220 kV交流輸電線路的利用率分析

王　亮，王啟龍，吳衍達，曹建梅

（1.山東電力調度控制中心，濟南　250001；2.國網山東省電力公司菏澤供電公司，山東　菏澤　274012；3.國網技術學院，濟南　250002）

220 kV交流輸電線路的利用率分析

王亮1，王啟龍2，吳衍達2，曹建梅3

（1.山東電力調度控制中心，濟南250001；2.國網山東省電力公司菏澤供電公司，山東菏澤274012；3.國網技術學院，濟南250002）

輸電線路的利用率是評價電網運行效率、指導電網規劃的重要指標。提出基于時序分析法的輸電線路利用率綜合評估方法，通過輸電線路利用率的概率分布特征評估輸電線路的利用率。以4條典型220 kV輸電線路為例，利用其SCADA實測數據綜合分析了輸電線路的利用率。算例分析表明，該方法能夠較為全面地分析電網輸電線路的利用率，對于完善電網規劃具有指導意義。

輸電線路；利用率；統計分析；SCADA

0　引言

輸電線路是電力系統的重要組成部分，是電力傳輸的主要通道［1］。按照傳輸電流形式的差異，輸電線路可以分為直流輸電線路和交流輸電線路兩類。直流輸電線路可以通過換流站實現對直流傳輸功率的精確控制，其運行功率一般都運行在額定設計功率附近，具有較高的線路利用率［2］。但是，對于交流輸電線路，由于電網中交流線路呈網狀結構，各交流輸電線路所傳輸的功率基于基爾霍夫電流定律自由分布，難以對特定交流輸電線路傳輸功率進行精確控制，交流輸電的利用率往往隨著運行方式的改變而變化。因此，為保證交流輸電線路的正常運行，其設計傳輸容量需要考慮當前和未來一定時期內線路的負荷變化情況，并參考一定的規程進行選型和設計［3-4］。

輸電線路的傳輸容量主要由線路自身的熱穩定性和電力系統的穩定性決定［5-6］。對于孤立的輸電線路，其熱穩定性主要是校核線路長時間過載導致的設備損壞，反映為線路最大傳輸電流，與線路的材料、結構、設計等相關，并決定額定外部環境下輸電線路的額定傳輸容量［7］。由于輸電線路總是作為電力系統的一部分連接系統中的不同元件，線路的電氣參數（長短）與其實際傳輸功率會影響電力系統的穩定性，如電壓穩定性、動態穩定和靜態穩定等［8］。因此，受系統安全穩定性的約束，輸電線路的實際傳輸容量通常低于其熱穩定約束下的額定傳輸容量，如高電壓等級的遠距離輸電線路。對于電壓等級較低的短線路，其安全穩定約束下的容量極限甚至會超過其熱穩定極限，此時線路的熱穩定最大傳輸容量是限制輸電線路最大輸送功率的主要因素［9］。

理論上，在設定的規劃時段內線路負荷達到設定運行功率，才能充分利用線路的輸電容量，提高投資效益。但是在實際運行過程中，由于系統負荷不會完全按照預想發展，會出現輸電線路利用率較低的情況，導致輸電線路投資無法實現最大化。

針對輸電線路的利用率評估問題，首先提出輸電線路利用率的時序分析方法，定義了輸電線路利用率的分析指標，并根據實測數據對某電網的220 kV線路進行了利用率分析，最后討論了輸電線路利用率分析結果對電網規劃的指導作用。

1　輸電線路利用率綜合分析指標

考慮到220 kV線路往往長度較短，其容量主要受限于熱穩定性，因此從線路自身的熱穩定性入手，使用電流對輸電線路的利用率進行綜合評價分析。

1.1電流概率分布統計

為評估輸電線路電流水平的分布情況，對電流總體分布特征進行統計分析，具體指標定義為每百安培電流出現累積時間占總統計時間的比例，即

式中：Imin為統計區段內的電流最小值；Imax為統計區段內的電流最大值；Ttotal為總統計時間。

通過對電流統計時間的概率分析，可以通過直方圖直觀地找出線路運行過程中最經常出現的電流水平，以及最高負載電流水平和最低負載電流水平。

1.2線路利用率的基本指標

對于特定時刻輸電線路的利用率η，可以由其實時電流I與線路最大允許運行電流之比進行定義。由于220 kV線路普遍較短，影響其輸電能力的主要是線路的熱穩定性水平，因此，可以使用I與線路熱穩定極限最大允許電流之比定義線路在電流為I時的利用率，即

式中：Ithermal為線路的最大允許運行電流，可以通過查閱典型220 kV線路手冊獲得。

1.3線路日最大利用率和最小利用率

輸電線路在規劃時需要考慮線路在運行過程中可能出現的最大負荷，因此需要分析線路的日最大利用率［10-11］，以評估線路是否能夠滿足用戶供電需求。同時，本文還進一步定義了輸電線路的最小利用率指標，以反映線路運行過程中的最低負載運行狀態。輸電線路的日最大、最小利用率分別為

式中：ηmax為日maxmin日最小利用率；I′min為最小電流。

1.4線路日負載峰谷差

對不同事件段內的日最大利用率和最小利用率進行統計分析，可以得到輸電線路在不同時間段內的負載波動情況。為更進一步衡量這種日負載波動情況，可以用每日的最大和最小利用率之差定義輸電線路負載的波動峰谷差，以分析日峰谷差變化情況。線路日負載峰谷差的具體指標為

1.5線路日平均利用率

為分析單一線路一天內的負載變化，可進一步分析線路日負載均值的變化規律，統計線路利用率的代數平均值和均方差為

式中：n為一天內的電流量測值數據點個數。當1 min一個采樣點時，n=1 440。

線路日平均利用率越高，說明該線路的日平均負載普遍較高；均方差越小，說明該線路日負載量比較穩定，接近平均值，離散性小。

2　算例分析

根據輸電線路利用率的綜合指標，以某電網同型號的4條電壓等級為220 kV的線路為例，進行輸電線路利用率的綜合分析。該4條輸電線路的型號為JL/G1A-2400，長期允許的載流量為2 798 A，線路1～4長度分別為39.2km、12.74km、7.03km和43.5km。4條線路的量測數據取自SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系統，數據采樣間隔為1 min。

2.1電流概率分布統計

選取4條線路2015-01-10至2015-02-10的電流量測數據，并對電流數據進行統計。假設線路兩端電流的最大值為線路電流，4條線路電流分布直方圖如圖1所示，圖中電流量測值采樣區間間隔為80 A。

由圖1可知，不同線路的負載狀態差異明顯。線路1有80%的電流量測值為240～400 A；線路2的負載量較小，電流集中于80～160 A；線路3有50%負載電流為80～160 A，30%負載電流為160～240 A；線路4負載變化較大，電流分布比較分散，大多為80～240 A。

圖1　電流統計直方圖

2.2線路日最大和最小利用率統計

對4條線路在不同自然日內的最大利用率和最小利用率進行分析，可得如圖2和圖3所示的統計曲線。

圖2　線路日最大利用率

圖3　線路日最小利用率

由圖2和圖3可知，線路1和線路3的日最大利用率和日最小利用率的變化規律基本一致，即日最大利用率較高的日子里，日最小利用率也較高；線路4的日最大利用率和日最小利用率的變化趨勢不相同，在1月份線路最大利用率變化較小的情況下，線路最小利用率在1月18日出現了一個高峰；線路2的日最大利用率和最小利用率波動較小，基本維持在8%和5%左右，表明該線路的負載狀態較為穩定。

分析線路1和線路3部分時間內日最大利用率和最小利用率發生的時刻，如表1和表2所示。

表1　線路最大利用率發生時刻統計

表2　線路最小利用率發生時刻統計

由表1和表2可知，從總體來看，兩線路的最高利用率多出現于11時至12時、18時、22時至23時；而最小利用率則多出現于凌晨0時至4時。由此可知，輸電線路的利用率與居民日常用電較為密切。

2.3線路平均利用率統計分析

為整體了解線路利用率及變化情況，對4條典型線路的日利用率平均值和標準差進行分析，結果分別如圖4和圖5所示。

圖4　線路日平均利用率均值

圖5　線路利用率日利用率標準差

由圖4～5可知，線路1電流日平均利用率最高，為20%左右，遠遠高于其他3條線路，線路2、線路3的利用率不足10%，線路4的利用率在10%左右。線路3的利用率在2015-01-27至2015-02-05之間出現了下降，表明該線路的利用率隨系統調度運行方式的變化而出現了顯著降低。線路2的利用率均值在所考察的時間段內一直保持為6%～7%，且利用率的標準差也一直維持在1%。這表明在這段時間內，線路2的總體利用水平一直較為平穩。

3　結語

提出了基于時間序列的輸電線路利用率綜合評價指標，并對4條典型線路利用率進行了分析。

在同一時間段內，不同輸電線路的利用率不同，統計特征差別明顯。因此，電網同一電壓等級的不同輸電線路的利用率呈現顯著的不平整性。為綜合評估某一電壓等級電網的總體利用率，需要綜合分析所有線路的負載情況。

所分析220 kV線路的利用率較低，實測功率遠遠低于最大傳輸功率，容量裕度大，這表明目前這些線路尚未達到其最優的運行點，設備投資效率有待進一步提升。因此，需根據線路負載的變化情況適當調整電網的規劃方案，進一步提高系統的經濟性。

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Utilization Rate Analysis of 220 kV AC Transmission Lines

WANG Liang1，WANG Qilong2，WU Yanda2，CAO Jianmei3
（1.Dispatch and Control Center of Shandong Electric Power Corporation，Jinan 250001，China；2.State Grid Heze Power Supply Company，Heze 274012，China；3.State Grid of China Technology College，Jinan 250002，China）

The utilization rate of transmission lines is an important index to evaluate the operation efficiency of power grid，and guide the plan of future power systems.A time serial method is proposed in this paper to evaluate the utilization rate of transmission lines.The statistical distribution of the utilization rate is adopted to analyze the utilization of transmission lines. Four transmission lines are examined with field SCADA data to check their utilization rates.Examples show that the proposed method can evaluate the utilization of transmission lines efficiently，and results obtained are useful for plan.

transmission lines；utilization rate；statistical analysis；SCADA

TM732

A

1007－9904（2016）08－0011－04

2016-05-31

王亮（1979），男，高級工程師，從事電網分析計算工作；

王啟龍（1971），男，高級工程師，從事電網調度自動化控制工作；吳衍達（1989），男，從事電力系統運行與分析工作。