基于GIS的污区图绘制及绝缘配置方法的研究

孙菡婧，马瑞枫，李国庆，常洪江

(1.东北电力大学 电气工程学院，吉林 吉林1320121;2.元宝山发电有限责任公司，内蒙古 赤峰027000;3.华电能源富拉尔基热电压王选，富拉尔基黑龙江161041)

近年来，随着环境污染的日益严重，各地区受污秽影响的程度越来越深［1-4］。电力设备绝缘子表面污秽受潮将严重影响其电气特性，如若发生污闪，将极大地危害电网运行安全。在电力系统规划设计、基建施工和生产运行中，电力系统污区分布图是指导电力设备外绝缘配置和开展防污闪工作的依据。

传统污区分布图以各供电公司为基本绘制单位，根据现场污秽度等级绘制本地区电力系统污区分布图。省网公司在各地供电公司已绘制的污区分布图的基础上，综合绘制本省的污区分布图，其具体流程是:①调查本地区的污源分布状况，绘制污源分布图;②调查收集本地区有关气象参数，绘制气象分布图，也可用文字、图表等说明;③根据盐密测量情况，绘制盐密测量图，同时在图中标出污闪故障点的位置;④综合上述三种图，并结合设备运行经验，绘制本局所辖区域的污区图。这种分别绘图、三图合一、层层综合的流程加大了绘图的工作量，拖长了污区图的修订周期;而且如何综合污源分布图、气象分布图和盐密测量图，国家标准和国家电力公司文件没有具体说明，在实际绘制过程中难以操作［5-6］。

GIS将计算机图形技术和数据库技术融合于一体，可高效、直观地分析各种地理和空间信息，它将地理位置和相关属性有机结合，图文并茂地呈现给用户［7-8］。可满足生产生活的需要。随着GIS技术的快速发展及在电力系统中的广泛应用，利用GIS技术对获得的电网空间数据进行全方位处理、分析，可提取多种有效信息，实现污区分布图的自动绘制，为电网的外绝缘配置和防污闪工作提供可靠的决策支持。

本文基于SuperMap Desktop 6与SuperMap Objects 6开发平台，利用SuperMap Desktop 6将电力系统中的输电线路、杆塔和变电站分层叠加在地图上，再利用SuperMap Objects 6开发组件，编写程序实现污区图的自动绘制和绝缘配置辅助决策分析。

1 基于GIS的污区图绘制方法

基于GIS绘制污区图时，首先应在电子地图上绘制电网地理接线图，标明输电线路、变电站(换流站)、发电厂符号和名称。数据收集规则如表1所示。

表1 输电杆塔数据收集规则

将表1所示的输电杆塔数据导入至SuperMap Desktop 6中可建立属性数据集，由表1可知输电杆塔数据中含有空间数据即坐标信息，可利用GIS的类型转换功能将其转换为空间点数据集，这样便将输电杆塔数据转换为地理信息数据。同理可导入变电站，电厂，污源等电网基础数据。

污源是造成设备表面积累污秽的根本原因，绘制污源分布图是污区分布图成图的重要步骤。因此在绘制污染分布图前应调查绘制地区的主要污源分布状况，并在底图上标明各种类型的污染源。

污染源一般分为自然污源、工业污源、交通线和城市污源。其中，自然污源为盐碱地、盐池、硝池或沿海地区。盐碱地、盐池、硝池以含盐量确定对污区等级的影响。沿海地区根据与海岸线的距离调整污级。

靠近工业污染源的污秽层可能含有导电的微粒如煤、金属粒子，或易溶于水的气体如NOx、SOx，或低可溶性污秽物如水泥、石膏。工业污源的污秽等级划分主要由运行单位根据运行经验确定影响范围以及影响等级，具体操作为先划分两个等级的影响范围。如图1所示。再根据污源点周围的气象数据对影响范围进行修正。

城市污源根据人口数量以及人口密度确定城市的影响范围和等级。

根据绝缘子现场实测盐密值绘制现场污秽度图，电力规程中一般根据线路设备的污秽等级分为5级，由轻到重分别为a、b、c、d、e级，各污秽级与盐密关系如表2所示。

图1 交通线规则修订前后对比

表2 污秽等级和盐密的关系

将此图与污源分布图动态融合，绘制现场污秽度分布图。

“风玫瑰”图也叫风向频率玫瑰图，它是根据某一地区多年平均统计的各个方风向和风速的百分数值，并按一定比例绘制，一般多用八个或十六个罗盘方位表示。玫瑰图上所表示风的吹向(即风的来向)，是指从外面吹向地区中心的方向。本文采用Wind Rose Maker软件制作的风玫瑰图如图2所示。

组织大气环境资料，收集大气污染物实测浓度如表3所示，计算大气质量指数P并根据经验公式推算年度盐密值SDD。

图2 风玫瑰图的制作

式中，USO2、UNOx和分别为SO2、NOx，和TSP的月均浓度，单位为mg/m3;BSO2、BNOx和BTSP分别为SO2，NOx和TSP的评价标准值，取值分别为 0.06 mg/m3、0.05 mg/m3和0.03 mg/m3。

表3 大气环境规则库

三图合一绘制污区分布图需要理清三图之间的关系即污源、气象和盐密与污秽等级间的关系。污源是造成设备表面积污的根本原因;设备表面污秽湿润后所含盐分导电是污闪的成因;气象条件中的风和降水对设备表面污秽的积累量和速度有重要影响，降水是设备表面污秽湿润的重要条件，是污闪事故的诱因。

组织大气环境资料，收集大气污染物实测浓度如表3所示，计算大气质量指数并根据经验公式推算年度盐密值。

综上所述，气象条件中的风和降水与污源条件是影响积污的因素，盐密是设备表面积污中有效成分的重要指标，气象条件中的降水是影响表面污秽湿润的因素。三图合一实际是综合考虑积污因素、盐密指标、湿润因素。

最后，利用气象资料中的风玫瑰图和污源分布图来修正污区图。

2 绝缘配置方法

将生成的污区分布图作为污秽等级划分的基础资料，根据杆塔所处环境的污秽等级，参照绝缘子爬电比距和依据各地区长期运行经验所得出的有效爬电比距换算关系，确定所用绝缘子的爬电比距，最后结合电压等级配置新建线路绝缘子串总片数。具体的处理步骤如下:

在污区图中读取现场污秽等级，根据如图3所示的统一爬电比距和现场污秽等级的曲线关系，得到参照绝缘子的爬电比距。计算爬电距离有效系数K:

其中，U为非普通型绝缘子的污耐受电压，单位为KV;L为非普通型绝缘子的几何爬电距离，单位为毫米;U0为参照绝缘子的污耐受电压;L0为参照绝缘子的几何爬电距离。

计算所用绝缘子爬电比距λ'为:

计算绝缘子串所需的总爬电距离L'为:

其中，U'为实际运行电压。

计算绝缘子串总片数N:

其中，L″为单片爬电距离。

图3 统一爬电比距和现场污秽度的相互关系

3 污区图绘制及绝缘配置方法的实现

本文基于SuperMap Desktop 6与SuperMap Objects 6平台，使用C#语言实现了污区分布图的计算机绘制与电网绝缘配置的辅助决策分析。

污区分布图模块主要分为载入电网地理接线图、创建污源点、绘制污源分布图、绘制基于实测盐密的污区分布图和人工调整部分，通过以上几步的有机结合，智能化的绘制污区分布图，如图4、5、6所示。

绝缘配置辅助决策分析系统模块将辅助决策规则程序化为规则库，与污区图系统无缝接合，根据污区图里线路所处的污秽等级智能分析，为电网运行人员生成基于污区分布图的绝缘配置辅助决策，如图7所示。

4 结 论

本文给出了基于GIS的污区图绘制与绝缘配置的方法，利用SuperMap Objects 6完成了系统的设计，实现了对污区、污源点、盐密测量点和变电站的动态管理和可视化分析。在GIS技术支撑下，可以自动完成电网地理接线图、气象图和污区图的绘制，实现了电网污区的智能化管理，缩短了成图周期。开发的系统可针对每条线路，分析其经过污区等级，使用户能直观地对每条线路的防污水平进行评估。提高电网管理水平，为加快电力企业信息化进程提供有力的帮助。

［1］宿志一.用饱和盐密确定污秽等级及绘制污区分布图的探讨［J］.电网技术，2004，28(8):16～19.

［2］刘诣，罗滇生，姚建刚，蒋正龙.电网污区分布图的计算机自动绘制方法研究［J］.高电压技术，2007，33(5):143～147.

［3］中国国家标准化管理委员会.GB/T 16434-1996高压架空线路和发、变电所环境污区分级及外绝缘选择标准［S］.1996.

［4］国家电网公司.Q/GDW 152-2006电力系统污区分级与外绝缘选择标准［S］.2006.

［5］电力系统污区分布图绘图规则［S］.2006.

［6］张正栋，胡华科，钟广锐，郑春燕.SuperMap GIS应用与开发教程［M］.武汉:武汉大学出版社，2006.

［7］郭浩，王汝英.电网污区管理在地理信息系统中的实现［J］.天津电力技术，2005(增):1～4.

［8］姜晓轶.基于GIS技术的输电网污区管理［J］.测绘与空间地理信息，2004，27(4):25～27.