郭光焰，張玉剛，王津，張發(fā)剛，袁習(xí)敏，劉剛（.國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，甘肅蘭州730050；.武漢康普常青軟件技術(shù)股份有限公司，湖北武漢430070）

甘肅電網(wǎng)智能污區(qū)系統(tǒng)應(yīng)用研究

郭光焰1，張玉剛1，王津1，張發(fā)剛1，袁習(xí)敏2，劉剛2
（1.國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，甘肅蘭州730050；2.武漢康普常青軟件技術(shù)股份有限公司，湖北武漢430070）

電網(wǎng)污區(qū)分布圖是電力系統(tǒng)設(shè)計、生產(chǎn)、運維的基礎(chǔ)。甘肅省2014年污區(qū)分布圖利用基于成圖規(guī)則模塊化數(shù)據(jù)算法的智能系統(tǒng)繪制，將污區(qū)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(zhǔn)確的參考信息。

污區(qū)分布圖；現(xiàn)場污穢度（SPS）；Web Service；模塊化；規(guī)則算法；爬電比距

電力系統(tǒng)污區(qū)分布圖是輸變電設(shè)備外絕緣配置及電網(wǎng)防污閃工作的基礎(chǔ)，作為指導(dǎo)新建、改（擴）建輸變電工程的外絕緣設(shè)計及電網(wǎng)運行設(shè)備外絕緣改造的重要依據(jù)，在電力系統(tǒng)防污閃工作中發(fā)揮著十分重要的作用。電力系統(tǒng)污區(qū)分布圖作為電網(wǎng)設(shè)計、建設(shè)和生產(chǎn)運行部門的溝通橋梁，圖形繪制的準(zhǔn)確性及時效性將直接影響到電網(wǎng)運行的安全。

隨著國網(wǎng)公司《電力系統(tǒng)污區(qū)分級與外絕緣選擇標(biāo)準(zhǔn)》（Q/GDW152-2006）和國家能源局《電力系統(tǒng)污區(qū)分布圖繪制方法》（DL/T 374-2011）[1]兩個文件的頒發(fā)，電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對污區(qū)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(qū)圖繪制過程中需要考慮和運算的因子也愈加復(fù)雜。

文章以往年甘肅省電力系統(tǒng)污區(qū)分布圖繪制過程中存在的問題作為出發(fā)點，提出了一種基于電子污區(qū)圖模塊化規(guī)則處理算法的污區(qū)分布圖軟件繪制方法，實現(xiàn)了在以基礎(chǔ)氣象信息、污源分布信息、現(xiàn)場污穢狀況信息、電網(wǎng)歷史污閃信息、污濕特性、運行經(jīng)驗等數(shù)據(jù)為成圖基礎(chǔ)的電子化污區(qū)分布圖自動繪制的方法，提高了繪制電網(wǎng)污區(qū)分布圖的效率及準(zhǔn)確性。

1　污區(qū)圖的繪制簡介

甘肅省2011版污區(qū)分布圖的繪制是依據(jù)Q/ GDW 152-2006《電力系統(tǒng)污區(qū)分級與外絕緣選擇標(biāo)準(zhǔn)》和國家電網(wǎng)公司《電力系統(tǒng)污區(qū)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(yè)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(guān)部門和單位的專業(yè)人員，調(diào)查收集甘肅省的污源分布狀況，繪制污源分布圖；2）結(jié)合氣象及環(huán)保部門的資料收集近3~5年的氣象及環(huán)保數(shù)據(jù)，繪制氣象分布圖；3）收集污穢測量及污閃故障數(shù)據(jù)，繪制現(xiàn)場污穢度分布圖；4）在污源分布圖、氣象分布圖、現(xiàn)場污穢度分布圖基礎(chǔ)上結(jié)合甘肅省輸變電設(shè)備多年的運行經(jīng)驗，繪制污區(qū)分布圖。

這種傳統(tǒng)的污區(qū)圖繪制方法充分考慮了引起污區(qū)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(zhǔn)確操作，也導(dǎo)致了污區(qū)圖編制工作在準(zhǔn)確性上難以把握。

2　智能污區(qū)系統(tǒng)說明

甘肅省2014版污區(qū)分布圖的繪制是采用以電網(wǎng)數(shù)據(jù)信息為基礎(chǔ)，基于ArcGis Engine專業(yè)GIS數(shù)據(jù)處理引擎開發(fā)的甘肅省污區(qū)分布圖智能系統(tǒng)繪制完成的，相較于傳統(tǒng)軟件手工繪制的方法，該方法繪制成圖速度快，繪圖準(zhǔn)確，圖元信息保存完整。甘肅省2014年繪制的污區(qū)分布圖參見圖1。

圖1　甘肅2014年污區(qū)分布圖Fig.1Pollution distribution map in Gansu in 2014

甘肅省污區(qū)分布圖智能系統(tǒng)從功能應(yīng)用上分為基礎(chǔ)信息管理、污區(qū)分布圖自動繪制、污區(qū)系統(tǒng)輔助應(yīng)用三大功能模塊。基礎(chǔ)信息管理模塊統(tǒng)一管理電網(wǎng)污區(qū)繪制相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，包括電網(wǎng)基礎(chǔ)（及行政地理）數(shù)據(jù)的接入，污區(qū)分布圖繪制相關(guān)數(shù)據(jù)的錄入（導(dǎo)入），基礎(chǔ)信息的管理和維護等功能；污區(qū)圖自動繪制模塊負責(zé)處理繪圖相關(guān)的業(yè)務(wù)邏輯，通過數(shù)據(jù)加工，規(guī)則處理，數(shù)據(jù)分析等子模塊的相互配合實現(xiàn)污區(qū)圖的智能繪制；污區(qū)系統(tǒng)輔助應(yīng)用模塊則主要用于指導(dǎo)輸變電設(shè)備的外絕緣配置分析等，該模塊提供的應(yīng)用功能有：線路調(diào)爬計劃、輸變電設(shè)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(qū)分布圖繪制系統(tǒng)的平臺軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　甘肅污區(qū)圖系統(tǒng)構(gòu)成Fig.2Constitution of pollution distribution map system in Gansu

系統(tǒng)繪制過程中所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息是通過數(shù)據(jù)錄入和接口接入2種數(shù)據(jù)采集方式配合完成的。電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和行政地理信息通過專門開發(fā)的Web Service數(shù)據(jù)接口從電網(wǎng)PMS系統(tǒng)、雷電定位系統(tǒng)、地理信息（GIS）系統(tǒng)采集后接入到繪制系統(tǒng)。繪圖過程中的污源、大氣環(huán)保、氣象、現(xiàn)場污穢度、歷史污閃故障等相關(guān)數(shù)據(jù)需要通過人工錄入（導(dǎo)入）方式匯集到軟件繪制系統(tǒng)中，以確保繪圖所需資料完整可靠。

系統(tǒng)采用接口接入和人工錄入的數(shù)據(jù)采集方式主要是為確保污區(qū)圖繪制時電網(wǎng)數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r同步，繪制結(jié)果可隨基礎(chǔ)數(shù)據(jù)變化而動態(tài)更新，保證電網(wǎng)污區(qū)分布圖的最終成圖達到實時準(zhǔn)確的效果。

甘肅省智能污區(qū)分布圖系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理模塊是采用“分而治之”的算法思想，以污區(qū)圖成圖時各類數(shù)據(jù)的自身存在的特征形成了模塊獨立的規(guī)則算法，分別對相應(yīng)的數(shù)據(jù)進行分析與處理。

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

圖3　系統(tǒng)規(guī)則項設(shè)置Fig.3Configuration of rule options

2.2數(shù)據(jù)處理模塊說明

2.2.1污染源規(guī)則庫

污染源規(guī)則庫由自然、交通、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、城市、服務(wù)業(yè)、生活、其他人類活動產(chǎn)生的污染等污源規(guī)則子項構(gòu)成。自然、交通、工業(yè)、農(nóng)業(yè)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(guī)則庫Tab.1The rule base of the traffic pollution source

污源規(guī)則庫以各類型的污染源影響范圍作相應(yīng)的GIS算法緩沖分析，以確定影響范圍內(nèi)的污染源的污穢等級。

2.2.2現(xiàn)場污穢度規(guī)則庫

現(xiàn)場污穢度規(guī)則庫以監(jiān)測點采集的飽和鹽密、灰密數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，按《電力系統(tǒng)污區(qū)分級與外絕緣選擇標(biāo)準(zhǔn)》確定出監(jiān)測點所在的污穢等級，以風(fēng)向玫瑰圖作為修正參數(shù)進行GIS緩沖生成污穢度分布圖，見圖4。

圖4　現(xiàn)場污穢度與ESDD/NSDD關(guān)系Fig.4The relationship between SPS and ESDD/NSDD

2.2.3污濕特性規(guī)則庫

典型的污濕特性規(guī)則庫以大氣質(zhì)量指數(shù)和積污期降雨情況為劃分依據(jù)建立。大氣質(zhì)量指數(shù)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(biāo)準(zhǔn)值[3]。大氣環(huán)境規(guī)則庫見表2。氣象規(guī)則庫見表3。

表2　大氣環(huán)境規(guī)則庫Tab.2The rule base of the atmospheric environment

表3　氣象規(guī)則庫Tab.3The rule base of meteorology

2.2.4運行經(jīng)驗規(guī)則庫

運行經(jīng)驗規(guī)則庫依據(jù)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(jīng)驗規(guī)則庫Tab.4The rule base of transmission line operation experience

2.3繪圖方法對比

在污區(qū)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(yù)。盡管如此，在繪圖數(shù)據(jù)處理過程中，依賴于規(guī)則算法成圖的軟件繪制方式依然有更為明顯的優(yōu)勢，相較于傳統(tǒng)繪制方法，使用規(guī)則算法的軟件繪制方式更加綜合、高效、可靠，成圖結(jié)果更為準(zhǔn)確。

1）在數(shù)據(jù)采集方式上，基于Web Service接口方式的數(shù)據(jù)接入能夠?qū)崟r準(zhǔn)確獲取電網(wǎng)基礎(chǔ)信息，保證繪圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)實時準(zhǔn)確，繪制結(jié)果更為可靠。

2）在污區(qū)圖成圖細節(jié)上，基于規(guī)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(qū)圖更準(zhǔn)確，圖層數(shù)據(jù)信息更齊全。

3）在污區(qū)圖修正處理上，基于規(guī)則算法成圖的繪制方式更為靈活。參數(shù)規(guī)則項的靈活設(shè)置使繪圖人員能非常方便并且可以隨時對污區(qū)進行修正調(diào)整，實時更新污區(qū)繪圖結(jié)果。

4）傳統(tǒng)污區(qū)圖的繪制需要繪圖人員非常熟悉輸變電設(shè)備現(xiàn)場污穢度情況及電網(wǎng)線路附近污源狀況，基于規(guī)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(chǔ)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)收集部分交給電網(wǎng)專工完成，數(shù)據(jù)處理部分交給計算機完成，分工明確。

3　輔助應(yīng)用模塊說明

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

在外絕緣配置過程中，常用的外絕緣設(shè)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(qū)分布圖系統(tǒng)輔助決策模塊中爬電比距法的實現(xiàn)原理及應(yīng)用案例。

根據(jù)線路桿塔在污區(qū)分布圖中的污穢等級信息，結(jié)合參照桿塔絕緣子爬電比距和依據(jù)各地區(qū)長期運行經(jīng)驗所得的有效爬電比距的換算關(guān)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(diào)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(qū)分布圖中的現(xiàn)場污穢等級，根據(jù)統(tǒng)一爬電比距和現(xiàn)場污穢等級的曲線關(guān)系，得到參照絕緣子的爬電比距λ[8]。

圖5　統(tǒng)一爬電比距與污穢等級之間的關(guān)系Fig.5Relationship between unified creepage distance and pollution level

2）計算爬電距離的有效系數(shù)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(jīng)驗數(shù)據(jù)，在一個地區(qū)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(shù)：

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(jù)污穢等級查表得出；K為運行經(jīng)驗數(shù)據(jù)，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(tǒng)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(guān)結(jié)果如圖6所示。根據(jù)分析結(jié)果，其部分外絕緣配置已經(jīng)不滿足統(tǒng)一爬電比距的建議范圍，線路配置不合理，需要進行調(diào)爬。

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

4　結(jié)語

依據(jù)國家電網(wǎng)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，形成以基于成圖規(guī)則算法為核心的污區(qū)圖軟件繪制方法，使甘肅省電網(wǎng)污區(qū)分布圖的繪制更加客觀準(zhǔn)確，縮短了污區(qū)分布圖繪制周期，提高了繪制人員的工作效率。由此系統(tǒng)拓展出的輔助決策分析模塊也為甘肅電網(wǎng)防污工程設(shè)計提供了可靠的技術(shù)支撐。

[1]DL/T 374-2011，電力系統(tǒng)污區(qū)分布圖繪制方法[S].

[2]劉詣，羅滇生，姚建剛，等.電網(wǎng)污區(qū)分布圖的計算機自動繪制方法研究[J].高電壓技術(shù)，2007，33（5）:8-10. LIU Yi，LUO Diansheng，YAO Jiangang，et al.Method ofcomputer-automated drawing the map of pollution areas[J].High Voltage Engineering，2007，33（5）:8-10（in Chinese）.

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[8]W152-2006電力系統(tǒng)污區(qū)分級與外絕緣選擇標(biāo)準(zhǔn)[S].

郭光焰

張玉剛（1971—），男，高級工程師，從事電力系統(tǒng)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。