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中国高压交流及直流 中国高压交流及直流 污秽等级的划分 污秽等级的划
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中国高压交流及直流污秽等级的划分

May 27, 2016 • Utility Practice & Experience, 最近文章汇总

七十年代起, 中国电力系统经历的污闪引发的大规模 停电持续增长。事实上, 仅从1980年代中期至2006 年, 有44次大规模停电与全国逐步恶化的空气质量有 关。例如, 华东地区1989年年初和年末、华北地区 1990年年初、华东和华中地区1996年年底均发生 污闪并且引发了大面积停电。所有这些导致了巨额的 经济损失, 也给电力部门上了深刻的一课。 为确保供电安全可靠, 消除这些闪络成为电力部门的 当务之急, 而实现这一目标的最好途径是研究和正确 划分不同运行区域的污秽等级, 以确保绝缘的选型始 终适用于所运行的环境应力类型。 本文基于中国电力科学研究院(CEPRI)资深专家 宿志一的特邀报告, 解释了如何完成这一任务。根据 IEEE会员Stanislaw Gubanski教授的研究, 中国 基于长期现场测定诸如ESDD和NSDD参数绘制 的当前电网污秽分布图可能是世界上最好的该类 文件。 的确, 对中国国家电网公司及南方电网最新运行数 据的分析表明, 污闪事故已大幅减少。目前污闪引起 的跳闸率比雷电、覆冰、鸟害、风和野火等其它原因 引起的跳闸率低得多。

 Historical Background
图1:中国过去大规模污闪事故概况。 中国高压交流及直流污秽等级的划分 中国高压交流及直流污秽等级的划分 tpc2 fig1

图1:中国过去大规模污闪事故概况。

Large-scale, inter-provincial pollution flashover accidents occurred repeatedly in 1996 and 中国高压交流及直流污秽等级的划分 中国高压交流及直流污秽等级的划分 tpc2 diergetu
历史背景
1979年颁布了首个技术文件 “发电厂、变电所和架空 线路的外绝缘污秽分级”。经过几年的经验后, ESDD 的概念之后被纳入到这个文件中。 依据50年代至70年代的运行经验, 中国水利电力部于 1983年颁布了首个正式标准: “高压架空线路和变电 站电瓷绝缘的外绝缘污秽分级标准”。通过每年测量 ESDD查看污秽特征和润湿性以及回顾过去的运行经 验来评估污秽等级。在这些因素中, 鉴于绝缘的等级 不同, 实际的污闪事故证明是最有价值的。 1990年2月华北和东北地区发生了另一次污闪引起 的大规模停电, 该事件促使中国电力部门投入更多 的精力来解决这一问题。中国首个国家标准 (GB/ T16434-1996) “高压架空线路、发电厂和变电所环境 污区分级及外绝缘选择” 随后于1996年颁布。但这份 文件规定了架空线路仍然必须每年清洗一次, 变电站 每次停电期间进行清洗。此外, 该标准中评估污秽等 级的方法仍仅基于每年的ESDD测量。 同年晚些时候, 华东和华中地区反复发生大规模跨 省污闪事故。从这一刻起汲取到了关键的经验教训: 要求频繁人工清洗绝缘子防止污闪的措施是不够的, 且不再隶属于国家标准。此外, 也认识到短期内不仅
空气污染的程度不可能降低, 甚至可能更加恶化。同时, 鉴于国家高速发展的工业化和经济步伐, 考虑到计划中短期内大量增加架空线回数, 兴建新的直流线路以及不断升高输电电压等级, 显然必须大幅度减少这类事件。
但实现该目标需要建立受影响每个 运行区域的实际污秽状况, 及其污 秽等级是如何随时间而变化的。这 是外绝缘选型的唯一正确途径。基 于这一需求, 1998年, 中国电科院, 清华大学和许多当地机构开始了超 过10年的广泛研究。 国家电网公司评估交流系 统的污秽等级 中国电科院, 清华大学及其它地方开 展的工作得到了中国国家电网公司的 支持, 使国家电网公司于2006年颁布 了其企业标准Q/GDW152 “电力系 统污区分级与外绝缘选择”。 本文件 提出的基本原则是, 清洁绝缘子的任
何要求取决于其类型, 并且必须有额外的安全裕度。此外, 该标准还提供了基于SPS和ESDD/NSDD之间的关 系划分污秽等级的方法 (见图2)。
 Evaluating Pollution Levels for AC Systems at SGCC
国家电网公司评估交流系 统的污秽等级
图2:Q/GDW 152-2006标准中基于SPS和ESDD/NSDD 之间的关系划分污秽的方法。 中国高压交流及直流污秽等级的划分 中国高压交流及直流污秽等级的划分 Screen Shot 2016 05 27 at 1

图2:Q/GDW 152-2006标准中基于SPS和ESDD/NSDD 之间的关系划分污秽的方法。

为了实现切断传统中预期的绝缘子 运行性能和强制性年度清洗之间相 互关联这一目标,认为需要研究遍及 全国不同地区的 “污秽饱和期”。例 如, 研究发现, 华北这一时段约为3 至5年,但华南因雨水较丰富则接近 3年。此外,对于不同类型的污秽物, 发现全国各地的NSDD/ESDD比率 从10:1到2:1不等。这一范围被认为 代表了中国的大部分地区, 最终选 择了5:1的平均比率。
图3显示了标准Q/GDW152-2006中 SPS和NSDD/ESDD之间的关系,其 中ESDD和NSDD均是在不带电标准 盘形悬式参考瓷绝缘子上测得的长 期饱和污秽。这幅图与IEC60815初 稿中所使用的不同,但随后看到的正 式标准IEC60815-1:2010包含了依 据中国意见修改的污秽划分梯度。 与IEC60815-1:2010相比, Q/GDW 152-2006考虑了污秽分布及污秽
颗粒的直径。同时, 该文件提供了 不同电压等级输电线路可接受的 污闪跳闸率。在最近修订的版本 (Q/GDW1152-2014) 中, 这一要求 明显严格了。 国家电网公司污秽分布 图的制定和修订 1983年, 一些地区电网, 例如北京 电网, 基于每年的ESDD测量绘制 了各自的污秽分布图。1990, 1996 和2006年发布了重要技术文件, 这 些文件帮助省网进一步精炼了区域 污秽分布图。 基于Q/GDW152-2006中规定的长 期饱和SPS要求 (ESDD和NSDD) 的 概念, 国家电网公司于2011年发布了 几乎覆盖所有中国的污秽分布图 (见 图4)。这是为整个电网并基于一套共 同的技术要求首次制定了这样一份地 图。2014年修订了这张地图, 今后但 凡需要进一步修订时将再次更新。 作为该地图制作工作的一部分,必须 采集和分析气象信息以及环境污秽 参数和等级。此外,也必须识别所有 现存的架空线路和变电所。图5描述 了上述这些要求,基础数据采集原则 如图6所示。
图3:SPS和NSDD/ESDD之间的关系。 注释:边界线显示NSDD/ESDD的比率为10:1、5:1和2:1。 中国高压交流及直流污秽等级的划分 中国高压交流及直流污秽等级的划分 tpc 2 fig3

图3:SPS和NSDD/ESDD之间的关系。 注释:边界线显示NSDD/ESDD的比率为10:1、5:1和2:1。

例如, 采集气象数据的关键参数中 包括毛毛雨或雾的天数及其年内 分布, 也考虑了污秽积累周期内长 期无降雨的情况。环境污秽参数包 括污秽类型、分布和污秽排放源的
数目。甚至考虑了预期的当地经济 发展以及对空气污染的预期影响。 最后, 也分析了长期污秽数据和污 闪事故过往的历史。Gubanski说, “目前的这个地图成功地支撑了对 现有电力系统外绝缘等级的调整, 并为正确设计新输配电项目提供了 信息。在此背景下, 创建此文件中 所采取的方法为全球输电系统运 营商采用的实际解决方案提供了一 个具体实例。” 气象图的样本如图7和图8所示。例如, 湖北省雾天的平均分布, 以及江苏省 连续不下雨天的平均分布 (2010年9 月至12月) 分别如图7 (a) 和 (b) 所 示, 污源和SPS监测点如图8所示。 自2002年以来, ESDD和NSDD长 期饱和度监测已逐步应用到整个 国家电网。从2007年开始, 每年使 用超过10,000个监测点, 到2011年 为止, 采集了超过120万测量结果。 之后继续采集数据, 便于对截止到
2014年的污秽分布图进行所需的 任何修改。考虑到测量污秽时调查 结果的各种复杂性和分散性, 删除 了任何 “反常”数据, 以方便统计的 过程 (见表1)。

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