陈春杨
国网四川省电力公司乐山供电公司 四川乐山 614800
摘要：虽然输电线路绝缘子污闪率相对于雷击率要小的多，但是对电网的造成的危害比雷击造成的危害要大的多，因而分析输电线路绝缘子污闪率并有针对性的预防是很有必要的。笔者在对乐山地区的湿润强度、雾霾污秽成分及电压等级等进行大量统计分析的基础上，采用统计学原理计算乐山地区输电线路的污闪率，提出了乐山地区的防污措施：加强污闪率高区域绝缘子的清扫工作、采用绝缘子污秽在线监测技术。
关键字：绝缘子；污秽率；输电线路；防污闪对策
0引言
乐山电网多年的运行经验表明，绝缘子污闪是该地区高压线路的主要事故之一。乐山地区处于丘陵地带，位于四川盆地西南，市内河流密布，独特的地理条件造就了乐山独特的气候条件。首先是湿润强度高，其湿润强度处于中部地区高位；其次是山区地区冬季常发突击性小雪、雨夹雪、持续性大雪积雪。城市基础设施大部分处于施工阶段，这就给雾霾天气创造了条件，加之乐山处于丘陵地带，污秽不易扩散，导致该地区雾霾天气频发且雾霾等级高。
长期的研究表明，输电线路绝缘子污闪是多重因素综合影响的结果。这些因素大体包括：输电线路的电压等级和持续时间、绝缘子污秽的种类和污染程度、绝缘子周围湿润强度及天气状况等。其中电压等级、污秽种类和程度、湿润强大是最主要的因素，这些因素除了电压等级是不变量以外，其它两种因素均是随即因素，是随地区和时间变化的。
1污闪率计算原理及数学模型分析
1.1污闪率计算的原理
对于一个任意给定的连续型随机概率分布函数，因为在无限区间上的分布求取难以实现，我们用有限区间上的截尾分布来替代无限区间的分布。该替代可行的前提条件是满足如下关系：
（1）
上式中，是一个非常小的正数，这就保证了截尾分布的误差是可以被忽略的。
现在我们把区间划分为n个小的区间，所分区间如下：
根据公式计算每个小区间内的概率分布：
（2）
式中。
这样可以将连续概率分布函数做离散化处理，处理得到如下结果：
（3）
上述方程式计算单随机变量概率，若出现多个随机变量,需要对各随机变量之间的相互关系做近似处理；若各随机变量是相互独立的，按连续函数离散化方法处理各单变量。分析步骤如下：首先是选取区间，在每个随机变量中任取一小区间，然后按照随机组合的原则组合成多个复杂的复合随机事件；选取判定依据；依次考察每一个复合事件发生概率是否达到判据要求；所有满足此要求的复合事件发生的概率为满足该要求发生的概率。
1.2计算绝缘子污闪的模型
本文定义线路电压为变量，湿润强度，污秽程度为，且这三个因素是相互独立且为时间上的连续量。根据1.1所述的原理，首先需要对、、进行离散化处理；计算其在子区间上的概率分布分别为、、，这三个单一事件组成复合事件发生的概率如下：
（4）
上式中G是在电压、湿润强度、污秽程度三个因素同时发生的组合事件概率。
假若绝缘子在该复合事件对应的条件下发生闪络，则记概率为（5），继续对所有可能的复合事件进行概率计算，绝缘子发生污闪的概率为：
（6）
假设一条线路上有个绝缘子串，任意一个绝缘子串在该电压等级下发生污闪的概率为，由于一条线路上一个绝缘子发生污闪事件就意味着整条线路发生污闪事件，因而可以判定各绝缘子串之间的关系是独立的关系。所以整条线路发生污闪的概率是：（7） ； 式子中为第i个绝缘子串在复合事件下发生污闪的概率。
1.3发生污闪的判定条件
用上述算法进行计算的关键是污闪发生的判定依据，对于本文所讨论的问题，就是在某个电压等级下要求一定的污秽程度、湿润强度下的耐受电压。如果复合事件的的作用电压大于此时复合事件条件下对应的电压，则认为该事件下绝缘子发生污闪；反之，则不发生污闪。对所有可能的复合事件进行考虑，最后得出线路绝缘子串发生污闪的概率。
在某一给定的污秽程度下和饱和湿润度的条件下，绝缘子的耐受电压可以用污闪概率为10%的污闪电压来替代，该电压要求满足我们现行的设计规定，与实际工程计算也不存在太大的出入，因而该值是比较合理的。在实验的情况下，污闪概率为10%的污闪电压为：
式中是污闪概率为50%的放电电压，为放电电压的标准偏差。
当然污闪电压也必须进行校正，常用的校正公式一般是：
，式子中n是对应的污秽程度，污秽程度划分为4级，即1级、2级、3级、4级，分别对应的n值是0.5、0.6、0.7、0.8。
上面讨论的均是在饱和湿润度的前提条件下得到的，在采用本文所提算法进行计算时，湿润度也是随机变量，按文献[9]所述饱和湿润度在一定污秽程度下是存在图1所示的关系的。
图1： 50%污闪电压与湿润强度关系
在湿润强度比较小时，50%污闪点比较高，但随着湿润强度的增加，50%污闪电压渐渐降低，在湿润强度增加到一定值后，50%污闪电压随着湿润强度上升。本文在污秽程度一定时，选取的污闪电压为在图1情况下最低的污闪电压。
2随机变量处理
2.1随机变量的统计处理
影响线路绝缘子污闪的三个主要因素
是连续型随机变量，对连续型随机变量只能讨论在某一区间上的概率。一般情况下是按下述规定来确定分组和子样容量的，假设L为分组组数，m为子样容量。
L的取值是与区间上下限的取值有关的，若子样分组区间为，则要确保每一个区间都要样本落入，且必须保证每个样本只落入一个区间。
确定分组就需要计算每个小分组的频率分布，计算方法如下：
对于任一小区间，取其中值，若落入该小区间的采样个数为M，而实际总样本为N，那么变量在该小区间的频率为：
（8）
3仿真研究
乐山市某条220kV线路全长45公里，全线丘陵占61%，高山占16%，山地占23%。该线路部分处于雾霾天气频发区，其余可按清洁区处理，线路全程处于中高湿度区域。电压分布为220kV，档距取400米，每相单串，绝缘子型号统一取XP-16，这是对线路的一个理想化处理。
根据该线路所经区域的气象条件及该线路出现跳闸的情况，利用得到的数据采用统计学规律得到污秽度与污闪率的关系，无雾霾（污闪率%0.011）、轻度雾霾（污闪率0.025）、中度雾霾（污闪率0.147）、高度雾霾（污闪率0.271）
雾霾与相对湿度越大，线路跳闸的可能性就越高。当然绝缘子污闪是污秽与湿润度综合影响的结果，本文对该条件作了理想化处理，但经过试验结果证明该理想化处理对结果影响不是很大，所以该理想化处理时合适的。
根据获得的线路电压等级220kV、线路雾霾程度轻中高、湿润程度70-92之间，采用本文所提的算法，用MATLAB编程获得多因素污闪概率仿真结果如图3所示。
图2 污闪率计算结果图
根据线路情况，线路可能有12中情况，根据计算获得每种情况的污闪率，仿真结果如图3所示，在雾霾程度低且湿润强度低的线路区域，污闪发生的可能性比较低；在雾霾程度高且湿润强度高的线路区域，污闪发生的可能性也高；在雾霾程度高但湿润强度低或者雾霾程度低但湿润强度高的区域，污闪发生的可能性介于两者之间。
4结论及预防措施
污闪是多种因素综合影响的结果，雾霾引起的积污效应是与空气湿度相关的，空气湿度大积污效应明显。
本文仅考虑影响污闪的几个主要因素，若要更深层次的分析问题，需要考虑积雪、季雨、季风、杆塔的爬电比距等。
针对污闪率高的地区，需要制定相应的防污对策及措施：1.建立和完善防污工作制度。2.加大线路清扫工作。3.加大对线路的改造工作。从长远看来，防污最有效的措施是加大线路的改造，采用复合式绝缘子，依靠设备本身的绝缘配置实现线路的防污。
参考文献
[1] 项立人,宿志一.东北华北500kV线路污闪和雷击事故的分析及防止措施[J].POWER SYSTEM TECHNOLOGY.1989,4(41):1-4.
[2] 刘晓波,孙才新,顾乐观,谢军.高海拔地区输电线路污闪率的计算[J].高电压技术.1992,2(6):36-42.
[3] 黄丹青,陆国俊,李柳云等.广州地区输电线路绝缘子污秽成分分析[J].高压电器.2013,49(2):85-92.
论文作者:陈春杨
论文发表刊物:《防护工程》2018年第30期
论文发表时间:2019/1/17
标签：绝缘子论文; 线路论文; 概率论文; 湿润论文; 污秽论文; 区间论文; 电压论文; 《防护工程》2018年第30期论文;