专利名称：一种高压输电线路外绝缘自然积污测试方法
技术领域：
本发明涉及外绝缘自然积污测试方法，特别涉及IlOkV及以上电压等级的高压输 电线路外绝缘自然积污测试方法。
背景技术：
防污工作通常是以污秽度测试和污闪机理为基础。通过污秽度测试确定污区等 级，指导外绝缘设计和运行维护等工作；通过污闪机理研究，制定新的防污措施，提高防污 能力。近年来，随着外绝缘设计水平和运行维护水平不断提高，复合绝缘子和持久性防污涂 料(PRTV)的广泛采用，我国输电线路的污闪事故得到有效遏制。但是大规模区域性污闪 事故仍然时有发生，特别是IlOkV及以下电压等级的线路污闪还比较严重。污闪事故数在 电网事故总数中已占第二位，仅次于雷害事故，但污闪事故造成的损失却是雷害事故的10 倍，可见污闪研究极其重要，需要更深入地开展工作。国内外学者分别从污秽的来源与扩散、污闪的机理及其影响因素、污秽度测试等 方面进行了研究；研究发现因污秽成分差异，使用等值盐密(ESDD)评估外绝缘污秽度存 在一定不足，人工污秽的污闪电压比自然污秽偏低等现象。换言之，因污秽成分差异，使用 ESDD评估的污秽度与实际污秽度之间存在的巨大差异，致使外绝缘设计和日常运行维护的 实际效果不理想，甚至造成大量人力物力浪费；对污闪机理的研究也受到人工污秽成分单 一的影响，未能研究自然污秽中各种成分的不同污闪特征和机理，对污闪机理的研究不足， 致使现有的防污产品不能满足实际运行的需求。综上所述，因对污秽成分研究的不足，致使污秽度评估和污闪机理研究存在缺陷， 现有防污措施不能满足实际运行的需求。目前，国内外学者认识到污秽成分相关研究在防 污工作中的重要地位，并已将等值灰密(NSDD)作为了评估污区等级的定量参数。因此，若 要从根本上改变目前的防污形势，就需要加强自然污秽成分的相关研究，而以上研究都需 要从建立自然积污试验点，进行长期自然积污试验，获取自然污秽并进行有效的测试。目前，自然积污的测试通常在变电站、换流站、专用自然积污站，污闪事故杆塔，进 行自然积污试验并测量。通常变电站和换流站在建站选址时，考虑外绝缘的防污需求，确定 在远离污染源的轻污秽区，如农田，居民区等。因变电站和换流站属于轻污秽区，而且污秽 成分单一，不能有效反映高压输电线路穿越地区的复杂污秽度和污秽成分。虽然专用自然 积污站、污闪事故杆塔可以在一定程度上反映，高压输电线路穿越部分地区的污秽度和污 秽成分，但是输电线路繁多，穿越地区的污秽度和成分十分复杂，而专用自然积污站、污闪 事故杆塔数量十分有限，不能全面反映高压输电线路穿越地区的污秽情况。因此，需要一种 新的高压输电线路外绝缘自然积污测试方法改变以上现状。

发明内容
针对现有自然积污测试方法的不足，本发明旨在提出一种新的高压输电线路外绝 缘自然积污测试方法，高效地实现高压输电线路外绝缘自然积污的测试。
本发明目的通过采用以下技术方案实现一种高压输电线路外绝缘自然积污测试方法，包括如下步骤(1)在Google Earth可视化地理信息平台上，对污秽测试区域进行网格划分，将 整个区域划分成若干个Ikm 5km的网格；(2)将污秽测试区域内的现有IlOkV 500kV的输电线路杆塔坐标导入Google Earth可视化地理信息平台，对输电线路杆塔分布进行可视化显示；(3)将污秽测试区域内的现有污秽等级分布图导入Google Earth可视化地理信 息平台，形成网格的污秽等级属性，污秽等级属性分为I级污秽、II污秽、III级污秽和IV 级污秽4种属性；将污秽测试区域内的现有地形分布图导入Google Earth可视化地理信 息平台，形成网格的地形属性，地形属性分为山地、高原、平原、丘陵和盆地；将污秽测试区 域内的现有地貌分布图导入Google Earth可视化地理信息平台，形成网格的地貌属性， 所述地貌属性分为公路区、农田区、工业区、居民区和近水区；将污秽测试区域内的现有 IlOkV 500kV的输电线路杆塔中发生过污闪事故的坐标导入Google Earth可视化地理信 息平台，形成网格的污闪事故属性，对污闪事故分布进行可视化显示；(4)标记具有污闪事故属性的网格；(5)在步骤(3)所得的Google Earth可视化地理信息平台上，对于具有近水区 和公路区两种地貌属性的网格，从两区域最左上角的网格开始，沿相应属性区域的走向纵 向延伸，每10km-15km划分一个相应属性的独立地貌属性区域，并将该区域所有网格的 地貌属性设置为相应属性；对于农田区、工业区、居民区三种地貌属性的网格，使用一个 10km-15km的选择方框，从污秽测试区域的最左上角开始先向右移动，每次移动一个网格； 移动到最右端后，向下移动一个网格再从左向右移动；对于具有不同地形属性的网格，使用 一个15km-20km的选择方框，从污秽测试区域的最左上角开始先向右移动，每次移动一个 网格；移动到最右端后，向下移动一个网格再从左向右移动；对于具有不同污秽属性的网 格，使用一个20km-30km的选择方框，从污秽测试区域的最左上角开始先向右移动，每次移 动一个网格；移动到最右端后，向下移动一个网格再从左向右移动；某一种属性的网格数 量达到选择方框覆盖区域网格总数量的70% -80%及以上，那么将该选择方框覆盖区域划 分为相应属性区域，如每一种属性的网格数量都不能达到选择方框覆盖区域网格总数量的 70% _80%，将该区域所有网格的属性设置为无属性区域；(6)如果发生过污闪事故，随机选取具有污闪事故属性网格内的三基杆塔作为高 压输电线路自然积污试验点；然后，根据步骤(5)绘制的地貌属性、地形属性、污秽等级属 性的多边形综合属性区域，连接有综合属性区域的对角线并连接无综合属性区域的对角 线，以对角线交点为综合属性区域的中心点，随机选取中心点所在网格内的三基杆塔作为 高压输电线路自然积污试验点；如果中心点所在网格内没有杆塔，或者不足三基杆塔，那么 选择以中心点为圆心半径为5km的圆形范围内最近的杆塔补足缺失杆塔，作为高压输电线 路自然积污试验点；如果圆心所在网格，以及方圆IOkm范围内均无杆塔，则需要建立自然 积污试验点进行自然积污试验；(7)人工在杆塔上使用取样布分别擦拭试验绝缘子上、下表面的污秽并封装，然 后将封装后的污秽试样送至实验室检测，按照GB/T 4585-2004/IEC 60507 :1991分别测量 自然积污试验点杆塔绝缘子上表面和下表面的等值盐密，分别计为ESDDJ^ ESDDt ；按照IEC60815-1分别测量自然积污试验点杆塔绝缘子上表面和下表面的等值灰密，分别计为 NSDD上和NSDDt ；自然积污试验点杆塔绝缘子的全表面等值盐密ESDD4和全表面等值灰密 NSDD全按照以下公式计算。ESDD4= (ESDD上 XS上+ESDD下 XS下)/(S上+S下)NSDD4= (NSDD上 XS上+NSDD下 XS下)/(S上+S下)NSDD全、ESDD上、NSDD上、ESDD下或者NSDD下的单位mg/cm2 ；S上为绝缘子上表面的表 面积；ST为绝缘子下表面的表面积，单位cm2。为进一步实现本发明目的，所述步骤(2)对输电线路杆塔分布进行可视化显示是 指分别使用黑色杆塔图标表示1 IOkV杆塔，蓝色杆塔图标表示220kV杆塔，红色杆塔图标表 示500kV杆塔。所述步骤(3)中，如果地貌区域有重叠，按照区域污染的轻重制定优先级，区域污 染越重优先级越高，区域污染越轻优先级越低；区域优先级从高到底设置为工业区、公路 区、近水区、农田区和居民区。所述步骤(5)通过判断选择方框内某种属性的网格的数量，是否达到选择方框覆 盖区域网格总数量的75% -80%，进而判断选择方框覆盖区域的相应属性。与现有自然积污测试方法相比，本发明有以下优点(1)本发明打破了将自然积污测试局限在变电站、换流站、专用自然积污站，污闪 事故区域传统，将自然积污试验点广泛分布到所有输电线路杆塔上，为多种污秽度，多种污 秽成分的研究奠定了基础，为电力外绝缘防污研究提供了崭新的平台。目前，国内外都没有 高压输电线路外绝缘自然积污试验确定方法及其实现方法。(2)本发明首次将高压输电线路自然积污状况与气象污染源状况的关系，使用地 形地貌的方式进行表述，并提出根据输电线路穿越地区的地形地貌确定自然积污试验点的 方法，极大简化了自然积污试验点确定步骤，使操作简单易行，易于接受和掌握。(3)本发明首次制定了基于Google Earth可视化地理信息平台，使用网格法，几 何方法确定综合属性区域中心的自然积污测试方法，用Google Earth可视化地理信息平台 综合处理多属性数据，并替代了现场人工考察，极大了降低了人力物力财力的消耗，便于推
具体实施例方式高压输电线路外绝缘自然积污的测试工作，需要综合考虑诸多因素，可根据下列 步骤进行具体实施。(1)在Google Earth可视化地理信息平台上，对污秽测试区域进行网格划分，将 整个区域划分成若干个Ikm 5km的网格；谷歌地球(Google Earth, GE)是一款Google公 司开发的虚拟地球仪软件，它把卫星照片、航空照相和GIS布置在一个地球的三维模型上。 Google Earth于2005年向全球推出，用户们可以通过一个下载到自己电脑上的客户端软 件，免费浏览全球各地的高清晰度卫星图片。(2)将污秽测试区域内的现有IlOkV 500kV的输电线路杆塔坐标导入Google Earth可视化地理信息平台，分别使用黑色杆塔图标表示IlOkV杆塔，蓝色杆塔图标)表示220kV杆塔，红色杆塔图标(f )表示500kV杆塔，对输电线路杆塔分布进行可视 化显示；(3)在污秽测试区域内，将电力部门已经采用网格法绘制好的污秽等级分布图导 入Google Earth可视化地理信息平台，并设置相应网格的污秽等级属性，通常污秽等级属 性分为I级污秽、II污秽、III级污秽和IV级污秽4种属性。(4)在污秽测试区域内，根据各种地形属性的特点，在Google Earth可视化地理 信息平台上，设置相应网格的地形属性。通常地形属性设为山地(海拔500米以上，相对高 差200米以上)、高原(海拔1000米以上，周边以明显的陡坡为界)、平原(海拔0 500 米，地形平坦)、丘陵(海拔500m以下，相对高差200m以下)和盆地(四周被山岭、高原环 绕，中间为平原或丘陵的盆状地形)5种属性。(5)在污秽测试区域内，根据各种地貌属性的特点，在Google Earth可视化地理 信息平台上，设置相应网格的地貌属性。通常地貌属性设为公路区(日均车流量超过5000 辆次的公路两侧3 5km区域)、农田区(绿色植被覆盖的区域)、工业区(工业聚集有明 显污染源的区域，特别是工业废气污染源，包括火力发电厂、钢铁厂、炼焦厂、有色金属冶炼 厂、石油化工厂、氮肥及磷肥厂、硫酸厂、氯碱厂、化纤厂、农药厂、合成橡胶厂、造纸厂、玻璃 厂、水泥厂等)、居民区(楼房建筑聚集无明显污染源的区域)、近水区(宽度超过IOOrn的 河流两侧2. 5 5km区域)。如果网格的地貌属性难以确定，那么按照污染的轻重制定优先 级，污染越重优先级越高，污染越轻优先级越低。通常将地貌属性优先级从高到底设置为工 业区、公路区、近水区、农田区和居民区。(6)将污秽测试区域内，现有IlOkV 500kV的输电线路杆塔中，污闪事故杆塔的 坐标导入Google Earth可视化地理信息平台，设置相应网格的污闪事故属性，并在相应网 格上叠加红色五角星图案对其进行可视化显示。(7)在Google Earth可视化地理信息平台上，根据网格的地貌属性、地形属性、污 秽等级属性将污秽测试区域划分成不同的综合属性区域。具有污闪事故属性的网格作为单 一网格，不作为划分综合属性区域的判定依据；综合属性区域的具体划分方法如步骤8 11所示。(8)首先划分地貌属性区域。对于具有近水区和公路区两种地貌属性的网格，分别 将其设置为黄色和蓝色，即可分别显示出长条形的近水区域和公路区域。上述两区域最左 上角的网格开始，沿相应属性区域的走向纵向延伸，每10km-15km划分一个相应属性的独 立地貌属性区域，并将该区域所有网格的地貌属性设置为相应属性。对于农田区、工业区、 居民区三种地貌属性的网格，使用一个10km-15km的选择方框，从污秽测试区域的最左上 角开始先向右移动，每次移动一个网格；移动到最右端后，向下移动一个网格再从左向右移 动。如果选择方框覆盖区域的农田区、工业区、居民区三种地貌属性中，某一种地貌属性的 网格数量达到选择方框覆盖区域网格总数量的70% -80%及以上，那么将该选择方框覆盖 区域划分为相应属性的独立地貌属性区域，并将该区域所有网格的地貌属性设置为相应属 性。如果农田区、工业区、居民区三种地貌属性中，每一种地貌属性的网格数量都不能达到 选择方框覆盖区域网格总数量的70% -80%，那么将该选择方框覆盖区域划分为独立无地 貌属性区域，并将该区域所有网格的地貌属性设置为无地貌属性。(9)其次划分地形属性区域。对于具有不同地形属性的网格，使用一个15km_20km
7的选择方框，从污秽测试区域的最左上角开始先向右移动，每次移动一个网格；移动到最右 端后，向下移动一个网格再从左向右移动。如果选择方框覆盖区域的五种地形属性中，某一 种地形属性的网格数量达到选择方框覆盖区域网格总数量的70% 80%及以上，那么将 该选择方框覆盖区域划分为相应属性的独立地形属性区域，并将该区域所有网格的地形属 性设置为相应属性。如果五种地形属性中，每一种地形属性的网格数量都不能达到选择方 框覆盖区域网格总数量的70% -80%，那么将该选择方框覆盖区域划分为独立无地形属性 区域，并将该区域所有网格的地形属性设置为无地形属性。(10)然后划分污秽属性区域。对于具有不同污秽属性的网格，使用一个 20km-30km的选择方框，从污秽测试区域的最左上角开始先向右移动，每次移动一个网格； 移动到最右端后，向下移动一个网格再从左向右移动。如果选择方框覆盖区域的四种污秽 属性中，某一种污秽属性的网格数量达到选择方框覆盖区域网格总数量的70% -80%及以 上，那么将该选择方框覆盖区域划分为相应属性的独立污秽属性区域，并将该区域所有网 格的污秽属性设置为相应属性。如果四种污秽属性中，每一种污秽属性的网格数量都不能 达到选择方框覆盖区域网格总数量的70% -80%，那么将该选择方框覆盖区域划分为独立 无污秽属性区域，并将该区域所有网格的污秽属性设置为无污秽属性。(11)最后划分综合属性区域。地貌的6种属性(近水区、公路区、农田区、工业区、 居民区、无地貌属性)，地形的6种属性区域(山地、高原、平原、丘陵、盆地、无地形属性)、 污秽等级的5种属性区域(I级污秽、II级污秽、III级污秽、IV级污秽、无污秽属性)可 能组合出6X6X5 = 180种综合属性网格，例如综合属性为无地貌属性丘陵III级污秽的 网格，工业区无地形属性II级污秽的网格。实际工程应用中，通常只有不足20种综合属性 网格。对于具有不同综合属性的网格，使用一个10km-15km的选择方框，从污秽测试区域的 最左上角开始先向右移动，每次移动一个网格；移动到最右端后，向下移动一个网格再从左 向右移动。如果选择方框覆盖区域的综合属性中，某一种综合属性的网格数量达到选择方 框覆盖区域网格总数量的70% -80%及以上，那么将该选择方框覆盖区域划分为相应属性 的独立综合属性区域。如果综合属性中，每一种综合属性的网格数量都不能达到选择方框 覆盖区域网格总数量的70% _80%，那么将该选择方框覆盖区域划分为独立无综合属性区 域。(12)高压架空输电线路自然积污试验点的确定。首先，随机选取具有污闪事故属 性网格内的三基杆塔作为高压输电线路自然积污试验点，需要说明的是，发生过污闪事故， 说明其中必然有杆塔，而每个杆塔之间的距离不超过500米，2km的网格内必然有3个杆塔; 然后，连接综合属性区域和无综合属性区域的对角线，确定综合属性区域的中心点，随机选 取中心点所在网格内的三基杆塔作为高压输电线路自然积污试验点。如果中心点所在网 格内没有杆塔，或者不足三基杆塔，那么选择以中心点为圆心半径为5km的圆形范围内最 近的杆塔补足缺失杆塔，作为高压输电线路自然积污试验点；如果圆心所在网格，以及方圆 IOkm范围内均无杆塔，则需要建立自然积污试验点进行自然积污试验。(13)自然积污试样的获取与测量。试样的采集方法及试验数据的测量方法为人工 在杆塔上使用取样布分别擦拭试验绝缘子上、下表面的污秽并封装，然后将封装后的污秽 试样送至实验室检测，按照GB/T 4585-2004/IEC 60507 1991分别测量自然积污试验点杆 塔绝缘子上表面和下表面的等值盐密，分别计为ESDDJ^ESDDt ；等值盐密就是绝缘子表面的可溶性污秽等值密度，单位mg/cm2 ；按照IEC60815-1分别测量自然积污试验点杆塔绝缘 子上表面和下表面等值灰密，分别计为NSDD上和NSDDt;等值灰密就是绝缘子表面的不可溶 性污秽等值密度，单位为mg/cm2。自然积污试验点杆塔绝缘子全表面等值盐密ESDD4和全 表面等值灰密NSDD4按照以下公式计算。ESDD4= (ESDD上 XS上+ESDD下 XS下)/(S上+S下)NSDD4= (NSDD上 XS上+NSDD下 XS下)/(S上+S下)S±为绝缘子上表面的表面积；St为绝缘子下表面的表面积，单位cm2。
权利要求
一种高压输电线路外绝缘自然积污测试方法，其特征在于包括如下步骤(1)在Google Earth可视化地理信息平台上，对污秽测试区域进行网格划分，将整个区域划分成若干个1km～5km的网格；(2)将污秽测试区域内的现有110kV～500kV的输电线路杆塔坐标导入Google Earth可视化地理信息平台，对输电线路杆塔分布进行可视化显示；(3)将污秽测试区域内的现有污秽等级分布图导入Google Earth可视化地理信息平台，形成网格的污秽等级属性，污秽等级属性分为I级污秽、II污秽、III级污秽和IV级污秽4种属性；将污秽测试区域内的现有地形分布图导入Google Earth可视化地理信息平台，形成网格的地形属性，地形属性分为山地、高原、平原、丘陵和盆地；将污秽测试区域内的现有地貌分布图导入Google Earth可视化地理信息平台，形成网格的地貌属性，所述地貌属性分为公路区、农田区、工业区、居民区和近水区；将污秽测试区域内的现有110kV～500kV的输电线路杆塔中发生过污闪事故的坐标导入Google Earth可视化地理信息平台，形成网格的污闪事故属性，对污闪事故分布进行可视化显示；(4)标记具有污闪事故属性的网格；(5)在步骤(3)所得的Google Earth可视化地理信息平台上，对于具有近水区和公路区两种地貌属性的网格，从两区域最左上角的网格开始，沿相应属性区域的走向纵向延伸，每10km 15km划分一个相应属性的独立地貌属性区域，并将该区域所有网格的地貌属性设置为相应属性；对于农田区、工业区、居民区三种地貌属性的网格，使用一个10km 15km的选择方框，从污秽测试区域的最左上角开始先向右移动，每次移动一个网格；移动到最右端后，向下移动一个网格再从左向右移动；对于具有不同地形属性的网格，使用一个15km 20km的选择方框，从污秽测试区域的最左上角开始先向右移动，每次移动一个网格；移动到最右端后，向下移动一个网格再从左向右移动；对于具有不同污秽属性的网格，使用一个20km 30km的选择方框，从污秽测试区域的最左上角开始先向右移动，每次移动一个网格；移动到最右端后，向下移动一个网格再从左向右移动；某一种属性的网格数量达到选择方框覆盖区域网格总数量的70％ 80％及以上，那么将该选择方框覆盖区域划分为相应属性区域，如每一种属性的网格数量都不能达到选择方框覆盖区域网格总数量的70％ 80％，将该区域所有网格的属性设置为无属性区域；(6)如果发生过污闪事故，随机选取具有污闪事故属性网格内的三基杆塔作为高压输电线路自然积污试验点；然后，根据步骤(5)绘制的地貌属性、地形属性、污秽等级属性的多边形综合属性区域，连接有综合属性区域的对角线并连接无综合属性区域的对角线，以对角线交点为综合属性区域的中心点，随机选取中心点所在网格内的三基杆塔作为高压输电线路自然积污试验点；如果中心点所在网格内没有杆塔，或者不足三基杆塔，那么选择以中心点为圆心半径为5km的圆形范围内最近的杆塔补足缺失杆塔，作为高压输电线路自然积污试验点；如果圆心所在网格，以及方圆10km范围内均无杆塔，则需要建立自然积污试验点进行自然积污试验；(7)人工在杆塔上使用取样布分别擦拭试验绝缘子上、下表面的污秽并封装，然后将封装后的污秽试样送至实验室检测，按照GB/T 4585 2004/IEC 605071991分别测量自然积污试验点杆塔绝缘子上表面和下表面的等值盐密，分别计为ESDD上和ESDD下；按照IEC60815 1分别测量自然积污试验点杆塔绝缘子上表面和下表面的等值灰密，分别计为NSDD上和NSDD下；自然积污试验点杆塔绝缘子的全表面等值盐密ESDD全和全表面等值灰密NSDD全按照以下公式计算。ESDD全＝(ESDD上×S上+ESDD下×S下)/(S上+S下)NSDD全＝(NSDD上×S上+NSDD下×S下)/(S上+S下)NSDD全、ESDD上、NSDD上、ESDD下或者NSDD下的单位mg/cm2；S上为绝缘子上表面的表面积；S下为绝缘子下表面的表面积，单位cm2。
2.根据权利要求1所述的高压输电线路外绝缘自然积污测试方法，其特征在于所述 步骤(2)对输电线路杆塔分布进行可视化显示是指分别使用黑色杆塔图标表示IlOkV杆 塔，蓝色杆塔图标表示220kV杆塔，红色杆塔图标表示500kV杆塔。
3.根据权利要求1所述的高压输电线路外绝缘自然积污测试方法，其特征在于所述 步骤(3)中，如果地貌区域有重叠，按照区域污染的轻重制定优先级，区域污染越重优先级 越高，区域污染越轻优先级越低；区域优先级从高到底设置为工业区、公路区、近水区、农田 区和居民区。
4.根据权利要求1所述的高压输电线路外绝缘自然积污测试方法，其特征在于所述 步骤(5)通过判断选择方框内某种属性的网格的数量，是否达到选择方框覆盖区域网格总 数量的75% -80%，进而判断选择方框覆盖区域的相应属性。
全文摘要
本发明公开了一种高压输电线路外绝缘自然积污测试方法，该方法先在Google Earth可视化地理信息平台上，对污秽测试区域进行网格划分，将整个区域划分成若干个1km～5km的网格；然后将污秽测试区域内的输电线路杆塔坐标导入Google Earth可视化地理信息平台；将污秽测试区域内的现有污秽等级分布图、地形、地貌分布图导入Google Earth可视化地理信息平台，再确定多边形综合属性区域，进而确定高压输电线路自然积污试验点，计算得到全表面等值盐密和全表面等值灰密。本发明提出了高压输电线路外绝缘自然积污试验点的选取方法，具有成本低，操作简单易行，易于接受和掌握的优点，便于推广。
文档编号G01N9/00GK101949807SQ20101027851
公开日2011年1月19日 申请日期2010年9月9日 优先权日2010年9月9日
发明者刘刚, 李恒真 申请人:华南理工大学