圖的繪制是采用以電網數據信息為基礎，基于ArcGis Engine專業GIS數據處理引擎開發的甘肅省污區分布圖智能系統繪制完成的，相較于傳統軟件手工繪制的方法，該方法繪制成圖速度快，繪圖準確，圖元信息保存完整。甘肅省2014年繪制的污區分布圖參見圖1。

圖1　甘肅2014年污區分布圖Fig.1Pollution distribution map in Gansu in 2014

甘肅省污區分布圖智能系統從功能應用上分為基礎信息管理、污區分布圖自動繪制、污區系統輔助應用三大功能模塊?；A信息管理模塊統一管理電網污區繪制相關的基礎數據信息，包括電網基礎（及行政地理）數據的接入，污區分布圖繪制相關數據的錄入（導入），基礎信息的管理和維護等功能；污區圖自動繪制模塊負責處理繪圖相關的業務邏輯，通過數據加工，規則處理，數據分析等子模塊的相互配合實現污區圖的智能繪制；污區系統輔助應用模塊則主要用于指導輸變電設備的外絕緣配置分析等，該模塊提供的應用功能有：線路調爬計劃、輸變電設備外絕緣智能配置分析、新建線路絕緣配置建議等。

2.1成圖模塊說明

甘肅省污區分布圖繪制系統的平臺軟件結構如圖2所示。

圖2　甘肅污區圖系統構成Fig.2Constitution of pollution distribution map system in Gansu

系統繪制過程中所需的基礎數據信息是通過數據錄入和接口接入2種數據采集方式配合完成的。電網基礎數據和行政地理信息通過專門開發的Web Service數據接口從電網PMS系統、雷電定位系統、地理信息（GIS）系統采集后接入到繪制系統。繪圖過程中的污源、大氣環保、氣象、現場污穢度、歷史污閃故障等相關數據需要通過人工錄入（導入）方式匯集到軟件繪制系統中，以確保繪圖所需資料完整可靠。

系統采用接口接入和人工錄入的數據采集方式主要是為確保污區圖繪制時電網數據能夠實時同步，繪制結果可隨基礎數據變化而動態更新，保證電網污區分布圖的最終成圖達到實時準確的效果。

甘肅省智能污區分布圖系統的數據處理模塊是采用“分而治之”的算法思想，以污區圖成圖時各類數據的自身存在的特征形成了模塊獨立的規則算法，分別對相應的數據進行分析與處理。

數據處理規則庫是根據《電力系統污區分級與外絕緣選擇標準》（Q/GDW152-2006）和《電力系統污區分布圖繪制方法》（DL/T 374-2011）兩個標準文件，對污區圖繪制中相關的污源種類、大氣質量指數、現場污穢度、人工運行經驗等基礎要素進行了分類量化，歸為污源規則庫、現場污穢度規則庫、污濕特性規則庫、運行經驗規則庫4模塊，各獨立規則庫模塊又依據繪圖過程中數據處理邏輯將其細化為具體的子規則項。軟件以規則細項的界面方式提供給繪制人員，繪制人員再根據地區詳細的污源分布情況、氣象與環境特征、輸電設備污穢狀況、歷史污閃狀況等特征信息對規則庫進行規則項的詳細設置。自動繪圖軟件依據用戶設置好的規則項處理數據生成污穢專題圖，最終經過電網運行經驗的修訂后生成正式的污區分布圖[2]。系統規則項設置見圖3。

圖3　系統規則項設置Fig.3Configuration of rule options

2.2數據處理模塊說明

2.2.1污染源規則庫

污染源規則庫由自然、交通、工業、農業、城市、服務業、生活、其他人類活動產生的污染等污源規則子項構成。自然、交通、工業、農業污染源是影響污穢等級劃分的4大重要因素。

表1　交通污染源規則庫Tab.1The rule base of the traffic pollution source

污源規則庫以各類型的污染源影響范圍作相應的GIS算法緩沖分析，以確定影響范圍內的污染源的污穢等級。

2.2.2現場污穢度規則庫

現場污穢度規則庫以監測點采集的飽和鹽密、灰密數據作為基礎，按《電力系統污區分級與外絕緣選擇標準》確定出監測點所在的污穢等級，以風向玫瑰圖作為修正參數進行GIS緩沖生成污穢度分布圖，見圖4。

圖4　現場污穢度與ESDD/NSDD關系Fig.4The relationship between SPS and ESDD/NSDD

2.2.3污濕特性規則庫

典型的污濕特性規則庫以大氣質量指數和積污期降雨情況為劃分依據建立。大氣質量指數P計算公式如下：

式中：USO2、UNOx、UTSP分別為SO2、NOx、TSP月均濃度，mg/m3；BSO2、BNOX、BTSP分別為SO2、NOx、TSP評價標準值[3]。大氣環境規則庫見表2。氣象規則庫見表3。

表2　大氣環境規則庫Tab.2The rule base of the atmospheric environment

表3　氣象規則庫Tab.3The rule base of meteorology

2.2.4運行經驗規則庫

運行經驗規則庫依據歷史污閃事故及不同電壓下線路可接受的污閃跳閘率而建立[4]。見表4。

表4　線路運行經驗規則庫Tab.4The rule base of transmission line operation experience

2.3繪圖方法對比

在污區圖繪圖過程中，無論是否采用軟件輔助繪制，都需要人工進行干預。盡管如此，在繪圖數據處理過程中，依賴于規則算法成圖的軟件繪制方式依然有更為明顯的優勢，相較于傳統繪制方法，使用規則算法的軟件繪制方式更加綜合、高效、可靠，成圖結果更為準確。

1）在數據采集方式上，基于Web Service接口方式的數據接入能夠實時準確獲取電網基礎信息，保證繪圖基礎數據實時準確，繪制結果更為可靠。

2）在污區圖成圖細節上，基于規則庫成圖的軟件繪制方法可以做到更加精確，在計算機軟件輔助下完成的污區圖更準確，圖層數據信息更齊全。

3）在污區圖修正處理上，基于規則算法成圖的繪制方式更為靈活。參數規則項的靈活設置使繪圖人員能非常方便并且可以隨時對污區進行修正調整，實時更新污區繪圖結果。

4）傳統污區圖的繪制需要繪圖人員非常熟悉輸變電設備現場污穢度情況及電網線路附近污源狀況，基于規則模塊算法成圖的軟件繪制方法則僅需繪圖人員收集基礎數據，數據收集部分交給電網專工完成，數據處理部分交給計算機完成，分工明確。

3　輔助應用模塊說明

在對輸變電設備進行外絕緣配置的工程設計中，為避免設備絕緣配置過高導致的工程投資浪費或設備絕緣配置過低而引起電網污閃停電事故[5]，生產設計部門常常需要依據電子污區圖來進行輸變電設備外絕緣的合理配置?；谶@一原則，甘肅省電子污區圖系統在自動成圖功能模塊之外另開發了輔助決策分析等拓展功能模塊，用更好地指導生產運行部門合理調控外絕緣配置，以降低輸變電線路污閃事故率，避免電網出現大面積停電事故，保證電網能夠持續安全運行，減少不必要的經濟損失。

在外絕緣配置過程中，常用的外絕緣設計方法有爬電比距法和污受耐壓法[6]。下文將以線路外絕緣配置過程中的爬電比距法分析為例，簡要介紹甘肅智能污區分布圖系統輔助決策模塊中爬電比距法的實現原理及應用案例。

根據線路桿塔在污區分布圖中的污穢等級信息，結合參照桿塔絕緣子爬電比距和依據各地區長期運行經驗所得的有效爬電比距的換算關系[7]，確定所用絕緣子的爬電比距，再和實際的絕緣子爬電比距臺帳信息進行對比分析，從而得出可能需要進行調爬的桿塔絕緣子列表，為用戶提供實時的線路外絕緣校核信息。

線路絕緣子爬電比距的算法流程如下：

1）獲取桿塔在污區分布圖中的現場污穢等級，根據統一爬電比距和現場污穢等級的曲線關系，得到參照絕緣子的爬電比距λ[8]。

圖5　統一爬電比距與污穢等級之間的關系Fig.5Relationship between unified creepage distance and pollution level

2）計算爬電距離的有效系數K：

式中：U為非普通型絕緣子的污耐受電壓，kV；L為非普通型絕緣子的幾何爬電距離，mm；U0為參照絕緣子的污耐受電壓，kV；L0為參照絕緣子的幾何爬電距離，mm。K值是經驗數據，在一個地區一般是固定，為0.8~0.9。

3）計算所用絕緣子爬電比距λ′：λ′=λ/K。

4）計算絕緣子串所需的總爬電距離：

式中：U′為最高運行相電壓。

5）計算絕緣子串總片數：

式中：L單片為單片爬電距離。

其總式如下：

式中：λ由參照絕緣子根據污穢等級查表得出；K為運行經驗數據，基本是常量一般為0.8左右，U′最高運行相電壓計算方式：

系統通過對甘肅慶陽供電局城彭線的外絕緣配置情況進行分析，得出的相關結果如圖6所示。根據分析結果，其部分外絕緣配置已經不滿足統一爬電比距的建議范圍，線路配置不合理，需要進行調爬。

圖6　城彭線絕緣配置分析結果Fig.6The insulation configuration analysis result of the Pengcheng transmission line

4　結語

依據國家電網企業標準，形成以基于成圖規則算法為核心的污區圖軟件繪制方法，使甘肅省電網污區分布圖的繪制更加客觀準確，縮短了污區分布圖繪制周期，提高了繪制人員的工作效率。由此系統拓展出的輔助決策分析模塊也為甘肅電網防污工程設計提供了可靠的技術支撐。

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[8]W152-2006電力系統污區分級與外絕緣選擇標準[S].

郭光焰

張玉剛（1971—），男，高級工程師，從事電力系統研究工作。

（編輯黃晶）

Study on the Application of the Intelligent Polluted Area System in Gansu Power Grid

GUO Guangyan1，ZHANG Yugang1，WANG Jin1，ZHANG Fagang1，YUAN Ximin2，LIU Gang2
（1.Electric Power Research Institute，Gansu Electric Power Company，Lanzhou 730050，Gansu，China；2.Wuhan Kangpu Changqing Software Technology，Ltd.，Wuhan 430070，Hubei，China）

The power system pollution distribution map is one of the bases for the design，production and maintenance of the power system.the infrastructure of power design，power production，power operation and power maintenance.The pollution distribution map of Gansu province in 2014 is drawn with the software which is based on the drawing rule module algorithm，and the detailed classification is made on the procedure of the pollution area mapping with the working flow simplified and the work efficiency improved.The study in the paper can provide a basis of decision making for the line pollution flashover work.

pollution distribution map；site pollution severity（SPS）；Web Service；module；rules algorithm；specific creepage distance

1674-3814（2015）06-0088-05

TM852；P208

A

2014-11-20。