沙尘环境下架空线路污闪跳闸概率计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种沙尘环境下架空线路污闪跳闸概率计算方法。
【背景技术】
[0002] 沙尘暴影响下的输电线路绝缘子污闪由两个因素决定，一是大气中漫布的沙尘颗 粒造成的绝缘子表面污秽沉积；二是能使积聚污秽物质充分受潮的气象条件。现有技术存 在以下问题：（1)、现有极端天气下架空线路故障概率计算方法依靠电网历史故障统计数据 对故障率进行预测，电网相关统计数据样本容量小，影响预测精度。（2)、现有模型未能建立 起架空线路污闪跳闸故障概率与沙尘天气气象监测参数的具体数量关系，不利于进一步有 效分析。（3)、现有模型未能建立起沙尘天气过境后伴随潮湿天气的架空线路污闪跳闸概率 模型，不能准确评估空气相对湿度变化对线路污闪跳闸概率的影响。
【发明内容】
[0003] 基于以上不足之处，本发明提供一种沙尘环境下架空线路污闪跳闸概率计算方 法，用于预防可能出现的架空线路跳闸故障。
[0004] 本发明所采用的技术如下：一种沙尘环境下架空线路污闪跳闸概率计算方法，包 括沙尘天气过境时架空线路污闪概率故障的计算步骤和沙尘天气过境后伴随潮湿天气的 架空线路污闪跳闸故障概率的计算步骤，其特征在于，步骤具体如下：
[0005] (1)、沙尘天气过境时架空线路污闪概率故障的计算步骤如下：
[0006] (1. 1)读取输电线路所在区域各气象站记录的沙尘天气气象监测数据、气象站经 炜度、所计算架空输电线路起始点经炜度、电压等级和档距信息；
[0007] (1. 2)根据输电线路起始点经炜度信息和档距，计算架空线路各档距处绝缘子的 经炜度；
[0008] (1. 3)基于二维插值的方法，计算架空输电线路各档距绝缘子处的能见度；
[0009] (1. 4)由式（1)-式（4)计算满足沉降条件的绝缘子沙尘颗粒最大直径，根据沙 尘天气等级的国家标准规定，利用线性插值方法计算各档距处满足沉降条件的沙尘颗粒浓 度；
[0010] 沙尘颗粒在绝缘表面吸附的判据：当出射速度Vy3无实数解时，沙尘颗粒沉降，出 射速度如式（1):
[0011]
[0012] 式中，e为恢复系数；Vy(l为污秽颗粒入射绝缘子表面的法向速度；Wa为污秽颗粒克 服吸附力所做的功；m为污秽颗粒质量；
[0013]将沙尘颗粒等效为球体，计算出直径为dp的沙尘颗粒质量如式（2):
[0014]
[0015] 式中，ppS沙尘颗粒密度，当出射速度vy3无实数解时，沙尘颗粒沉降在绝缘子表 面，这时：
[0016]
[0017] 沙尘暴环境下能够吸附到绝缘子表面的沙尘颗粒直径满足：
[0018]
[0019] 由于沙尘是不溶性污秽颗粒，沙尘暴天气时绝缘子表面单位面积上沉积的沙尘即 为灰密，沙尘颗粒直径满足式上式沉降条件的沙尘颗粒在经过输电线路绝缘子表面的时间t内，绝缘子表面等值灰密如下式计算：
[0020]
[0021] 式中：VyCI(dp)为沙尘粒径为dp的粒子在垂直绝缘表面的沉降终点速度；C(t，dp)粒 径小于\的颗粒在t时刻的污秽浓度，C(t，dp)的值在沙尘环境下，根据能见度、风速和空 气相对湿度的气象参数，通过线性插值的方法计算；
[0022] 沙尘暴环境下绝缘子表面盐密PESDD通过灰密PNSDD折算得到如下：
[0023]
[0024] 式中，Ke为灰/盐密比，上述绝缘子表面盐密、灰密计算模型用于第3节绝缘子表 面污闪概率计算；
[0025] 绝缘子在低于某一电压％时放电概率为零，h所对应的盐密称为切断盐密P^ 因此，单串绝缘子污闪概率P,⑶被修正为与0、k、Un相关的3参数Weibull分布：
[0026]
[0027] 式中，|3 =nc/(l-nc) (ln2)1/k;k= 1. 38/ln[n/(n-l)];n为切断参数，取值为 2. 5 ;c为绝缘子的标准方差与其50%的耐受电压的比值，计算0时，c取值为0. 2 ;
[0028] 单纯考虑绝缘子表面盐密PESDD对绝缘子污闪电压Uf影响时，单串绝缘子污闪电 压11{与绝緣子衷而的故密P关系衷7K为：
[0029]
[0030] 式中，N为单串绝缘子的绝缘子片数；A是与绝缘子型号和表面污秽程度相关的系 数；a为表征对污闪电压影响的特征指数；
[0031] 计及绝缘子表面盐密、灰密对污闪电压的影响时，污闪电压表示为：
[0032]
[0033] 式中，N为单串绝缘子的绝缘子片数；K是与绝缘子型号和表面污秽程度相关的系 数；i为表征盐密PESDD对污闪电压影响的特征指数；j为表征灰密PNSDD对污闪电压影响的 特征指数；
[0034] 当绝缘子表面盐密PESDD、灰密。^。与单串绝缘子的污闪概率之间的关系，如下 式：
[0035]
[0036] 上式，切断盐密PeQ=Pe5Q(l-nC)1/ci ;n取值为2. 5 ;P65。为50%污闪概率所对应 的绝缘子表面盐密，Pe5Q= (NA/U) 1/Cl;计算PeQ值时，c取值为0.08,PnQ为切断灰密；Pn5。 为50 %污闪概率所对应的灰密，PnQ =Pn5Q (1 -nc)vj，a5〇=(夏;
[0037] 在沙尘环境下绝缘子污闪概率计算时，同时计及绝缘子表面盐密PESDD、灰密PNSDD 的影响；
[0038]在电网运行中，绝缘子往往并列运行，m串绝缘子并列运行时污闪概率Pm(PESDD，
[0040] 整条输电线路视为由若干档距组成的串联可靠性系统，具有N个档距且每档距内m串绝缘子并列运行的整条输电线路在沙尘暴环境下污闪概率如下式计算： P nsdd)
[0039]
[0041]
[0042] 式中Pm(n)是输电线路第n号档距处m串绝缘子并列运行时的污闪概率；
[0043] (1. 5)根据绝缘子处满足沉降条件的沙尘颗粒浓度由式（10)计算输电线路各档 距处的沙尘沉积量；
[0044] (1. 6)根据各档距处的沙尘沉积量由式（5)、式（6)计算绝缘子表面盐密、灰密；
[0045] (1. 7)结合沙尘天气特点，将绝缘子表面污秽参数带入式（10)计算各绝缘子的污 闪概率；
[0046] (1.8)由架空线路串联系统特性，根据式（11)、式（12)计算整条架空线路的沙尘 天气过境时架空线路污闪概率；
[0047] (2)、沙尘天气过境后伴随潮湿天气的架空线路污闪跳闸故障概率的计算步骤如 下：
[0048] (2. 1)读取输电线路所在区域各气象站记录的空气相对湿度、气象站经炜度、所计 算架空输电线路起始点经炜度、电压等级和档距等信息；
[0049] (2. 2)根据输电线路起始点经炜度信息，输电线路各档距处绝缘子经炜度信息；
[0050] (2. 3)基于二维插值的方法，计算架空输电线路各档距绝缘子处的空气相对湿度， 并根据绝缘子型号由式（13)-式（17)计算潮湿天气对绝缘子污闪电压影响系数和切断盐 密；
[0051] 泄漏电流与污闪电压呈负幂函数关系，满足如下关系：
[0052] Uf=K,eakrh a (13)
[0053] 式中，Uf是污闪电压；KlMk、a是与绝缘子型号有关的系数；Ih是泄漏电流；
[0054] 在盐密相同的情况下，对于不同的空气相对湿度，泄漏电流用式（15)计算：
[0055]
(14)
[0056] 式中，RH为空气相对湿度；B为与绝缘子结构、材质有关的系数；a为空气相对湿 度RH对泄漏电流幅值影响的特征指数；^是空气湿度小于70%时的泄漏电流；
[0057] 对同一绝缘子串，将上式等式两边同时除以相对空气湿度小于70%时的污闪电 压，进行归一化处理得：
[0058]
[0059] 式中，Uf(l为空气相对湿度小于70%时的绝缘子污闪电压；!("为空气相对湿度大于 70 %时的污闪电压与空气相对湿度小于70 %时的污闪电压之比，表明大于70 %的空气相 对湿度对污闪电压的影响系数，K"为小于1的值，根据空气相对湿度对泄露电流的影响将其