提高輸電線路輸送容量技術(shù)綜述

王 荀，淡淑恒

(上海電力學(xué)院 電氣工程學(xué)院，上海200090)

0 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，社會(huì)用電需求不斷增長(zhǎng)。在一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的長(zhǎng)三角、珠三角地區(qū)，電力短缺已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步發(fā)展的限制因素。華東地區(qū)500 kV電網(wǎng)的許多輸電線路均大負(fù)荷運(yùn)行，輸電能力瓶頸問(wèn)題非常突出［1］。建設(shè)新的輸電線路投資巨大，建設(shè)耗時(shí)長(zhǎng)，且受輸電走廊征用困難以及環(huán)境保護(hù)等因素制約，困難較大。而在電力市場(chǎng)環(huán)境下，各個(gè)電力運(yùn)營(yíng)商又總是希望能夠在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上獲得盡可能多的輸送容量。因此，提高輸電線路的傳輸容量已日益迫切且意義重大。

本文首先分析了影響輸電線路輸電能力的因素以及我國(guó)電網(wǎng)輸電能力受限的原因，接著對(duì)提高輸電線路輸送容量的主要技術(shù)和方法進(jìn)行了總結(jié)，并分析了各技術(shù)方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

1 影響輸電線路輸電能力的因素分析

一般來(lái)說(shuō)，影響輸電線路輸電能力的因素主要有以下幾點(diǎn):

(1)線路傳輸?shù)淖匀还β省＞€路的輸送能力是與其自然功率成正比的。

(2)線路的傳輸功率極限。短距離輸電線路受制于熱穩(wěn)定極限，隨著輸電距離的增加，線路的傳輸功率極限將受制于電壓降極限和靜態(tài)穩(wěn)定極限。圖1為無(wú)補(bǔ)償?shù)募芸蛰旊娋€通用負(fù)荷能力曲線。

圖1 無(wú)補(bǔ)償?shù)募芸蛰旊娋€通用負(fù)荷能力曲線

(3)功角穩(wěn)定問(wèn)題。超、特高壓交流輸電系統(tǒng)正常運(yùn)行的一個(gè)基本條件為輸電子系統(tǒng)中的主要同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)定地保持同步。從輸電線路輸送能力的角度說(shuō)，該條件實(shí)際為功角穩(wěn)定問(wèn)題，通常用靜態(tài)穩(wěn)定裕度來(lái)表示。

(4)無(wú)功控制和電壓穩(wěn)定問(wèn)題。超、特高壓交流輸電系統(tǒng)正常運(yùn)行的另一個(gè)基本條件為輸電線路上各點(diǎn)的電壓必須保持在額定電壓附近。從線路輸送能力的角度說(shuō)，該條件實(shí)際為無(wú)功控制和電壓穩(wěn)定問(wèn)題，即各種無(wú)功補(bǔ)償裝置的合理配置［2］。

(5)線路的熱穩(wěn)定問(wèn)題。在很多實(shí)際運(yùn)行環(huán)境中，線路熱穩(wěn)定已成為輸電能力的瓶頸，并有擴(kuò)大的趨勢(shì)。

2 我國(guó)電網(wǎng)輸電能力現(xiàn)狀及受限原因

目前，我國(guó)現(xiàn)有電網(wǎng)主網(wǎng)架以500 kV為主。輸電距離長(zhǎng)、供電范圍大是我國(guó)500 kV電網(wǎng)發(fā)展過(guò)程中的主要特點(diǎn)［3］。在500 kV電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展初期，由于還未形成較為堅(jiān)強(qiáng)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)距離鏈形結(jié)構(gòu)使得我國(guó)500 kV長(zhǎng)距離輸電線的輸送能力主要取決于線路的穩(wěn)定極限，20世紀(jì)80年代每回500 kV交流線路的輸送能力為600～800 MW。近年來(lái)隨著電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展，區(qū)域電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)，使500 kV交流線路的平均輸送能力提高到目前的800～1 000 MW左右，但與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家輸送能力水平相比仍有較大的差距。據(jù)研究，國(guó)家電網(wǎng)系統(tǒng)500 kV線路中，有約1/4線路輸電能力受到限制［4］，主要原因分三類:(1)受限于線路熱穩(wěn)定水平，主要是短距離和省內(nèi)輸電線路;(2)受限于暫態(tài)穩(wěn)定水平，主要集中在遠(yuǎn)距離送出線路及跨省聯(lián)絡(luò)線;(3)受限于動(dòng)態(tài)穩(wěn)定水平，主要是跨區(qū)交流聯(lián)網(wǎng)線及區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)部重載斷面。

值得注意的是，限制線路輸電能力的主要因素并不是一成不變的。例如，隨著華東主網(wǎng)架的加強(qiáng)，制約輸電能力的主要因素已不再是暫態(tài)穩(wěn)定水平，而往往是線路的熱穩(wěn)定極限。

3 提高輸電線路輸送能力的技術(shù)方法

目前常用的提高輸電線路輸送容量的技術(shù)方法總體上可分為兩類:一是提高自然功率或各類穩(wěn)定極限，稱為提高靜態(tài)輸送容量;二是通過(guò)監(jiān)測(cè)線路狀態(tài)以充分挖掘線路潛在的輸送能力，即動(dòng)態(tài)提高線路輸送容量。

3.1 提高輸電線路靜態(tài)輸送容量

(1)提高電壓等級(jí)，采用特高壓輸電

在一定范圍內(nèi)提高電壓等級(jí)，可以增大線路傳輸?shù)淖匀还β剩黾虞旊娋嚯x，降低電能損耗，還可有效節(jié)省輸電走廊面積［5，6］。輸電距離一定時(shí)，1 000 kV特高壓交流線路的自然功率是500 kV線路的4～5倍;輸送相同功率時(shí)，1 000 kV最遠(yuǎn)送電距離是500 kV線路的3倍，而損耗卻降低65%左右［7］。我國(guó)特高壓電網(wǎng)建設(shè)正在積極推進(jìn)，目前國(guó)家電網(wǎng)已建成2條1 000 kV交流和2條±800 kV直流工程。

特高壓輸電也存在一些缺點(diǎn)和問(wèn)題，比如特高壓交流輸電的穩(wěn)定性和可靠性問(wèn)題不易解決，對(duì)環(huán)境影響較大;特高壓直流雖不存在穩(wěn)定性問(wèn)題，但存在換流裝置昂貴、消耗無(wú)功功率多、產(chǎn)生諧波造成通信干擾、缺乏直流開關(guān)、線路污閃率高等問(wèn)題。

(2)柔性交流輸電(FACTS)技術(shù)

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(duì)交流電的無(wú)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［8，9］。目前常用的FACTS裝置主要有并聯(lián)型的靜止補(bǔ)償器(SVC)和靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM)，串聯(lián)型的可控串聯(lián)補(bǔ)償器(TCSC)，以及可同時(shí)實(shí)現(xiàn)串并聯(lián)補(bǔ)償?shù)慕y(tǒng)一潮流控制器(UPFC)等。

FACTS技術(shù)也存在一些局限性:用于控制FACTS裝置的電力電子設(shè)備尚不能很好滿足其性能要求，F(xiàn)ACTS裝置造價(jià)較高，普及應(yīng)用難度較大等。

(3)采用同塔多回輸電技術(shù)

同塔多回輸電是指在一個(gè)桿塔上架設(shè)二回及多回線路，同塔多回線路可以是同一電壓等級(jí)，也可以是不同電壓等級(jí)。應(yīng)用同塔多回輸電技術(shù)，可使線路的走廊占用和綜合造價(jià)明顯減少，單位面積的輸送容量顯著增加，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，是電網(wǎng)建設(shè)中解決輸電走廊緊張、節(jié)省土地資源、提高輸送容量的有效手段。我國(guó)采用同塔多回輸電始于1980年，目前國(guó)內(nèi)220 kV輸電線路中已較多采用雙回或四回輸電，部分500 kV輸電線路中采用同塔雙回路輸電，500 kV同塔四回技術(shù)也已首次應(yīng)用在華東地區(qū)利港電廠至梅里變輸電線路。廣東電網(wǎng)也正在建設(shè)多條500 kV同塔四回線路［10，11］。

采用同塔多回技術(shù)比單回技術(shù)復(fù)雜，需要進(jìn)行科學(xué)的研究，選擇合適的桿塔以及導(dǎo)線相序排列方式，電磁場(chǎng)強(qiáng)度、無(wú)線電干擾、噪音等都能減小到相關(guān)規(guī)定的要求。

(4)采用緊湊型輸電技術(shù)

緊湊型輸電技術(shù)是通過(guò)縮小相間距離、優(yōu)化導(dǎo)線排列、增加相分裂子導(dǎo)線根數(shù)等改變線路幾何結(jié)構(gòu)的方法，來(lái)減少線路電抗、增加容抗，提高線路的自然功率，從而提高線路輸電能力的新型輸電技術(shù)。緊湊型輸電線路在提高輸電能力的同時(shí)，還可減小架空線路走廊占地寬度和降低工程造價(jià)，并且有利于改善電磁環(huán)境［12，13］。如果與同塔雙回或多回技術(shù)相結(jié)合，除保留緊湊型線路在電氣上的優(yōu)點(diǎn)以外，節(jié)省線路走廊的效果也將更為明顯，符合今后我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展方向［14，15］。

采用緊湊型線路需考慮無(wú)功補(bǔ)償、潛供電弧的熄滅和帶電作業(yè)等問(wèn)題。

(5)采用大截面導(dǎo)線

大截面導(dǎo)線輸電技術(shù)是指超過(guò)經(jīng)濟(jì)電流密度所控制的常規(guī)最小截面導(dǎo)線，而采用較大截面的導(dǎo)線，以成倍提高線路輸送能力的新型輸電技術(shù)。與常規(guī)導(dǎo)線相比，大截面導(dǎo)線可節(jié)省線路走廊資源、提高輸電容量、降低線路損耗、改善線路周圍的電磁環(huán)境，具有較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。國(guó)內(nèi)已先后在華東、華中、南方等地區(qū)建成和投運(yùn)采用500～720 mm2大截面導(dǎo)線的500 kV輸電線路，華北地區(qū)的500 kV大截面導(dǎo)線輸電線路也在建設(shè)中［16，17］。

但應(yīng)用大截面導(dǎo)線使桿塔承受荷載增加，架線施工難度加大，線路、桿塔、絕緣子及金具的成本增加。因此，大截面導(dǎo)線技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)充分考慮線路建設(shè)和運(yùn)行中所遇到的技術(shù)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，結(jié)合具體工程實(shí)際進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，選擇合適截面的導(dǎo)線。

(6)采用耐熱導(dǎo)線

耐熱導(dǎo)線在高溫狀態(tài)下也能保持良好的機(jī)械強(qiáng)度和使用性能，因此，采用耐熱導(dǎo)線可提高導(dǎo)線允許溫度，增加導(dǎo)線載流量，從而提高線路輸送容量。隨著耐熱導(dǎo)線性能的不斷提高和品種的不斷增多，數(shù)十年來(lái)它的應(yīng)用得到了很大發(fā)展。目前除了普通的耐熱鋁合金導(dǎo)線外，還有超耐熱鋁合金導(dǎo)線和特耐熱鋁合金導(dǎo)線等。日本從1960年開始在輸電線路中使用耐熱鋁合金導(dǎo)線，現(xiàn)在日本耐熱導(dǎo)線的使用量已經(jīng)超過(guò)全國(guó)輸電線路總長(zhǎng)的70%［18，19］。我國(guó)在應(yīng)用耐熱鋁合金導(dǎo)線的方面與發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家相比尚有不少差距，相信隨著電力工業(yè)的不斷發(fā)展，以及在導(dǎo)線材料、結(jié)構(gòu)方面的研究與創(chuàng)新步伐加快，耐熱導(dǎo)線會(huì)有更大的應(yīng)用和發(fā)展。

(7)提高線路允許溫度

對(duì)于同一種規(guī)格導(dǎo)線，其載流量直接取決于其發(fā)熱允許溫度，允許溫度越高，載流量越大。各國(guó)對(duì)導(dǎo)線發(fā)熱允許溫度有各自的規(guī)定，日本、美國(guó)取導(dǎo)線發(fā)熱允許溫度為90℃，德國(guó)、荷蘭、瑞士為80℃。我國(guó)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)程是參照前蘇聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)，為70℃(大跨越為90℃)。如果將導(dǎo)線允許溫度由現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的70℃提高到80℃，則可提高原有線路輸送容量20%，降低新建線路投資10%，具有顯著的經(jīng)濟(jì)意義［20，21］。這也是最簡(jiǎn)單、最直接提高線路輸送容量的措施。國(guó)內(nèi)華東電網(wǎng)較早應(yīng)用提高導(dǎo)線允許溫度技術(shù)。為了緩解蘇南地區(qū)迎峰度夏用電緊張形勢(shì)，2003年華東電網(wǎng)公司成功地在武南至斗山5265、5266線，斗山至石牌5267、5268線這4條線路采用靜態(tài)提溫增容技術(shù)，進(jìn)行了提高線路輸送容量試點(diǎn)工作，邁出了可喜的第一步，取得了寶貴經(jīng)驗(yàn)［22］。

提高線路允許溫度雖然簡(jiǎn)單直接，但采用這一技術(shù)應(yīng)當(dāng)極為謹(jǐn)慎，需要足夠的論證和其他相關(guān)技術(shù)的支持。目前這一技術(shù)尚不符合現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，若采用則必須解決以下幾個(gè)問(wèn)題:對(duì)線路及金具機(jī)械強(qiáng)度和壽命的影響程度;導(dǎo)線弧垂增加，對(duì)線路對(duì)地及交叉跨越的安全裕度的影響;經(jīng)濟(jì)效益如何。另外，對(duì)于引渡載流的接續(xù)金具和耐張線夾，還存在一個(gè)接觸傳導(dǎo)表面日久老化的過(guò)熱問(wèn)題。這些都需要經(jīng)過(guò)充分的論證、實(shí)驗(yàn)或相關(guān)技術(shù)支持。

3.2 動(dòng)態(tài)提高輸送容量

在設(shè)計(jì)架空輸電線路時(shí)，為防止負(fù)荷過(guò)大使線路輸送容量超過(guò)極限值而發(fā)生事故，設(shè)計(jì)部門依據(jù)最為惡劣的氣象條件確定了極限容量，該極限容量是一種保守的靜態(tài)值。但事實(shí)上，這樣惡劣的氣象條件很少發(fā)生，這就造成了在絕大多數(shù)情況下，無(wú)法真正高效地利用輸電線路的傳輸潛力，見圖2［23］。如果可以在保證安全的前提下充分利用線路的傳輸潛力，則可以在不改變線路結(jié)構(gòu)的情況下提高線路輸送容量，這就是動(dòng)態(tài)增容技術(shù)的想法由來(lái)。

圖2 線路負(fù)荷與熱容量限制的概率分布

動(dòng)態(tài)增容技術(shù)的實(shí)質(zhì)是在輸電線路上安裝在線監(jiān)測(cè)裝置對(duì)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)速風(fēng)向等)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在不突破現(xiàn)行技術(shù)規(guī)程規(guī)定(導(dǎo)線溫度限額70℃)的前提下，基于相關(guān)的數(shù)學(xué)模型計(jì)算導(dǎo)線最大的允許載流量。結(jié)合運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算結(jié)果，在目前技術(shù)規(guī)程的限定條件下，導(dǎo)線載流量可以提高10%～20%。應(yīng)用輸電線路動(dòng)態(tài)增容技術(shù)并不突破現(xiàn)行規(guī)程，因此也無(wú)需對(duì)運(yùn)行規(guī)范進(jìn)行額外的修改，更不需要對(duì)現(xiàn)有線路進(jìn)行昂貴的技術(shù)改造，僅僅在線路上安裝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就能最大限度地提高線路輸送容量，起到少建或緩建輸電線路的目的，具有重要理論和現(xiàn)實(shí)意義。這一技術(shù)非常適合于已投運(yùn)線路的增容［24，25］。

3.2.1 國(guó)外動(dòng)態(tài)增容技術(shù)的研究現(xiàn)狀

導(dǎo)線動(dòng)態(tài)增容技術(shù)首先是由國(guó)外的一些研究機(jī)構(gòu)提出的［26-30］。美國(guó)電力研究協(xié)會(huì)(EPRI)提出了輸電線動(dòng)態(tài)熱容等級(jí)(DTCR)技術(shù)，即利用實(shí)時(shí)(或接近實(shí)時(shí))采集的信息，建立輸電設(shè)備的動(dòng)態(tài)的、精確熱容等級(jí)。圖2顯示了一條真實(shí)線路的負(fù)荷概率分布及熱容等級(jí)概率分布情況。美國(guó)SRP公司曾在兩條重要輸電線路上使用DTCR技術(shù)，使得該公司修建新線路的工程推遲了5年，最少節(jié)省了約900萬(wàn)美元的費(fèi)用，后來(lái)該公司在一條230 kV新線路上安裝使用了該技術(shù)，一直在較高的負(fù)荷下運(yùn)行且沒(méi)有發(fā)生任何故障［31］。美國(guó)Nexans公司開發(fā)出了CAT-I型實(shí)時(shí)輸電線路限額系統(tǒng)(Realtime Transmission Line Rating System)，該系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量線路的應(yīng)力和環(huán)境溫度等參數(shù)對(duì)線路的可用容量做出實(shí)時(shí)估計(jì)，已達(dá)到指導(dǎo)調(diào)度部門提升導(dǎo)線輸送容量的目的［32，33］。另外，美國(guó)Promethean Devices公司開發(fā)了RT-TLMS型非接觸式導(dǎo)線電流和溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，解決了停電安裝溫度或張力傳感器的問(wèn)題，為線路動(dòng)態(tài)增容系統(tǒng)提供了新的思路。

由于測(cè)量、通訊、電源技術(shù)和計(jì)算數(shù)學(xué)模型的限制，以及電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求，早期的技術(shù)不太成熟，并沒(méi)有取得較多的推廣。同時(shí)，除了技術(shù)上的原因外，發(fā)達(dá)國(guó)家電力增長(zhǎng)相對(duì)緩慢，目前的電力供應(yīng)基本能夠滿足電力需求，對(duì)增加輸電線路容量技術(shù)的需求不是那么迫切，使此項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展不是特別迅速。

3.2.2 國(guó)內(nèi)動(dòng)態(tài)增容技術(shù)研究現(xiàn)狀

由于輸電線路動(dòng)態(tài)增容技術(shù)可以產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)前景非常廣闊，近幾年國(guó)內(nèi)一些電力企業(yè)、高校和研究院所等單位也對(duì)該項(xiàng)技術(shù)展開了較廣泛的研究。

華東電力試驗(yàn)研究院在文獻(xiàn)［22］中提到提高現(xiàn)有輸電線路的輸送容量有兩種方法，即靜態(tài)提溫增容技術(shù)和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)增容技術(shù)，主要論述現(xiàn)有輸電線路動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)增容技術(shù)，指出建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型是建立輸電線路輸送容量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵。

上海交通大學(xué)對(duì)線路動(dòng)態(tài)增容技術(shù)開展了研究工作［34-37］。文獻(xiàn)［34］和［35］介紹了動(dòng)態(tài)熱容等級(jí)(DTCR)的模型，并研究了DTCR系統(tǒng)實(shí)施的幾種形式，最后給出了一種新的DTCR系統(tǒng)構(gòu)架方案。文獻(xiàn)［36］研究了基于導(dǎo)線張力的動(dòng)態(tài)提高輸電線路輸送容量的技術(shù)，建立了包括導(dǎo)線張力、負(fù)荷、風(fēng)速等多因子的導(dǎo)線溫度模型和導(dǎo)線日照輻射吸熱模型，研制出了一套基于張力的動(dòng)態(tài)提高輸電線路輸送容量及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)線路參數(shù)的動(dòng)態(tài)增容系統(tǒng)，并采用基于徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的混沌時(shí)間序列方法預(yù)測(cè)輸送容量及線路可能發(fā)生的故障，給出了風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)。

華北電力大學(xué)也對(duì)動(dòng)態(tài)增容監(jiān)測(cè)技術(shù)展開了相關(guān)研究［38-40］。文獻(xiàn)［38］考慮根據(jù)線路弧垂的大小研究提高現(xiàn)行導(dǎo)線的允許溫度，從而可以提高導(dǎo)線的運(yùn)行載流量。根據(jù)已有的弧垂測(cè)量方法，提出比較新穎的兩種弧垂測(cè)量方法:拍攝數(shù)碼照片和全站儀測(cè)弧垂。文獻(xiàn)［40］研究了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)導(dǎo)線測(cè)溫裝置的取能電源。提出了利用電流互感器(CT)直接從母線取能為主，蓄電池供電為輔的電源設(shè)計(jì)方案。

華東電網(wǎng)有限公司對(duì)輸電線路實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)增容的可行性進(jìn)行了研究［41，42］，并對(duì)其研制的輸電線路實(shí)時(shí)輸送限額管理系統(tǒng)的安全性、增容性和適用性進(jìn)行了檢驗(yàn)，并在華東電網(wǎng)500 kV、220 kV線路上試運(yùn)行［43，44］，證明該系統(tǒng)滿足線路的運(yùn)行條件，達(dá)到了線路增容的目的。該系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要監(jiān)測(cè)線路的溫度和環(huán)境條件。

國(guó)內(nèi)也有一些私營(yíng)公司進(jìn)入這個(gè)研究領(lǐng)域，如杭州海康雷鳥信息技術(shù)有限公司研制出了輸電線路溫度在線監(jiān)測(cè)裝置，并對(duì)線路的弧垂監(jiān)測(cè)方面進(jìn)行了研究［45-47］。另外，西安金源公司開發(fā)了基于氣候和導(dǎo)線溫度監(jiān)測(cè)的線路動(dòng)態(tài)增容系統(tǒng)，該系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)包括氣象監(jiān)測(cè)和導(dǎo)線溫度監(jiān)測(cè)兩大部分，軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)線潛在容量的計(jì)算功能。該系統(tǒng)在山西、湖北等電力公司的500 kV輸電線路上已有應(yīng)用，取得了較好的效果［48］。

3.2.3 動(dòng)態(tài)提高輸電線路輸送容量的監(jiān)測(cè)方法

(1)基于氣候監(jiān)測(cè)的動(dòng)態(tài)增容技術(shù)

基于氣候監(jiān)測(cè)的動(dòng)態(tài)增容技術(shù)是通過(guò)實(shí)時(shí)的導(dǎo)線電流值和氣象站實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的氣候參數(shù)計(jì)算導(dǎo)線的輸送容量。這種方法很經(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(wú)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。

(2)基于直接溫度測(cè)量的動(dòng)態(tài)增容技術(shù)

直接溫度測(cè)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(cè)的方法更準(zhǔn)確。不足之處在于投資大，并且測(cè)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(cè)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。

(3)基于直接弧垂測(cè)量的動(dòng)態(tài)增容技術(shù)

ESCI公司開發(fā)的基于卡車的脈沖激光法是用于動(dòng)態(tài)增容技術(shù)的一個(gè)比較精確有效的測(cè)量方法［49］。但該方法不是自動(dòng)監(jiān)測(cè)線路弧垂，需要人為調(diào)整和測(cè)量，而且成本很高。

(4)基于張力測(cè)量的動(dòng)態(tài)增容技術(shù)

美國(guó)Nexans公司開發(fā)的CAT-I產(chǎn)品，其核心技術(shù)是通過(guò)直接測(cè)量導(dǎo)線張力確定輸送容量的［32］。張力監(jiān)測(cè)裝置可測(cè)量整個(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(zhǎng)的范圍內(nèi)結(jié)果更準(zhǔn)確，并節(jié)省了開支。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(zhǎng)期或經(jīng)常停電(至少幾個(gè)月)，以獲取較大范圍的凈輻射溫度來(lái)擬合出導(dǎo)線溫度曲線。同時(shí)，這種方法也無(wú)法避免高溫時(shí)導(dǎo)線溫度估計(jì)不準(zhǔn)的問(wèn)題。

通過(guò)對(duì)上面四種主要方法的比較并結(jié)合現(xiàn)有的研究成果，在實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)提高輸電線路輸送容量的監(jiān)測(cè)方法中，直接溫度和張力測(cè)量是比較可行的方法。

3.2.4 動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)增容系統(tǒng)的局限性

動(dòng)態(tài)增容技術(shù)雖然已取得了很多研究成果，但在技術(shù)方面和管理方面都還存在諸多有待解決的問(wèn)題:

(1)技術(shù)方面。主要是監(jiān)測(cè)技術(shù)和數(shù)學(xué)模型有待改進(jìn)和創(chuàng)新。比如基于導(dǎo)線弧垂的測(cè)量沒(méi)有考慮到風(fēng)對(duì)導(dǎo)線弧垂的影響，基于導(dǎo)線張力的測(cè)量存在導(dǎo)線須停電及高溫時(shí)溫度估計(jì)不準(zhǔn)問(wèn)題，另外還有熱模型中導(dǎo)線日照輻射吸熱的求解問(wèn)題。

(2)管理方面。現(xiàn)有動(dòng)態(tài)增容技術(shù)未提出如何幫助和指導(dǎo)增容條件下的輸電線路運(yùn)行，以及線路增容運(yùn)行帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)和如何規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)［48］。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)提高輸電線路輸送容量的技術(shù)方法進(jìn)行了總結(jié)與分析。對(duì)于新規(guī)劃建設(shè)的線路，可采用提高電壓等級(jí)、使用大截面導(dǎo)線或耐熱導(dǎo)線、緊湊型線路、同塔雙回或同塔多回線路、應(yīng)用FACTS裝置等方案，從而在其適用范圍內(nèi)有效提高線路輸送容量，但它們也分別存在著造價(jià)、損耗、可靠性等問(wèn)題。此外，新線路的建設(shè)還面臨著走廊緊張和環(huán)境保護(hù)的巨大壓力，尤其是在東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)。如果將這些方案用于既有線路的增容改造，同樣面臨一系列的問(wèn)題:更換導(dǎo)線的方法會(huì)加大導(dǎo)線投資，還可能增加桿塔機(jī)載負(fù)載;拆除既有線路、建設(shè)緊湊型或同塔多回線路更是耗資巨大;而建設(shè)串補(bǔ)站除造價(jià)高外，對(duì)于火電廠送出線路還增加了次同步諧振的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于提高線路允許溫度來(lái)提高輸送容量，雖然簡(jiǎn)單直接，但因其突破了現(xiàn)行技術(shù)規(guī)程的規(guī)定，實(shí)施前需要足夠的論證和其他相關(guān)技術(shù)的支持，因此采用這一技術(shù)應(yīng)極為謹(jǐn)慎。

應(yīng)用輸電線路動(dòng)態(tài)增容技術(shù)并不突破現(xiàn)行規(guī)程，因此也不需對(duì)運(yùn)行規(guī)范進(jìn)行額外的修改，更不需要對(duì)現(xiàn)有線路進(jìn)行昂貴的技術(shù)改造，僅僅在線路上安裝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就能最大程度地提高線路輸送容量，起到少建或緩建輸電線路的目的，具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。目前這一技術(shù)還存在一定的局限性，還需進(jìn)行更加深入的研究。

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