山西电网特殊天气下降压运行的必要性研究

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[摘 要]本文对山西省污区分布、山西电网主网线路和变电站绝缘子使用情况等进行了初步调研，在易出现污闪气象条件的南部盆地地区选取了500kV和220kV两条典型线路，依据国内外多年来积累的大量污闪试验数据、污闪理论研究的进展和实际运行经验，通过简化模型对所选取的典型线路的污闪概率进行了计算和分析，进而对山西电网主网在特殊天气下降压运行的必要性进行了讨论。

[关键词]污闪、天气、概率、降压运行

中图分类号：U472 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）46-0162-01

1.引言

户外绝缘长年面对各种大气环境的侵袭，在雨、雪、雾、覆冰等恶劣天气条件下，户外绝缘将面临因绝缘下降造成闪络概率增大的风险。户外绝缘在运行中发生闪络的类型很多，由于污闪的闪络电压最低，是唯一发生在运行电压下的闪络事故，国内外普遍认为污闪是选择外绝缘水平的决定性因素[1-3]。绝缘子表面污秽的积累以及使表面污秽充分受潮的气象条件是发生污闪的两个基本条件。在降水不多但很潮湿的天气下，绝缘子表面的污秽充分受潮但又不会流失，因此是发生污闪最危险的气象条件[3]。

为降低户外绝缘发生污闪的风险，当全省多地出现雨、雪、雾、覆冰等特殊天气条件时，山西电网主网一贯采取全省降压运行的方式。为防止发生大面积污闪事故，90年代已对旧有线路进行过爬距调整[4]，而近年来的新建线路则使用了很多耐污闪的合成绝缘子，加上对大量瓷质和玻璃绝缘子进行了RTV喷涂，特殊天气条件下山西电网主网是否仍有降压运行的必要性有待分析研究。根据山西电网生产管理系统录入的数据，2000年至今220kV及以上电压等级线路仅出现过一起220kV线路污闪跳闸事故。由于目前AVC系统并未制定降压运行时的控制策略，而且降压幅度受制于系统稳定、线路电流限值、用户电能质量等方面的限制，因此造成目前在特殊天气下对全省各地区各厂站的降压操作繁琐且降压幅度有限。迫切需要研究在当前情况下，外绝缘发生闪络的风险受电压调整的影响的敏感度，从而有针对性地指导需否及如何进行特殊天气下的降压工作。

山西工业基础雄厚，且多为高耗能企业，以煤为主的能源结构造成大气污染比较严重，因而全省不少地区的绝缘子污秽都较重。易发生污闪的气象条件主要有毛毛雨、持续大雾、融冰、融雪、凝露等天气，中大雨会冲刷绝缘子表面的污秽，一般认为不造成污闪威胁[3，5，6]。秋冬季节干燥少雨易造成绝缘子表面积污加重，冬春季节则容易出现导致污闪的天气，所以污闪主要发生在11月至来年4月份[7，8]。山西北部、中部地区积污期的总雾日数较少，临汾、长治、晋城等南部地区积污期总雾日数较多，同一地区盆地污期总雾日数多而山区少，最长连续雾日数也有类似规律，且盆地大气污染不易扩散，因而南部的盆地地区最易发生污闪事故[7]。

本文主要通过研究线路的污闪概率受电压调整的影响的敏感度，来对山西电网主网特殊天气条件下降压运行的必要性进行分析。在南部盆地地区分别选取了一条500kV和220kV输电线路，假定线路全线均处于最易发生污闪的气象条件下，进行不同运行电压下的污闪概率计算。为使计算简便，依据多年来各单位积累的大量的污闪试验数据、丰富的运行经验和污闪理论的进展对计算模型进行了一些理想化的简化，考虑的是最严重情况（尽量不低估污闪概率），因而对某一种情况下线路污闪概率的计算结果并不能代表其实际的污闪概率，但由于本文关注的重点在污闪概率受电压调整影响的敏感度，并不影响本文的分析。

2.线路的污闪概率计算模型

2.1 污闪概率计算原理

绝缘子发生污闪的概率一般认为服从正太分布，50%闪络概率污闪电压为该正太分布的期望，标准偏差σ采用不同的污闪试验方法时有所不同，通常在5%左右[2]，一般不超过7%，为使本次计算不低估发生污闪的概率，σ取7%。因此，若知道一串绝缘子的污闪电压，在任意确定的运行电压下，都能计算出该串绝缘子发生污秽闪络的概率。对一条线路来说，只要知道每一串绝缘子的污闪概率，容易计算出整条线路的污闪概率。

2.2 污闪电压的确定

对于一种确定型号的玻璃或瓷质绝缘子，其在人工污秽试验中的污闪电压与串长是线性关系，也即污闪电压与爬距为线性关系。因此，在污区等级及相对应的人工污秽试验的污秽度确定之后，由该型号绝缘子的人工污秽试验数据所计算得到的污闪电压梯度（污闪电压与爬电距离之比），就可以计算出该型号绝缘子在某一确定串长下的污闪电压。

根据《污秽地区绝缘子使用导则》（JB/T 5895-1991）中西瓷所、东电院、武高所、清华大学等各单位的绝缘子人工污闪试验数据[9]，包括恒压升降法获得的和用升压法获得的污闪电压，多种绝缘子通过比较试验得到的和都是很接近的，因而可以近似认为=，两者不作区分。

2.3 所选取线路的绝缘子使用情况

综合考虑山西省污区分布的情况，在易出现污闪气象条件的南部盆地地区选取500kV久潞II线和220kV霍陶I线作为典型线路进行计算，两者均为10年内投运的线路，具有一定代表性。表1为两条线路的绝缘子使用情况统计结果。

由表1可知，500kV久潞II线和220kV霍陶I线的悬垂串均采用合成绝缘子，耐张串采用玻璃或瓷质绝缘子。500kV久潞II线的玻璃绝缘子串因绝缘子型号和单串片数的差异，单串爬距有14m、16m、18.43m三种。为方便计算和讨论，对每一类绝缘子串单元进行单元标记。

根据实际运行经验，合成绝缘子的耐污闪能力比瓷质和玻璃绝缘子高得多，由人工污闪试验得到的数据也说明相同泄漏距离的合成绝缘子的污闪电压为同等污秽度下瓷质绝缘子串污闪电压的两倍以上，所以在爬距足够的条件下认为合成绝缘子通常不会发生污闪。为简化计算，本文近似认为合成绝缘的污闪概率为0，只需计算瓷质和玻璃绝缘子串的污闪概率。

2.4 污闪电压梯度的确定

根据山西电力系统外绝缘污区划分，全省主要城市及其周边污秽等级不低于III级，局部污染特别严重的为IV级污区[7]，而输电线路绝缘子的爬距和串长在线路设计时已考虑了线路各部分所经过地区的污区等级，为使本次计算不低估线路所处的污区等级，假定表1中单元A3、B1为IV级污区，单元A1、A2、A4为III级污区。III级、IV级污区可分别采用0.1mg/cm2、0.2mg/cm2作为相对应的人工污秽试验的盐密值[2]。

3.结论

当瓷和玻璃绝缘子未涂覆RTV时，线路污闪概率随电压降低显著减小，降压运行对降低线路污闪风险是有效的，但如果降压的范围较小，效果将比较有限；当瓷和玻璃绝缘子均已涂覆RTV时，由于线路发生污闪的风险已经极小，降压运行是不必要的。

在山西主网220kV及以上电压等级的线路瓷和玻璃绝缘子及变电站瓷质支柱绝缘子均已涂覆配方、厚度、工艺和使用年限符合要求的RTV的条件下，当山西大面积区域出现易发生污闪的天气条件时，主网降压运行是不必要的。从初步调研情况来看，除北部地区为部分涂覆RTV外，省内实际情况基本符合这一条件，而北部地区出现易发生污闪天气条件的可能性又是比较小的。

易发生污闪的天气条件为毛毛雨、持续大雾、融冰、融雪、凝露等可使绝缘子表面的污秽充分受潮但又不会流失的天气，在其他不易发生污闪的天气条件下降压运行更为不必要。

参考文献

[1] 张仁豫等.绝缘污秽放电.北京：水利电力出版社，1994.

[2] 关志成，刘瑛岩，周远翔等.绝缘子及输变电设备外绝缘.北京：清华大学出版社，2006.

[3] 梁曦东，陈昌渔，周远翔.高电压工程.北京：清华大学出版社，2006.

王小昂，男，1988.10--，清华大学硕士研究生