輸電線路增容技術(shù)發(fā)展情況

林吉，康小平，胡元輝，鄭振華

(浙江寧波電業(yè)局，浙江 寧波 315000)

1 引言

架空輸電線路的輸送容量與環(huán)境溫度、風(fēng)速、風(fēng)向、日照輻射、導(dǎo)線的物理特性和導(dǎo)線所處的地理位置等因素有關(guān)，分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種計(jì)算方法。目前輸送的額定容量是為防止線路負(fù)荷增加時(shí)產(chǎn)生過熱故障而制定的線路靜態(tài)熱容量極限值［1］。這種極限值是保守地基于最惡劣氣象條件(如晴天高溫、無風(fēng)等)，為維持線路對地的安全距離而得出的。而這種定義的最惡劣天氣同時(shí)可能發(fā)生的概率很小，文獻(xiàn)［2］統(tǒng)計(jì)僅為0.02%。實(shí)際上，在絕大多數(shù)情況下允許輸送容量超出一些，是不會(huì)造成設(shè)備故障和系統(tǒng)損壞的。

動(dòng)態(tài)提高輸電線路輸送容量(Dynamic Line Rating，DLR)技術(shù)是在不突破現(xiàn)行技術(shù)規(guī)程規(guī)定的前提下，對導(dǎo)線運(yùn)行狀態(tài)(導(dǎo)線張力、弧垂、溫度等)和氣象條件(環(huán)境溫度、日照、風(fēng)速等)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，以實(shí)時(shí)計(jì)算線路載流能力，從而保證輸電線路在安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上，最大限度地提高線路的輸送能力。

本文將介紹提高輸電線路輸送容量的方法，在此基礎(chǔ)上介紹輸電線路動(dòng)態(tài)監(jiān)測方法，并分析不同方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

2 提高輸電線路輸送容量的方法

影響輸電系統(tǒng)送電能力的因素很多，如運(yùn)行方式的變化、送受端系統(tǒng)的無功電壓水平、輸電系統(tǒng)中間電壓支撐水平以及運(yùn)行安全裕度的考慮等。為了提高輸電線路的輸送容量，普遍采取的措施主要有以下幾種:

(1)采用特高壓技術(shù)

我國1000kV特高壓交流輸變電和±800kV特高壓直流輸電工程已經(jīng)立項(xiàng)建設(shè)。

(2)柔性交流輸電技術(shù)(FACTS)

FACTS技術(shù)是基于電力電子技術(shù)改造交流輸電的系列技術(shù)，對交流電的無功(電壓)、電抗和相角進(jìn)行控制，從而有效提高交流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，使交流輸電系統(tǒng)具有更高的柔性和靈活性，可以有效增加輸電線路的容量，提高線路利用率。目前常用的FACTS裝置主要有統(tǒng)一潮流控制器、可控串聯(lián)補(bǔ)償器、靜止補(bǔ)償器等。

(3)串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)

串聯(lián)補(bǔ)償裝置能有效降低輸電系統(tǒng)間的電抗值，提高輸電能力和系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，是我國提高輸電線路輸送能力的重要手段。

(4)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)

動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)可根據(jù)系統(tǒng)需要快速調(diào)節(jié)無功、維持母線電壓在額定值附近?？刂茻o功潮流，提高線路的輸電能力是動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)在輸電系統(tǒng)中的主要作用之一［3］。在一些長距離輸電線路的中間安裝一定容量的無功靜止補(bǔ)償裝置(SVC)能夠提高線路的輸送能力。

(5)同桿多回和緊湊型輸電技術(shù)

同塔(桿)多回輸電技術(shù)是指在一個(gè)桿塔上架設(shè)2回及多回線路［4］。緊湊型輸電技術(shù)是通過減少輸電線相間距離和改變排列方式而減少線路波阻抗，增加容抗，提高線路的自然功率，從而提高線路輸送容量的，并減少了占用走廊。

(6)大截面耐熱導(dǎo)線

一般情況下，短距離輸電線的輸電能力主要取決于線路的熱容量限制，因此需根據(jù)負(fù)荷密度和輸電容量選擇合適的線路型號(hào)和導(dǎo)線截面。

3 輸電線路動(dòng)態(tài)監(jiān)測方法

3.1 基于氣候監(jiān)測的DLR技術(shù)

基于氣候監(jiān)測的DLR技術(shù)是通過實(shí)時(shí)的導(dǎo)線電流值和氣象站實(shí)時(shí)監(jiān)測的氣候參數(shù)計(jì)算導(dǎo)線的輸送容量。EPRI早期開發(fā)的DYNAMP系統(tǒng)和ElectroTech公司的LINEAMPS系統(tǒng)就是這種類型的系統(tǒng)。EPRI的DYNAMP系統(tǒng)是基于IEEE的架空裸導(dǎo)線的熱模型，與導(dǎo)線的溫度、電流和氣候等參數(shù)有關(guān)。LINEAMPS是一個(gè)基于氣候的專家系統(tǒng)，它考慮了一個(gè)地區(qū)的天氣歷史紀(jì)錄，以此信息來計(jì)算容量，并預(yù)測未來的容量。它包括一個(gè)學(xué)習(xí)機(jī)，有學(xué)習(xí)功能?；跉夂虮O(jiān)測的DLR技術(shù)很經(jīng)濟(jì)，并容易擴(kuò)展。然而，一整條線路中，由于地域的變化，天氣也會(huì)發(fā)生變化，而微氣候信息無法從氣象站獲取。因此，這種方法不適于微氣候地區(qū)內(nèi)線路的增容。

3.2 基于直接溫度測量的DLR技術(shù)

美國Niagara Mochawk公司開發(fā)的Power Donut就是基于直接導(dǎo)線測溫的裝置，通過一個(gè)安裝在導(dǎo)線上的環(huán)形結(jié)構(gòu)裝置來監(jiān)測導(dǎo)線的溫度、負(fù)載和氣候參數(shù)。另外EPRI早期開發(fā)的DRCR系統(tǒng)也是采用溫度測量技術(shù)的。國內(nèi)的輸電線路增容方法也大多采用這種測量技術(shù)，如杭州雷鳥公司采用的球形結(jié)構(gòu)導(dǎo)線測溫裝置如圖1所示。

圖1 導(dǎo)線測溫裝置

直接溫度測量方法提供了導(dǎo)線的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，計(jì)算的結(jié)果比基于氣候監(jiān)測的方法更準(zhǔn)確。不足之處在于投資大，并且測量的僅僅是導(dǎo)線某一點(diǎn)的溫度，并不是導(dǎo)線的平均溫度。如果要測量準(zhǔn)確，需要沿線裝設(shè)較多采集裝置，然后取其平均值，這樣就大大增加了成本，不符合經(jīng)濟(jì)性的要求;用紅外測溫裝置則要沿著線路多點(diǎn)測量，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。而且沿導(dǎo)線方向溫度變化比較大，即使在一個(gè)檔距內(nèi)，溫度也會(huì)有一定的變化。再加上由于地域的差異和微氣候的影響，一條線路上測量的導(dǎo)線溫度會(huì)相差很多。

3.3 非接觸紅外測溫

這種方法將紅外攝像頭安裝在桿塔上，直接拍攝測量導(dǎo)線溫度(如圖2所示)。非接觸式紅外測溫也叫輻射測溫，一般使用熱電型或光電探測器作為檢測元件。此溫度測量系統(tǒng)比較簡單，可以實(shí)現(xiàn)大面積的測溫，也可以是被測物體上某一點(diǎn)的溫度測量;可以是便攜式，也可以是固定式，并且使用方便;其制造工藝簡單，成本較低，測溫時(shí)不接觸被測物體，具有響應(yīng)時(shí)間短、不干擾被測溫場、使用壽命長、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。

但利用紅外輻射測量導(dǎo)線溫度，也必然受到導(dǎo)線發(fā)射率、測溫距離、環(huán)境等外界因素的影響，其測量誤差較大。

圖2 非接觸紅外測溫系統(tǒng)

3.4 DGPS方法

該方法由兩個(gè)GPS裝置組成，一個(gè)安裝在鐵塔上，另一個(gè)安裝在導(dǎo)線上。由兩個(gè)GPS裝置測得的坐標(biāo)值，可以得到導(dǎo)線的弧垂。DGPS技術(shù)的價(jià)值在于以更少的時(shí)間實(shí)現(xiàn)更高的精度。

圖3 DGPS弧垂測量

它的主要缺點(diǎn)是有兩套GPS裝置，因此要解決它們之間的通信問題，還存在數(shù)據(jù)處理的問題，必須要減小噪聲、提高精度。并且如果兩套裝置相隔較遠(yuǎn)，誤差會(huì)加大。另外GPS系統(tǒng)必須要有電源支持，安裝在鐵塔上的GPS可以用一般的傳統(tǒng)電源，但是導(dǎo)線上GPS的電源就必須要來源于導(dǎo)線本身。目前已經(jīng)開發(fā)出了一種來源于導(dǎo)線的直流電源裝置，但是還存在電暈干擾方面的問題。

3.5 基于張力測量的DLR技術(shù)

美國Valley公司開發(fā)的CAT－1產(chǎn)品，其核心技術(shù)是通過直接測量導(dǎo)線張力確定輸送容量的。張力傳感器安裝在導(dǎo)線耐張段兩端的絕緣子串上，CAT－1主單元還包括兩個(gè)傳感器:一個(gè)測量環(huán)境溫度;一個(gè)測量日照輻射溫度。主單元存儲(chǔ)采集到的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)測主站進(jìn)行處理。

圖4 導(dǎo)線張力測量法

張力監(jiān)測裝置測量的是整個(gè)耐張段的導(dǎo)線張力，最后能給出耐張段內(nèi)各個(gè)檔距內(nèi)的弧垂和平均溫度，使導(dǎo)線在更長的范圍內(nèi)結(jié)果更準(zhǔn)確，并節(jié)省了開支。

因?yàn)樵O(shè)備安裝在低壓端，不存在污閃問題。將數(shù)據(jù)采集終端模塊安裝在金屬盒內(nèi)，起到屏蔽作用，能有效防止強(qiáng)電干擾。由于用到了代表檔距的概念，基本消除了絕緣子串相對很小的縱向拉力的影響，但是存在一定的誤差，必須要經(jīng)過校準(zhǔn)。但為了得到較準(zhǔn)確的導(dǎo)線溫度，此系統(tǒng)在安裝初期線路必須長期或經(jīng)常的停電(至少幾個(gè)月)，以獲取較大范圍的凈輻射溫度(Net Rediation Temperature，NRT)來擬合出導(dǎo)線溫度曲線。同時(shí)這種方法也無法避免高溫時(shí)導(dǎo)線溫度估計(jì)不準(zhǔn)的問題。

4 總結(jié)

本文分析了氣候監(jiān)測、直接測溫、紅外測溫、DGPS、張力測量等多種輸電線路增容技術(shù)，并各種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析，可為相關(guān)技術(shù)的研究人員和電網(wǎng)運(yùn)行人員提供參考。

［1］DL/T 5092－1999.110－500kV架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程［M］.北京:中國電力出版社，1999.

［2］Foss S.D.，Lin S.H.，F(xiàn)ernandes R.A.，Dynamic thermal line ratings:Part I.Dynamic ampacity rating algorithm.IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems，1983，PAS －102(6):1858 －1864.

［3］任丕德，劉發(fā)友，周勝軍，動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2004，28(23):81 －83.

［4］張嘉旻，葛榮良，同塔多回輸電技術(shù)特點(diǎn)及其應(yīng)用分析［J］.華東電力，2005，33(7):23 －26.