考慮輸電線運行可靠性的輸電網(wǎng)規(guī)劃研究

程 帥

（國網(wǎng)淮安供電公司，淮安 223002）

輸電網(wǎng)規(guī)劃是一個系統(tǒng)優(yōu)化的問題，其基本要求是在考慮供電可靠性及確保輸電容量滿足負(fù)荷需求的基礎(chǔ)上，將其各部分進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到輸電經(jīng)濟(jì)性最高、運行效率最高，并且對于電網(wǎng)的發(fā)展和長期規(guī)劃是適應(yīng)的。

1 考慮輸電線運行可靠性的輸電網(wǎng)規(guī)劃的意義

同塔架設(shè)多條回路存在著經(jīng)濟(jì)性和可靠性的矛盾問題，之所以這樣說是因為同塔架設(shè)多條回路可以減少占地面積，這是經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)勢；而同塔架設(shè)多條回路，使得塔的高度變高，增加了桿塔承受的張力，加劇了絕緣難度，增大了同時停運率，而且同桿架設(shè)很容易發(fā)生誤操作的現(xiàn)象，這是可靠性的劣勢?；谶@樣的矛盾，本文從電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性和可靠性出發(fā)，對如何進(jìn)行合理規(guī)劃，使輸電網(wǎng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性在整體上達(dá)到最優(yōu)，使電能傳輸能夠達(dá)到安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的目的，而且能夠不斷適應(yīng)電力系統(tǒng)不斷變化的運行方式，促進(jìn)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展。

2 考慮同塔多回輸電線路的輸電網(wǎng)規(guī)劃

2.1 考慮同塔多回路的輸電網(wǎng)規(guī)劃方法和步驟

2.1.1 同塔多回路的輸電網(wǎng)計算方法

遺傳算法是電網(wǎng)規(guī)劃采用的一種智能優(yōu)化方法，整數(shù)型變化的優(yōu)化問題更適合遺傳算法。

遺傳算法的優(yōu)點是：一是利用的線性規(guī)劃方法靈敏度相對較高、操作比較簡單、執(zhí)行方便，通過交叉和變異就可以完成進(jìn)化，二是遺傳算法不會對大型電網(wǎng)規(guī)劃問題進(jìn)行分解處理，避免了因分解造成的誤差；二是因為遺傳算法不受單目標(biāo)、空間、線性等條件的約束，可以說遺傳法對于電網(wǎng)規(guī)劃遇到的多目標(biāo)、多約束、非線性、混合整數(shù)優(yōu)化等問題能夠完美的解決。此外遺傳法彌補了數(shù)學(xué)優(yōu)化只能求得單解的不足，遺傳法是可以得到最優(yōu)解和次優(yōu)解。

遺傳算法的基本原理是：

第一，將實際優(yōu)化問題的解編譯成一串?dāng)?shù)字，也稱為染色體，每個染色體代表優(yōu)化問題的一個解，多條染色體構(gòu)成遺傳過程中的一代，相應(yīng)的編碼位置與生物體的基因相似。第二，將實際問題的目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)化為染色體的適應(yīng)度函數(shù)，適應(yīng)度函數(shù)值是衡量染色體性能的指標(biāo)，染色體的適應(yīng)度函數(shù)值越大，其染色體對應(yīng)的解越好。第三，隨機產(chǎn)生染色體群體，計算各染色體的適應(yīng)度函數(shù)值，根據(jù)各染色體適應(yīng)度函數(shù)值進(jìn)行繁殖、交叉和變異等遺傳操作，產(chǎn)生下一代染色體群體。在遺傳操作過程中，每個染色體的適應(yīng)性函數(shù)值決定了染色體繁殖的概率。適應(yīng)度函數(shù)值越大的個體，繁殖后代的機會就越多，從而可以繼承和保留種群的優(yōu)良特性，從而體現(xiàn)出適者生存的原則。交叉和變異操作可以通過染色體間隨機結(jié)構(gòu)的信息交換來產(chǎn)生更好的染色體。這樣，經(jīng)過世代遺傳，就會產(chǎn)生一些具有高適應(yīng)度功能值的染色體。第四，通過對這些染色體的解碼和還原，得到了原問題的最優(yōu)解。當(dāng)染色體種群足夠大，遺傳代數(shù)足夠大時，遺傳算法在理論上可以找到原問題的最優(yōu)解。

2.1.2 同塔多回路的輸電網(wǎng)規(guī)劃步驟

對考慮電網(wǎng)本體造價和可靠性的同塔多回路輸電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行規(guī)劃，具體步驟可以歸納如下：

第一步，參數(shù)的收集。收集的參數(shù)包括線路參數(shù)（線路長度、線路型號、線路阻抗、最大承載能力、停運時間）、發(fā)電機參數(shù)（發(fā)電機容量、停運時間及失效前平均時間）、負(fù)荷參數(shù)（有功功率、無功功率）。

第二步，在數(shù)據(jù)文本的基礎(chǔ)上，對網(wǎng)絡(luò)可靠性指標(biāo)進(jìn)行計算，計算并記錄網(wǎng)絡(luò)電量不足的期望值。

第三步，設(shè)定初始參數(shù)，為建立遺傳算法基因庫做準(zhǔn)備。包括染色體長度、群體大小、最大迭代次數(shù)、交叉率和變異率。

第四步，建立遺傳算法基因庫。

第五步，通過遺傳算法進(jìn)行計算。

第六步，收斂判斷。根據(jù)步驟4中記錄的“最優(yōu)值”，確定“最優(yōu)值”是否收斂，如果它收斂，則采取下一步，如果不收斂，則返回第五步，直到“最優(yōu)值”收斂為止。

第七步，記錄第6步輸出的最優(yōu)值，相應(yīng)的最優(yōu)解被找到后，對最優(yōu)解進(jìn)行染色體解碼分析，得到了相應(yīng)的實際變量，相應(yīng)的規(guī)劃方案是最優(yōu)方案。輸出最優(yōu)規(guī)劃方案。

第八步，結(jié)束算法。

2.2 同塔多回輸電線路的輸電網(wǎng)規(guī)劃應(yīng)注意的事項

2.2.1 路徑的規(guī)劃

第一，曲折系數(shù)小、轉(zhuǎn)角小、特殊跨越少；第二，避開湖泊、沼澤、高山、塌方區(qū)域、礦區(qū)、強烈地震區(qū)、重冰區(qū)、沖刷區(qū)、重雷區(qū)、滑坡區(qū)、居民區(qū)；第三，便于后續(xù)施工、運行與維護(hù)工作。在優(yōu)化輸電網(wǎng)時，必須要正確考慮到各個因素之間的關(guān)系，制定出最為經(jīng)濟(jì)、合理的方案。

2.2.2 鐵塔和基礎(chǔ)的規(guī)劃

鐵塔和基礎(chǔ)的規(guī)劃要考慮同塔多回線路外部承載力、塔身風(fēng)壓等因素的影響，因為與單線路相比，同塔多回線路外部承載力、塔身風(fēng)壓等因素的影響，雙倍或者多倍增加了鐵塔的自重及基礎(chǔ)作用力。因此對于鐵塔和基礎(chǔ)的規(guī)劃要考慮如何降低鐵塔的自重及作用力。例如對于500kV 或220kV 大截面導(dǎo)線的同塔多回路來說，采用鋼管桁架結(jié)構(gòu)、高強度鋼材等方法來降低外部承載力和塔身風(fēng)壓。又例如是四回線路，在高壓架空鐵塔的設(shè)計中，在選用鋼管桁架構(gòu)造的同時，還要對接地導(dǎo)線以思考。通常在裝置的時分會發(fā)生鐵塔最大負(fù)荷

鐵塔和基礎(chǔ)的規(guī)劃除了考慮同塔多回線路外部承載力、塔身風(fēng)壓等因素的影響，還需要考慮同塔雙回線是否安全堅固可靠。選擇結(jié)構(gòu)清晰、簡單的鐵塔型式，對于基礎(chǔ)規(guī)劃而言，也要選擇可靠性高、經(jīng)驗豐富的型式，特別是對于地質(zhì)條件差的地方要進(jìn)行灌注樁的基礎(chǔ)準(zhǔn)備工作。

2.2.3 導(dǎo)、地線安全系數(shù)的規(guī)劃

導(dǎo)、低線安全系數(shù)是線路安全運行最重要的考慮因素，對于導(dǎo)、地線安全系數(shù)的規(guī)劃除了考慮耐張桿塔荷載的大小以外，還必須與實際工程中同塔多回線路桿塔使用情況相結(jié)合，這樣做既可以滿足導(dǎo)、地線的安全系數(shù)規(guī)劃，還可以減少工程成本。

2.2.4 絕緣配置的規(guī)劃

絕緣配置的規(guī)劃，要做到同塔多回線路在雷電過電壓、工頻電壓、操作過電壓等惡略情況下安全可靠運行。因此對于絕緣配置的規(guī)劃第一規(guī)劃要滿足相關(guān)規(guī)程，第二要考慮塔多回線路中桿塔和檔距中所有可能的放電途徑，第三適當(dāng)增加回路導(dǎo)線間的水平距離以適應(yīng)不同的導(dǎo)線形式。

2.2.5 對地距離的規(guī)劃

對地距離的規(guī)劃，對于不同電壓等級的同塔多回線路考慮的方面略有不同。例如對于220kV 及以下的同塔多回線路，對地距離主要考慮絕緣方面；對于500kV 的同塔多回線路，對地距離除了考慮絕緣方面，還需要考慮線路的電磁環(huán)境影響。

2.2.6 耐雷水平的規(guī)劃

同塔多回路線路防雷規(guī)劃中應(yīng)考慮的因素有：降低繞擊率的措施是減小地線保護(hù)角；布置塔頭時盡量減少橫擔(dān)層數(shù)和塔高；減少線路總跳閘次數(shù)的措施采用平衡高絕緣；綜合防雷的措施有采取掛接地線或增加地線根數(shù)、降低接地電阻等。

3 結(jié)束語

綜上所述，采用同塔多回線路架設(shè)方式節(jié)約了土地占用面積、緩解了緊張的輸電廊道問題，可以說同塔多回線路架設(shè)方式具有極高的經(jīng)濟(jì)價值和實用價值。在考慮同塔多回線路架設(shè)的規(guī)劃過程中，我們要結(jié)合實際的同塔多回線路架設(shè)工程來考慮，利用實際經(jīng)驗，采用合適的規(guī)劃方法，制定出詳細(xì)的、可靠的規(guī)劃方案，已解決同塔多回線路架設(shè)經(jīng)濟(jì)性和可靠性之間的矛盾問題。