摘要：随着社会经济持续快速增长，用电负荷增长迅速，一些线路输送容量受到导线热稳定限额的制约，远远不能满足电网实际的运行需要。兼之，近年来电网建设增长迅速，特别对沿海经济开发区，整个输电网的线路走廊紧缺。因此，有必要挖掘现有输电线路输送潜力，提高电网运行效率，减少新建线路对环境资源的占用，实现资源优化配置，以满足日益增长的国民经济发展和人民生活用电需要。
关键词：输电线路；动态增容
随着社会用电需求的持续加大，以及风电、太阳能光伏并网发电等可再生能源发电的迅猛增长，对现有输电系统的供电能力提出了更高的要求，而建设新的输电线路不仅投资巨大，建设周期较长，而且受环境政策、土地资源等方面的约束也越来越明显。另一方面，近年来电网的实时监测技术日臻完善，除传统的SCADA系统外，广域测量系统（WAMS）、气象环境测量系统等已发展得较为成熟，凭借上述监测手段可以获得丰富的电网数据。这使得实时分析影响输电能力的主要因素、充分挖掘现有的输电潜能成为可能。目前有多种提高线路输送能力的方法，如采用同杆多回方式、紧凑型输电技术、动态无功补偿技术、柔性交流输电技术（FACTS）等。但在不改变现有线路结构的前提下，提高线路的输送容量主要有静态提温增容技术。即突破现行技术规程的规定，如把导体的最高允许温度由现行的70℃提至80℃或90℃，来增加现有导线的输送容量。但为保证安全性，采用这种方式应充分论证其对弧垂变化、导体及配套金具的机械强度、使用寿命等方面的影响。
1动态增容研究
1.1 研究方法
动态增容研究方法是导线允许运行温度不变，线路运行安全性保证的前提下，根据运行气候环境实际情况，采用线路导线在线温度、环境温度、风速、日照和载流量等的检测及数据传输装置，挖掘环境方面的潜力，利用输电线路实时增容监测分析系统进一步提高输送能力。
1.2 研究依据
（1）导线最大允许温度取决于输电线路的设计标准，在不超过导线最大允许温度情况下，导线载流量与环境参数（温度、风速、日照）密切相关。（2）导线载流量计算值与边界条件取值关系很大，我国地域辽阔，风速、日照差异很大。经计算，一般当风速大于1.7m/s，按70℃设计的线路可以安全地按90℃的载流量输送，而在沿海城市，终年风速都大于该值。（3）事故N-1是小概率事件，未必都落在苛刻的边界条件上。当刚好落在苛刻的边界条件上时，可通过联切负荷解决。（4）无线通信技术的不断发展（3G时代），对事件的响应，能满足电网的安全需要。
1.3输电线路动态增容原理
架空输电线路的最大载流量主要与环境温度、导线温度、风速、风向、日照强度等环境因素以及导线温度、导线材料尺寸等线自身因素有关，其计算主要是根据导线的稳态热平衡方程：
Qr+Qf=Qs+I2R’t（1）
其中Qr为辐射散热功率，Qf为对流散热功率，Qs为日照吸热功率，I2R’t为导线交流电阻的发热功率。在确定导线型号即导线各项参数后，（1）式中四种功率的计算如下。
辐射散热功率，与环境温度Ta和导线温度Tc有关：
Qr=πDE1S1[（Tc+273）4-（Ta+273）4]（2）
日照吸热功率与日照强度Js有关：
Qa=αnJsD（3）
导线温度为Tc时的交流电阻Ｒ（Tc）与导线温度Tc有关：
R（Tc）=（1+k）R20[1+α20（Tc-20）]（4）
对流散热功率Qf的计算有两种计算方法，在气候模型中（WM）中，可由环境温度、导线温度、风速、风向计算得出；在导线温度模型（CTM）中，可以由导线温度Tc，环境温度Ta和热传递系数h（t）计算得出：
Qf=h（t）（Tc-Ta）（5）
其中热传递系数h（t）表示了环境温度、风速、风向对对流散热功率的综合影响，在已知导线当前负荷电流I0和导线温度Tc时，可以通过将2－4式带入（6）式计算得出h（t）。
（6）
取导线温度为最大允许温度70℃时对应的热传递系数h70（t）≈h（t），带入（7）式即可得出导线在最大允许温度为70℃的对应的最大载流量I：
（7）
为了消除风速测量的不准确而带来的误差，本文最终选择导线温度模型（CTM），利用导线温度、环境温度、日照强度以及导线当前负荷来计算导线最大载流量。对于导线温度的测量，一般采用直接测量或利用张力－温度拟合曲线得出。直接利用温度传感器测量导线外表面温度，有时与真实值偏差较大；而对于已经建好的一次侧线路来说，安装张力传感器也非常不便。
2输电线路运行风险评估
根据IEEE738标准，导线温度满足以下暂态热平衡方程
（8）
（8）式中：Cp为导线比热容；R（Tc）I2为导线焦耳热；qs为日照吸热；qc为对流散热；qr为辐射散热。求解式（8）微分方程能够得到导线温度Tc随时间变化的情况，由于架空输电线路的时间常数一般为10-30min，认为1h之后的导线温度已经很接近稳态温度，不会发生什么变化。在第2节中得到气候参数模型后，通过以下MC模拟来预测下一个小时导线温度的概率分布。由上述气候模型预测出下一个小时的风向φ、风速v和环境温度Ta，导线电流也通过估计它的分布来预测下一个小时的导线电流I。假设在下一个小时内气候参数和导线电流（φ，v，Ta，I）不发生变化，通过４阶龙格库塔方法求解式（8）中关于导线温度Tc的微分方程，得出1h时的导线温度Tc（1h）作为该预测气候和电流参数（φ，v，Ta，I）条件下的导线温度。重复预测下一组气候和电流参数来计算下一个导线温度值。通过重复以上步骤足够多的次数之后就能得到整个导线温度的分布。输电线路增容运行的风险就是指导线温度超过Tc，max的概率，作为线路运行安全的临界值。输电线路增容运行的风险指标为：
（9）
式中：Nf为Mc模拟中Tc（1h）大于Tc，max的次数；N为Mc模拟的总次数。
3动态增容系统的发展
随着无线通信3G时代的到来，实时性将会满足电网调度响应的要求，导线温度及电流预警系统将与负荷联切逻辑系统关联，从而实现输电线路传输电能的最大经济效益化。动态增容一般可提高线路输送能力30%～40%，此时，输电线路将受变电设备通流能力的制约。因此，变电设备在基本建设时留有适当的裕度，应引起重视。
总结：输电线路动态增容手段的应用满足了电力系统输电线路扩能的需要，能较大限度地调动电力系统容量输送，加强了生产、调度等部门的协调配合与有序合作，优化了资源配置，而且避免了不必要的投资，使有限资源发挥最大效益，具有良好的推广应用价值。
参考文献：
[1]山西省电力公司组编，线路运行与维护.北京：中国电力出版社，2011，176~180.
[2]杨国庆.基于在线监测系统的输电线路动态增容研究［D］．上海：上海电力学院，2012．
[3]杜永平，张永.输电线路动态增容技术及其应用[J].安徽电力，2009（3）：53~58.
论文作者:马强
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/14
标签：导线论文; 温度论文; 线路论文; 日照论文; 风速论文; 功率论文; 动态论文; 《电力设备》2017年第34期论文;