输电线路动态增容检测技术在嘉兴电网中的应用

2013-05-29盛银波许金明

浙江电力 2013年5期

盛银波，许金明，曾东，温镇

（嘉兴电力局，浙江嘉兴 314033）

随着国民经济的快速增长，用电量的需求也随之增加，但是新建一条输电线路受到经济条件和空间等方面的限制，如何科学、安全地提高现有线路的输送容量，已成为确保电网安全、经济、可靠运行的一个重要课题[1-3]。

通过在输电线路上安装在线检测装置，对导线状态（导线温度、张力弧垂等）和气象条件（环境温度、日照、风速等）进行监测，在不突破现行技术规程的前提下，根据数学模型计算出导线允许的最大载流量[4-9]，有效、安全地增加线路短期输电容量，以满足供电需要。无论是从提高供电可靠性角度，还是从延缓建设投资的效益分析，该课题研究都有良好的经济和社会效益。

1 影响导线载流量的因素

1.1 导线热容方程

输电线路的导线运行应满足2个热容量方程，即导线稳态热容方程和导线暂态热容方程。

导线和外界环境时刻都在发生着热量的交换，当输电导线的温度稳定在一定数值时，系统便达到了稳态平衡，稳态热容方程为：

式中： Qc， Qr， Qs， R（Tc）分别为导线的对流散热、导线的辐射散热、日照吸热以及Tc时的导线交流电阻。

当线路电流或者外界环境发生变化时，在系统达到稳定之前，导线温度是一个动态变化的过程，暂态热容方程为：

式中：m和c分别是单位长度导线的质量以及导线热容系数。

1.2 环境对导线载流量的影响

载流量实际上和导线的对流散热、辐射散热、日照吸热有关，即和风速、环境温度、日照强度、导线本身特性等一系列参数相关。

《110～500 kV架空送电线路设计技术规程》中规定钢芯铝绞线的允许温度是70℃（大跨越可采用90℃），环境气温采用最高气温月的最高平均气温（一般取40℃），风速0.5 m/s（风向垂直于导线），太阳日照强度1000 W/m2。当这些参数发生改变时，导线的载流量也相应增加或减少。

规程规定计算导线载流量时风速采用0.5 m/s，而实际运行中，风速远大于0.5 m/s。随着风速的增大，载流量也随之增加，因此，理论上可以得到更大的导线载流量。两者之间的关系如图1所示。

图1 风速与载流量的关系

规程中规定计算载流量时，日照强度取1000 W/m2，而实际情况下日照强度远小于1000 W/m2，所以实时监测日照强度若较小时，也可以增加导线的载流量。两者之间关系如图2所示。

图2 日照与载流量的关系

规程中规定计算载流量时，环境温度取40℃，而实际情况下环境温度很少达到40℃，当其他条件不变的情况下，温度对于导线输送容量的影响很大。通过提高导线的允许温度可以有效的增加导线的载流量，如图3所示。

图3 温度与载流量的关系

从图1—3中可以看到，当风速、日照强度、环境温度变化时，导线的载流量也相应的发生改变。也就是说，导线在实际运行过程中其载流量是可变的，在满足系统正常运行的条件下，当外界环境发生变化时有可能允许更大的导线载流量。除了风速等因素外，导线的允许温度、导线的新旧程度等参数对载流量也有一定的影响。

2 动态增容检测技术的实际应用

2.1 王店—禾城双回线增容需求

嘉兴市位于长江三角洲南翼，地理位置优越，用电负荷逐年递增。2011年夏季高峰，汾湖变2×75万kVA主变压器（简称主变）负荷功率已达到131.98万kW，超出变电所125万kW稳定控制限额。

根据浙江电网2011年基建计划，计划于2012年建成投产汾湖变第3台主变，主变容量1×100万kVA。若汾湖变第3台主变未能在夏季用电高峰前建成投产，则汾湖变2×75万kVA主变供电压力较重；根据对嘉兴电网2012年运行方式分析，2012年夏季高峰，若汾湖变第3台主变未能及时建成投产，则考虑开断秀水—正阳2回线、汾湖—南湖2回线，将秀水变、南湖变归入王店变3×75万kVA主变供区，届时，将形成王店—禾城—秀水以及王店—烟雨—南湖2个双线双变供电网络。

根据潮流计算，预计2012年夏季高峰，王店—禾城2回线输送潮流有功将达到48.97万kW，王店—烟雨2回线输送潮流有功将达到43.1万kW，王店—禾城2回线、王店—烟雨2回线均需要考虑增容改造。

2.2 钢芯铝绞线载流量分析

在相同的热量累积时，钢芯铝绞线的强度将大于全铝绞线，因为在导线所能达到的允许温度内，钢芯不会退火而产生强度损失。因此，钢芯铝绞线较全铝绞线能允许的温度更高。

在长期电流作用下，现在国际上通常按30年运行时期考虑，以按预计的导线强度损失不大于7%～10%来设定导线发热允许温度。按此要求，若将我国使用的钢芯铝绞线和铝绞线的发热允许温度从70℃提高到80℃和90℃，运行30年，其强度损失能满足不大于7%～10%的要求。所以，提高钢芯铝绞线允许最高温度到80℃和90℃，对导线本身来说并不影响其安全运行。

当风速0.5 m/s、日照强度1000 W/m2、辐射系数和吸热系数均取0.9时，不同的环境温度（35，40℃）下，钢芯铝绞线和全铝合金绞线载流后的允许温度为70，80和90℃时的载流量及极限输送容量见表1和表2。

表1 钢芯铝绞线长期允许载流及极限输送容量

表2 2×LGJ-300导线静态增容后的载流量

由上可知：当线路允许输送的有功功率实现短时53万kW，短时允许电流为1552 A，则2×LGJ-300/25钢芯铝绞线导线最大温度约为90℃。

所以，通过利用提高导线允许温度的方法后，220 kV王城4455线、店城4470线增容后其线路允许输送容量可按有功功率实现短时53万kW考虑。

王店—禾城2回线静态增容后，在环境温度35℃，导线最高允许温度90℃时，短时（30 min）输送容量约53.2万kW；在环境温度40℃，导线最高允许温度90℃时，短时（30 min）输送容量约为55.6万kVA（约50.1万kW），能够满足电力输送要求。

2.3 增容线路的检测

考虑到220 kV王城4455线存在多处重要交叉跨越，在28号、42号等6基杆塔上安装检测装置，通过实时检测来获取导线的温度参数，用于检测增容后导线对重要交叉跨越的安全距离是否满足要求。

王店—禾城线通过导线检测装置直接得到导线的温度值，同时监测导线所处的气象环境（日照和环境温度）。结合这些测量数据，通过导线的热平衡方程得出此时影响导线温度的有效风速，进而得到可利用的最大载流量值。

由于采用直接法测量导线的温度，避免使用风速计，所以监测精度较高，维护简单方便。

除此之外，嘉兴电力局前期还在乔由5433线、乔拳5434线、汾王5439线等多条线路上安装了数台动态增容检测装置，用于采集各种气象参数并计算线路的最大传输功率。相关参数的测量和利用大大提高了线路运行的安全性，也为线路运行管理提供了有用信息。

3 动态增容检测技术的应用效果

3.1 提高线路的运维能力

通过对运行输电线路导线温度、风速、弧垂等一系列参数的综合监测，建立预警手段。当所测量参数超过一定阀值，可能给线路运行带来隐患时，后台系统实时采集数据并自动报警，便于运行人员在第一时间到现场对线路状况进行核查，对于一般缺陷及时消除，重要缺陷则可以合理安排消缺计划。微气象数据的可视化，将极大地提高输电线路的运维能力。

3.2 提高线路的利用率

线路的额定载流量是在最恶劣的气象条件下设定的，而线路的动态增容则是根据实际运行中气象条件的有利因素（如环境温度较低、风速较高等），在导线最高允许温度限定范围内和对线路运行安全没有大影响的情况下，适当提高线路的载流量。因此，通过线路的动态增容可以大大提高线路的输送容量，提高线路的利用率。

3.3 提高供电可靠性

安装检测装置后，由于电网调度运行人员能及时了解输电线路潮流与线路热稳定限额的变化，通过与线路热稳定温度预警值的比较，分析线路输送余量，为输电线路动态增容提供科学依据，进行调度决策，提高运行效率和传输容量。在现有线路不突破原设计和运行规程规定的前提下，使运行线路带足负荷，提高线路的运行效率。特别是用电高峰或输电网络出现故障时，为线路短时超负荷运行提供支持，从而为设备抢修和运行方式调整赢得时间，避免或减少拉闸限电。