輸電線路動態增容檢測技術在嘉興電網中的應用

盛銀波，許金明，曾 東，溫 鎮

（嘉興電力局，浙江 嘉興 314033）

隨著國民經濟的快速增長，用電量的需求也隨之增加，但是新建一條輸電線路受到經濟條件和空間等方面的限制，如何科學、安全地提高現有線路的輸送容量，已成為確保電網安全、經濟、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，對導線狀態（導線溫度、張力弧垂等）和氣象條件（環境溫度、日照、風速等）進行監測，在不突破現行技術規程的前提下，根據數學模型計算出導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，還是從延緩建設投資的效益分析，該課題研究都有良好的經濟和社會效益。

1 影響導線載流量的因素

1.1 導線熱容方程

輸電線路的導線運行應滿足2個熱容量方程，即導線穩態熱容方程和導線暫態熱容方程。

導線和外界環境時刻都在發生著熱量的交換，當輸電導線的溫度穩定在一定數值時，系統便達到了穩態平衡，穩態熱容方程為：

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

當線路電流或者外界環境發生變化時，在系統達到穩定之前，導線溫度是一個動態變化的過程，暫態熱容方程為：

式中：m和c分別是單位長度導線的質量以及導線熱容系數。

1.2 環境對導線載流量的影響

載流量實際上和導線的對流散熱、輻射散熱、日照吸熱有關，即和風速、環境溫度、日照強度、導線本身特性等一系列參數相關。

《110～500 kV架空送電線路設計技術規程》中規定鋼芯鋁絞線的允許溫度是70℃（大跨越可采用90℃），環境氣溫采用最高氣溫月的最高平均氣溫（一般取40℃），風速0.5 m/s（風向垂直于導線），太陽日照強度1000 W/m2。當這些參數發生改變時，導線的載流量也相應增加或減少。

規程規定計算導線載流量時風速采用0.5 m/s，而實際運行中，風速遠大于0.5 m/s。隨著風速的增大，載流量也隨之增加，因此，理論上可以得到更大的導線載流量。兩者之間的關系如圖1所示。

圖1 風速與載流量的關系

規程中規定計算載流量時，日照強度取1000 W/m2，而實際情況下日照強度遠小于1000 W/m2，所以實時監測日照強度若較小時，也可以增加導線的載流量。兩者之間關系如圖2所示。

圖2 日照與載流量的關系

規程中規定計算載流量時，環境溫度取40℃，而實際情況下環境溫度很少達到40℃，當其他條件不變的情況下，溫度對于導線輸送容量的影響很大。通過提高導線的允許溫度可以有效的增加導線的載流量，如圖3所示。

圖3 溫度與載流量的關系

從圖1—3中可以看到，當風速、日照強度、環境溫度變化時，導線的載流量也相應的發生改變。也就是說，導線在實際運行過程中其載流量是可變的，在滿足系統正常運行的條件下，當外界環境發生變化時有可能允許更大的導線載流量。除了風速等因素外，導線的允許溫度、導線的新舊程度等參數對載流量也有一定的影響。

2 動態增容檢測技術的實際應用

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，地理位置優越，用電負荷逐年遞增。2011年夏季高峰，汾湖變2×75萬kVA主變壓器（簡稱主變）負荷功率已達到131.98萬kW，超出變電所125萬kW穩定控制限額。

根據浙江電網2011年基建計劃，計劃于2012年建成投產汾湖變第3臺主變，主變容量1×100萬kVA。若汾湖變第3臺主變未能在夏季用電高峰前建成投產，則汾湖變2×75萬kVA主變供電壓力較重；根據對嘉興電網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，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，屆時，將形成王店—禾城—秀水以及王店—煙雨—南湖2個雙線雙變供電網絡。

根據潮流計算，預計2012年夏季高峰，王店—禾城2回線輸送潮流有功將達到48.97萬kW，王店—煙雨2回線輸送潮流有功將達到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，因為在導線所能達到的允許溫度內，鋼芯不會退火而產生強度損失。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，現在國際上通常按30年運行時期考慮，以按預計的導線強度損失不大于7%～10%來設定導線發熱允許溫度。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℃，對導線本身來說并不影響其安全運行。

當風速0.5 m/s、日照強度1000 W/m2、輻射系數和吸熱系數均取0.9時，不同的環境溫度（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導線靜態增容后的載流量

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

所以，通過利用提高導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短時53萬kW考慮。

王店—禾城2回線靜態增容后，在環境溫度35℃，導線最高允許溫度90℃時，短時（30 min）輸送容量約53.2萬kW；在環境溫度40℃，導線最高允許溫度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線的溫度參數，用于檢測增容后導線對重要交叉跨越的安全距離是否滿足要求。

王店—禾城線通過導線檢測裝置直接得到導線的溫度值，同時監測導線所處的氣象環境（日照和環境溫度）。結合這些測量數據，通過導線的熱平衡方程得出此時影響導線溫度的有效風速，進而得到可利用的最大載流量值。

由于采用直接法測量導線的溫度，避免使用風速計，所以監測精度較高，維護簡單方便。

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臺動態增容檢測裝置，用于采集各種氣象參數并計算線路的最大傳輸功率。相關參數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 動態增容檢測技術的應用效果

3.1 提高線路的運維能力

通過對運行輸電線路導線溫度、風速、弧垂等一系列參數的綜合監測，建立預警手段。當所測量參數超過一定閥值，可能給線路運行帶來隱患時，后臺系統實時采集數據并自動報警，便于運行人員在第一時間到現場對線路狀況進行核查，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。微氣象數據的可視化，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定的，而線路的動態增容則是根據實際運行中氣象條件的有利因素（如環境溫度較低、風速較高等），在導線最高允許溫度限定范圍內和對線路運行安全沒有大影響的情況下，適當提高線路的載流量。因此，通過線路的動態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，由于電網調度運行人員能及時了解輸電線路潮流與線路熱穩定限額的變化，通過與線路熱穩定溫度預警值的比較，分析線路輸送余量，為輸電線路動態增容提供科學依據，進行調度決策，提高運行效率和傳輸容量。在現有線路不突破原設計和運行規程規定的前提下，使運行線路帶足負荷，提高線路的運行效率。特別是用電高峰或輸電網絡出現故障時，為線路短時超負荷運行提供支持，從而為設備搶修和運行方式調整贏得時間，避免或減少拉閘限電。

4 結語

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

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