基于静态多点校核和在线监测的输电线路动态增容方法研究与应用

汤伟，刘路登，杨可军

（1.安徽电力调度控制中心，安徽合肥　230022；2.安徽继远电网技术有限责任公司，安徽合肥230088）

基于静态多点校核和在线监测的输电线路动态增容方法研究与应用

汤伟1，刘路登1，杨可军2

（1.安徽电力调度控制中心，安徽合肥230022；2.安徽继远电网技术有限责任公司，安徽合肥230088）

动态增容；输变电线路；静态多点校核

目前我国电网主要依据《110～500 kV架空送电线路设计技术规程》（DL/T5092—1999）（以下简称《规程》），采用摩尔根公式确定架空输电线路运行电流限额，考虑导线自身特性参数以及导线的温升、风速、环境温度、日照强度等因素。当导线确定后，导线的电流限额（最大载流量）取决于导线的温度限额（最高允许工作温度）和导线所处的环境条件（风速、环境温度、日照强度），其中温度限额主要由导线长期运行后的强度损失情况确定，目前对常用的钢芯铝绞线规定为70℃，而环境条件是动态变化的，为了确保运行的安全，考虑最恶劣的环境条件，例如环境温度取40℃，即最高气温月的最高平均气温，用导线在最恶劣环境条件下最小的允许工作电流作为所有环境条件下运行时最大的允许工作电流［1-3］。采用这种方式虽然可以保证安全，但是大大降低了输电线路的利用效率。

为了提升输电线路运行的经济性，国内主要开展了2个方面的研究和应用，一是环境温度仍按40℃考虑，风速和日照强度等完全按规程要求执行，提升导线温度限额，通过局部改造，提高导线允许运行温度，从而相应提高线路输送能力，一般称为静态增容。虽然能够在一定程度上提高线路的输送能力，且在各大电网中得到广泛应用。但由于该方法未考虑环境条件的动态变化，仍然不能充分发挥线路效益，二是导线允许运行温度不变，在线路上安装在线监测装置，实时掌握风速、日照强度和实际环境温度等环境条件，根据数学模型计算出导线允许的实时安全限额，指导增容运行［4-5］，一般称为动态增容，该方法对监测点部署和计算模型精确性要求较高，可操作性差。综上所述，目前缺乏行之有效的输电线路动态增容手段。

近几年，基于北斗卫星数据传输采集技术在电力系统中得以应用，为复杂地形监测点布置和数据精确收集提供了可能。文章提出了基于静态多点校核和在线监测的输电线路动态增容方法，在确保安全的前提下，最大可能发挥输电线路运行效益。

1　基于静态多点校核和在线监测的输电线路动态增容方法

1.1静态多点校核

夏季高温期间，多数电网的用电高峰出现在日落之后的晚8：00～10：00，此时的环境温度比白天低，一般低于35℃，有时低于30℃，若根据实际环境温度采用更大的输送限额，对于在现有电网结构和设备条件下，缓解夏季高峰局部电网受电瓶颈有着重要的意义。而目前开展的静态增容研究仅针对导线允许运行温度限额进行提升情况下的线路运行安全性进行校核［6-7］，没有针对环境温度变化进行的静态校核。

故提出静态多点校核策略，将环境温度变化与载流能力建立联动关系，以此作为输电线路动态增容调整依据。静态多点校核综合考虑导线允许运行温度提升和环境温度变化，导线允许运行温度限额按70℃考虑，环境温度在10～40℃选取多点，风速和日照强度等其他因素仍按现行规程执行，校核内容包括导线及配套金具机械强度是否满足要求、线夹等连接处接触传导面是否能够保持稳定性以及对地和交叉跨越间距是否满足要求等，通过校核得出线路允许载流量与环境温度的对照表。表1是对常规400 mm2钢芯铝绞线的静态多点校核结果，从数据上可以看到环境温度变化对载流能力有较大影响，环境温度每降低10℃，导线载流能力可以提升约10%。

该方法是输电线路动态增容实用化的基础，运用该方法可以提供随环境条件变化的多个导线输送能力，而且导线输送能力与环境条件之间的因变量关系大大简化，一系列输送能力仅与环境温度相关，一一对应、一目了然，不再需要复杂的模型和公式推导，在线路两侧变电站内装设测温装置，就可以根据实时环境温度动态调整输送限额。如果不同环境温度校核点选择越多，线路输送能力动态调整将越精细，但相应的校核工作量也将成比例增大，且不利于运行人员掌握，应根据实际情况合理选择校核点。

表1　400 mm2钢芯铝绞线静态多点校核结果Tab.1　Results of the static multi-point check of 400 mm2ACSR

1.2基于北斗的输电线路在线监测信息实时传输

目前国内已经开发的输电线路动态增容系统均在调度自动化系统之外独立开发［8］，这不利于调度运行人员使用。应用北斗卫星定位系统可以很好地解决该问题［9-11］，实现输电线路在线监测信息实时上传调度自动化系统。

图1　基于北斗传输的输电线路动态增容系统拓扑结构示意图Fig.1　Topology diagram of the online monitoring of the transmission line dynamic capacity based on a static multi-point check

输电线路在线监测装置统一采集导线温度以及风速、风向、气温、湿度、气压、雨量和光辐射等环境信息，通过厂站侧智能监控终端（AVC-5000ETU）、北斗卫星用户机和调度端的北斗卫星指挥机、数据通信服务器将在线监测信息实时上传D5000。

智能监控终端（AVC-5000ETU）集成了RTU普遍具有的“四遥”功能，即遥测、遥信、遥控、遥调。满足对现场运行设备进行远方实时监控的各项功能和性能的要求，同时具有良好的现场环境适应性、长期运行的可靠性和多台远动终端的级联扩展应用。

北斗卫星用户机内置信息加密/解密模块、发送/接收模块、IC卡，传输过程中加入多重校验与反校验机制，保障数据采集精确性；传输内容采用军方技术全过程加密，保障传输数据安全性高，被破解风险极低，以满足电力行业安全需要；采用工业级元器件，全密封防水处理，可适应各种恶劣气候。

北斗卫星通过串口（RS-422）与通信服务器实现双向通信；通过无线与北斗卫星进行双向通信，实现监控信息的转发。

数据通信服务器采用Linux平台开发，与D5000/ EMS系统之间通过网口，基于IEC60870-5-104通信规约，将监控信息直接送入D5000/EMS系统中。

1.3调度端输电线路动态增容辅助决策

将实时采集环境温度与静态多点校核结果相比对，便可实现输电线路的动态增容，但从对电网精细化角度来说，此方法依然过于粗略。

综合考虑输电线路运行状态及运行条件，以摩尔根公式为基础实时计算出可以输送最大载流量值，同时与静态多点校核结果相结合，电网调度运行人员来决定是否增加输电线路的输送容量，以实现输电线路输电能力动态精细化调整，从而达到输电线路动态增容目的，全面提高电网运行可靠性和灵活性。

输电线路导线的运行状态及运行条件（导线温度、电流、环境温度、日照温度、风速等）通过数据采集终端信息化后传输到调度端，经过输电线路动态增容技术对输送容量的限额互动化，提高了输电线路输送容量，满足特殊时段的容量输送要求，降低了投资成本。

线路导线的电流限额由导线的温度限额决定，其计算公式由导线的发热及散热的热平衡推导出来。我国现行标准：DL/T 5092—1999《110～500 kV架空送电线路设计技术规程》中采用的是摩尔根公式，具体如下：

式中：θ为导线的温升，℃；V为风速，m/s；D为导线外径，m；ε为导线表面的辐射系数，光亮新线为0.23～0.46，发黑旧线为0.90～0.95；S为5.67×10-8W/m2（斯蒂芬-包尔茨曼常数）；ta为环境温度，℃；αs为导线吸热系数，光亮新线为0.23～0.46，发黑旧线为0.90～0.95；kt为t=（θ+ta）℃时的交直流电阻比；Rdt为t℃时直流电阻；Js为日光对导线的日照强度，W/m2。其中D、ε、S、αs、kt、Rdt等为导线本身参数，由此，对某一导线其载流量与当时所处环境条件相关。根据模型动态计算得出最大允许载流量，以提高线路输送能力。

图2　ΔI与ΔP的比例函数图Fig.2　The proportional function diagram with ΔI and ΔP

图3　谷岭变2C19线路分布图Fig.3　The 2C19 line distribution in Guling Substation

2　应用实例

选取宿州220 kV谷岭变作为应用对象，输电线路导线温度与微气象在线监测系统安装在2C19线龙门架上，与北斗终端通过有线485线通讯，通讯正常；北斗终端安装在谷岭变控制室GPRS对时屏内，天线安装在控制室屋顶，与主站正常通讯。采集的导线温度和微气象数据上传至省调信息采集与监控主站，位于信息Ⅰ区，该系统与D5000/EMS和电量采集系统具有通信接口，能够进行数据交换。

图4为输变电在线增容系统的功能展示图，图中可看到双导线实时温度及当前电流值等信息。图5为选取2014年7月1日0点0分至23点59分期间的电流数据。如图6、图7所示2014年7月1谷南2C19线路增容前后输电线路限额变化对比结果，大幅度提高线路的传输容量，切实缓解迎峰度夏期间的压力。

图4　谷岭变输变电在线增容系统功能展示区Fig.4　Online capacity transmission system function display area of Guling substation

图5　7月1日0点0分至23点59分谷岭变2C19线电流值Fig.5　The current value of the 2C19 line in Guling substation from 0∶00 to 23.59 on July 1

图6　7月1日谷南2C19线路调整前限流值Fig.6　On July 1，2c19 line current limit value before the adjustment

图7　7月1日谷南2C19线路调整后限流值Fig.7　on July 1，2c19 line current limit value After adjusting current limit value

3　结语

本文在前人研究基础上将静态多点校核与动态增容技术相结合，提供随环境条件变化的多个导线输送能力，提高线路输送能力动态调整的精细度，应用前景广阔。下一步将解决校核点的准确选取，以减少校核工作量。

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Online Monitoring of the Transmission Line Dynamic Capacity Based on a Static Multi-Point Check

TANG Wei1，LIU Ludeng1，YANG Kejun2
（1.Anhui Electronic Power Dispatching and Control Center，Hefei 230022，Anhui，China；2.Anhui Jiyuan Electric Power System Tech.Co.，Ltd.，Hefei 230088，Anhui，China）

With the increase of power load，the utilization rate of the power trans-mission linehas become a focus in recent years.Since there are many factors affecting the current limit of the conductor，it is difficult to use a certain way to improve the utilization of transmission lines.The static multipoint checking method is used to provide the transmission capacity of conductors with change of environment and simplify the dependent variable caused by the environment factor and improve the fineness of the dynamic adjustment of the transmission line capacity.The method combined with the dynamic capacity expansion method can comprehensively improve reliability and flexibility of the power grid operation.The method is applied in Suzhou Guling Substation and makes a full play of the transmission capacity.

dynamic capacity；transmission lines；static multi-point check摘要：随着用电负荷的增加，输变电线路利用率成为近年来关注的重点。由于导线电流限额影响因素较多，难以某一种方法提高输变电线路利用率。采用静态多点校核方法提供随环境条件变化的多个导线输送能力，简化环境因素造成的应变量，提高线路输送能力动态调整的精细度，将其与动态增容方法结合，全面提高电网运行可靠性和灵活性。

1674-3814（2016）06-0011-05

TM75

A

2015-10-21。

汤伟（1978—），男，硕士，高级工程师，研究方向为电网运行分析和控制。

（编辑李沈）

国家自然科学基金项目（51577049）；安徽省电力公司科技项目（ADK/GW017-2013）。

Project Supported by National Natural Science Foundation of China（51577049）；Project Supported by Anhui Electric Power Company Projects（ADK/GW017-2013）.