輸電線路動態(tài)增容檢測技術(shù)在嘉興電網(wǎng)中的應(yīng)用

盛銀波，許金明，曾 東，溫 鎮(zhèn)

（嘉興電力局，浙江 嘉興 314033）

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速增長，用電量的需求也隨之增加，但是新建一條輸電線路受到經(jīng)濟(jì)條件和空間等方面的限制，如何科學(xué)、安全地提高現(xiàn)有線路的輸送容量，已成為確保電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)、可靠運行的一個重要課題[1-3]。

通過在輸電線路上安裝在線檢測裝置，對導(dǎo)線狀態(tài)（導(dǎo)線溫度、張力弧垂等）和氣象條件（環(huán)境溫度、日照、風(fēng)速等）進(jìn)行監(jiān)測，在不突破現(xiàn)行技術(shù)規(guī)程的前提下，根據(jù)數(shù)學(xué)模型計算出導(dǎo)線允許的最大載流量[4-9]，有效、安全地增加線路短期輸電容量，以滿足供電需要。無論是從提高供電可靠性角度，還是從延緩建設(shè)投資的效益分析，該課題研究都有良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

1 影響導(dǎo)線載流量的因素

1.1 導(dǎo)線熱容方程

輸電線路的導(dǎo)線運行應(yīng)滿足2個熱容量方程，即導(dǎo)線穩(wěn)態(tài)熱容方程和導(dǎo)線暫態(tài)熱容方程。

導(dǎo)線和外界環(huán)境時刻都在發(fā)生著熱量的交換，當(dāng)輸電導(dǎo)線的溫度穩(wěn)定在一定數(shù)值時，系統(tǒng)便達(dá)到了穩(wěn)態(tài)平衡，穩(wěn)態(tài)熱容方程為：

式中： Qc， Qr， Qs， R（Tc）分別為導(dǎo)線的對流散熱、導(dǎo)線的輻射散熱、日照吸熱以及Tc時的導(dǎo)線交流電阻。

當(dāng)線路電流或者外界環(huán)境發(fā)生變化時，在系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定之前，導(dǎo)線溫度是一個動態(tài)變化的過程，暫態(tài)熱容方程為：

式中：m和c分別是單位長度導(dǎo)線的質(zhì)量以及導(dǎo)線熱容系數(shù)。

1.2 環(huán)境對導(dǎo)線載流量的影響

載流量實際上和導(dǎo)線的對流散熱、輻射散熱、日照吸熱有關(guān)，即和風(fēng)速、環(huán)境溫度、日照強度、導(dǎo)線本身特性等一系列參數(shù)相關(guān)。

《110～500 kV架空送電線路設(shè)計技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定鋼芯鋁絞線的允許溫度是70℃（大跨越可采用90℃），環(huán)境氣溫采用最高氣溫月的最高平均氣溫（一般取40℃），風(fēng)速0.5 m/s（風(fēng)向垂直于導(dǎo)線），太陽日照強度1000 W/m2。當(dāng)這些參數(shù)發(fā)生改變時，導(dǎo)線的載流量也相應(yīng)增加或減少。

規(guī)程規(guī)定計算導(dǎo)線載流量時風(fēng)速采用0.5 m/s，而實際運行中，風(fēng)速遠(yuǎn)大于0.5 m/s。隨著風(fēng)速的增大，載流量也隨之增加，因此，理論上可以得到更大的導(dǎo)線載流量。兩者之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 風(fēng)速與載流量的關(guān)系

規(guī)程中規(guī)定計算載流量時，日照強度取1000 W/m2，而實際情況下日照強度遠(yuǎn)小于1000 W/m2，所以實時監(jiān)測日照強度若較小時，也可以增加導(dǎo)線的載流量。兩者之間關(guān)系如圖2所示。

圖2 日照與載流量的關(guān)系

規(guī)程中規(guī)定計算載流量時，環(huán)境溫度取40℃，而實際情況下環(huán)境溫度很少達(dá)到40℃，當(dāng)其他條件不變的情況下，溫度對于導(dǎo)線輸送容量的影響很大。通過提高導(dǎo)線的允許溫度可以有效的增加導(dǎo)線的載流量，如圖3所示。

圖3 溫度與載流量的關(guān)系

從圖1—3中可以看到，當(dāng)風(fēng)速、日照強度、環(huán)境溫度變化時，導(dǎo)線的載流量也相應(yīng)的發(fā)生改變。也就是說，導(dǎo)線在實際運行過程中其載流量是可變的，在滿足系統(tǒng)正常運行的條件下，當(dāng)外界環(huán)境發(fā)生變化時有可能允許更大的導(dǎo)線載流量。除了風(fēng)速等因素外，導(dǎo)線的允許溫度、導(dǎo)線的新舊程度等參數(shù)對載流量也有一定的影響。

2 動態(tài)增容檢測技術(shù)的實際應(yīng)用

2.1 王店—禾城雙回線增容需求

嘉興市位于長江三角洲南翼，地理位置優(yōu)越，用電負(fù)荷逐年遞增。2011年夏季高峰，汾湖變2×75萬kVA主變壓器（簡稱主變）負(fù)荷功率已達(dá)到131.98萬kW，超出變電所125萬kW穩(wěn)定控制限額。

根據(jù)浙江電網(wǎng)2011年基建計劃，計劃于2012年建成投產(chǎn)汾湖變第3臺主變，主變?nèi)萘?×100萬kVA。若汾湖變第3臺主變未能在夏季用電高峰前建成投產(chǎn)，則汾湖變2×75萬kVA主變供電壓力較重；根據(jù)對嘉興電網(wǎng)2012年運行方式分析，2012年夏季高峰，若汾湖變第3臺主變未能及時建成投產(chǎn)，則考慮開斷秀水—正陽2回線、汾湖—南湖2回線，將秀水變、南湖變歸入王店變3×75萬kVA主變供區(qū)，屆時，將形成王店—禾城—秀水以及王店—煙雨—南湖2個雙線雙變供電網(wǎng)絡(luò)。

根據(jù)潮流計算，預(yù)計2012年夏季高峰，王店—禾城2回線輸送潮流有功將達(dá)到48.97萬kW，王店—煙雨2回線輸送潮流有功將達(dá)到43.1萬kW，王店—禾城2回線、王店—煙雨2回線均需要考慮增容改造。

2.2 鋼芯鋁絞線載流量分析

在相同的熱量累積時，鋼芯鋁絞線的強度將大于全鋁絞線，因為在導(dǎo)線所能達(dá)到的允許溫度內(nèi)，鋼芯不會退火而產(chǎn)生強度損失。因此，鋼芯鋁絞線較全鋁絞線能允許的溫度更高。

在長期電流作用下，現(xiàn)在國際上通常按30年運行時期考慮，以按預(yù)計的導(dǎo)線強度損失不大于7%～10%來設(shè)定導(dǎo)線發(fā)熱允許溫度。按此要求，若將我國使用的鋼芯鋁絞線和鋁絞線的發(fā)熱允許溫度從70℃提高到80℃和90℃，運行30年，其強度損失能滿足不大于7%～10%的要求。所以，提高鋼芯鋁絞線允許最高溫度到80℃和90℃，對導(dǎo)線本身來說并不影響其安全運行。

當(dāng)風(fēng)速0.5 m/s、日照強度1000 W/m2、輻射系數(shù)和吸熱系數(shù)均取0.9時，不同的環(huán)境溫度（35，40℃）下，鋼芯鋁絞線和全鋁合金絞線載流后的允許溫度為70，80和90℃時的載流量及極限輸送容量見表1和表2。

表1 鋼芯鋁絞線長期允許載流及極限輸送容量

表2 2×LGJ-300導(dǎo)線靜態(tài)增容后的載流量

由上可知：當(dāng)線路允許輸送的有功功率實現(xiàn)短時53萬kW，短時允許電流為1552 A，則2×LGJ-300/25鋼芯鋁絞線導(dǎo)線最大溫度約為90℃。

所以，通過利用提高導(dǎo)線允許溫度的方法后，220 kV王城4455線、店城4470線增容后其線路允許輸送容量可按有功功率實現(xiàn)短時53萬kW考慮。

王店—禾城2回線靜態(tài)增容后，在環(huán)境溫度35℃，導(dǎo)線最高允許溫度90℃時，短時（30 min）輸送容量約53.2萬kW；在環(huán)境溫度40℃，導(dǎo)線最高允許溫度90℃時，短時（30 min）輸送容量約為55.6萬kVA（約50.1萬kW），能夠滿足電力輸送要求。

2.3 增容線路的檢測

考慮到220 kV王城4455線存在多處重要交叉跨越，在28號、42號等6基桿塔上安裝檢測裝置，通過實時檢測來獲取導(dǎo)線的溫度參數(shù)，用于檢測增容后導(dǎo)線對重要交叉跨越的安全距離是否滿足要求。

王店—禾城線通過導(dǎo)線檢測裝置直接得到導(dǎo)線的溫度值，同時監(jiān)測導(dǎo)線所處的氣象環(huán)境（日照和環(huán)境溫度）。結(jié)合這些測量數(shù)據(jù)，通過導(dǎo)線的熱平衡方程得出此時影響導(dǎo)線溫度的有效風(fēng)速，進(jìn)而得到可利用的最大載流量值。

由于采用直接法測量導(dǎo)線的溫度，避免使用風(fēng)速計，所以監(jiān)測精度較高，維護(hù)簡單方便。

除此之外，嘉興電力局前期還在喬由5433線、喬拳5434線、汾王5439線等多條線路上安裝了數(shù)臺動態(tài)增容檢測裝置，用于采集各種氣象參數(shù)并計算線路的最大傳輸功率。相關(guān)參數(shù)的測量和利用大大提高了線路運行的安全性，也為線路運行管理提供了有用信息。

3 動態(tài)增容檢測技術(shù)的應(yīng)用效果

3.1 提高線路的運維能力

通過對運行輸電線路導(dǎo)線溫度、風(fēng)速、弧垂等一系列參數(shù)的綜合監(jiān)測，建立預(yù)警手段。當(dāng)所測量參數(shù)超過一定閥值，可能給線路運行帶來隱患時，后臺系統(tǒng)實時采集數(shù)據(jù)并自動報警，便于運行人員在第一時間到現(xiàn)場對線路狀況進(jìn)行核查，對于一般缺陷及時消除，重要缺陷則可以合理安排消缺計劃。微氣象數(shù)據(jù)的可視化，將極大地提高輸電線路的運維能力。

3.2 提高線路的利用率

線路的額定載流量是在最惡劣的氣象條件下設(shè)定的，而線路的動態(tài)增容則是根據(jù)實際運行中氣象條件的有利因素（如環(huán)境溫度較低、風(fēng)速較高等），在導(dǎo)線最高允許溫度限定范圍內(nèi)和對線路運行安全沒有大影響的情況下，適當(dāng)提高線路的載流量。因此，通過線路的動態(tài)增容可以大大提高線路的輸送容量，提高線路的利用率。

3.3 提高供電可靠性

安裝檢測裝置后，由于電網(wǎng)調(diào)度運行人員能及時了解輸電線路潮流與線路熱穩(wěn)定限額的變化，通過與線路熱穩(wěn)定溫度預(yù)警值的比較，分析線路輸送余量，為輸電線路動態(tài)增容提供科學(xué)依據(jù)，進(jìn)行調(diào)度決策，提高運行效率和傳輸容量。在現(xiàn)有線路不突破原設(shè)計和運行規(guī)程規(guī)定的前提下，使運行線路帶足負(fù)荷，提高線路的運行效率。特別是用電高峰或輸電網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時，為線路短時超負(fù)荷運行提供支持，從而為設(shè)備搶修和運行方式調(diào)整贏得時間，避免或減少拉閘限電。

4 結(jié)語

動態(tài)增容技術(shù)的應(yīng)用給線路運維人員帶來了許多更為直觀的數(shù)據(jù)顯示，更有利于對線路進(jìn)行管理維護(hù)。同時，隨著動態(tài)增容檢測裝置在輸電線路上覆蓋率的增加，系統(tǒng)的負(fù)荷也能夠得到更有效的利用，調(diào)度人員可以隨時掌握線路運行情況，給出更合理的調(diào)度方案，最大限度地發(fā)揮線路的輸送能力，滿足電力需求。

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