基于动态增容技术的输变电调度监控系统设计

刘义，张贤坤,齐军，蒿峰，杨志国

（1.内蒙古电力（集团）有限责任公司电力调度控制分公司，内蒙古 呼和浩特 010020；2.上海海能信息科技有限公司，上海 201315）

输电导线和变压器是构成输电网络最重要的两个部分。随着我国经济蓬勃发展，用电需求不断增加，电网负荷日益提高。为满足用电需求，特别是为降低N-1 运行方式下的运行风险，需要新建或改造大量输电线路，增加变压器的输送容量以适应这一现状。但新建线路、购置新变电设备成本巨大，所以有必要考虑在不改变网架结构的基础上提高现有设备的输送容量，从而提高电网输送能力。

目前，国家电力公司和相关研究机构对输电线路和变压器的增容技术研究取得了很大突破，但二者的研究相对独立，将输电线路动态增容系统和变压器动态增容系统进行有机整合的研究还较少。基于这一现状，本文提出一种基于动态增容技术的输变电调度监控系统，通过汇集并展现输电线路与变压器动态增容系统的实时运行信息、监测分析信息、预测预警信息，为负荷控制和调度管理提供实时、准确、直观的技术支持；在保障输变电设备安全可靠运行的前提下，最大限度地提升电网的运行能力与运行效率，取得显著的经济、社会效益。

1 动态增容技术原理简介

早在20 世纪70 年代，动态热定值的概念与实现架构就被提出，最早主要应用于输电线路。由于输电线路动态增容技术能够产生较大的经济效益，国内外许多高校、企业都展开了大量研究。目前运行电网基本采用单一环境温度决定输电线路热稳定电流，导致线路容量管理不能因时制宜；对于变压器，规程规定其过负荷倍数和可持续运行时间应根据变压器的运行环境温度和起始负荷通过查询曲线获得，而现阶段调度部门难以掌握环境实时情况，因此难以确定变压器的过负荷倍数和时间。需要注意的是，输电线路运用动态增容技术容量提升后，变电设备（变压器、断路器、隔离开关等）的输送容量也应作出相应地调整，使之能与输电线路的容量相适配。

1.1 输电线路动态增容技术原理

线路运行规程规定的输电线路载流量值是在环境条件十分严苛的条件（温度不变，风速为0m/s，光照为1kW/m2,不考虑其它有利散热条件）下计算而来，导致其实际运行中往往留有较大余量；而且随着输电线路运行环境参数(如环境温度、湿度、风力和光照等)变化，这种余量也会改变。输电线路动态增容技术则在综合考虑实时环境参数和线路运行参数的基础上，对需要扩容运行的线路进行载流量动态分析、跟踪与报警；分析结果可指导故障处理和合理安排运行方式，力争最大限度地提高输送容量，达到输电线路动态增容的目的。输电线路动态增容技术的核心是求解线路的热容方程，它是计算输电线路最大允许温度下载流量的依据。通过将实时监测的参数代入稳态热容方程与暂态热容方程可分别求解出最大稳态与暂态载流量；根据求解出的最大载流量值可以动态地提升输电线路的输送容量。

1.2 变压器动态增容技术原理

电网目前的变压器负荷管理是依据GB/T1094.7-2008《油浸式电力变压器负载导则》。由于调度部门难以掌握环境实时情况，无法根据运行导则给出的曲线确定变压器的过负荷的倍数和时间。因此通用负荷运行管理方式是按1.3 ～1.5 倍的额定电流可持续运行30min 执行；此外为满足N-1运行的要求，变电站内两台主变压器（主变）运行容量低于50%额定容量。变压器的动态增容技术是基于变压器等效热场计算模型通过实时监测和分析变压器当前环境条件和变压器运行参数，计算出变压器在当前环境和负荷情况下的绕组及热点温度，在确保变压器使用寿命和安全运行的前提下，实时给出当前环境和负荷情况下变压器的长期安全运行时间、短时安全运行时间以及N-1 运行方式下安全运行时间，实现变压器运行负荷的精细化、智能化管理，达到动态增容的目的。

2 输变电调度监控系统设计

输变电调度监控系统的架构如图1 所示。输电线路和变压器上分别安装有输电线路数据采集装置和变压器数据采集装置，二者将采集并处理过的数据各自上传到输电线路负荷管理系统和变压器负荷管理系统这两个子系统。子系统将分析后的数据上传到输变电调度监控平台（下称平台）。平台基于调控一体化系统实时大数据信息的支撑，将传输回来的实时数据进行整合，实现数据在电力系统分析软件、继电保护在线整定仿真系统、电力气象信息管理系统、动态负荷智能管理系统间传输。

2.1 输电线路负荷管理系统

图1 输变电调度监控系统的架构

在每条输电线路的三相线路上沿线（比如每隔20km）安装输电线路数据采集装置，采集每个安装点的线路实时环境温度、光照强度、风速、导线温度、线路电流等参数，通过无线网络(如GPRS)将数据传输给安装在后台主站的输电线路负荷管理系统，从而掌握电网每一条线路的实时状况。后台系统通过求解热容方程可计算出输电线路的稳态允许载流量、30min 允许载流量、给定载流量下的安全运行时间，实现线路输送容量的动态管理、高温预警和数据积累。

2.2 变压器负荷管理系统

在电网每个变电站的主变安装变压器数据采集装置，采集每台主变实时的环境温度、风速、光照强度、变压器顶油温度以及每相电压电流等参数，通过RS485 接口和信号传输电缆将数据传输给变压器负荷管理系统，从而掌握电网每一节点的实时状况。后台系统通过变压器等效热场计算模型实现对变压器过负荷能力的动态评估。

2.3 输变电调度监控平台

输变电调度监控平台根据子系统上传的数据，可将电网以拓扑图展示，方便调度人员及时了解电网整体结构，和具体被监测设备的实时状态；结合电网中所有监测节点，给出整个电网的过负荷能力预测，实现整个电网输变电设备容量的动态管理。

3 输变电调度监控系统的功能

输变电调度监控系统工作流程如图2 所示，子系统根据采集终端传回的实时数据分析出输变电设备的动态热稳定限值、变压器热点温度、最大安全过负荷倍数及最长安全运行时间、高温预警预报等信息，并将分析结果在平台进行展示；平台将监测范围内的每台主变和每条输电线路的详细数据（包括实时运行数据、环境数据、过负荷能力）展示在电网拓扑图中；结合电网拓扑图中所有监测节点展示的过负荷能力信息，给出整个电网的过负荷能力预测。此外，根据电力气象预报信息，可以预测电网输变电设备未来3 天、1 周乃至1 个月的动态热稳定电流限值It；根据地区调度数据库收集的实时电力气象信息和输变电设备运行方式，通过电力系统分析软件系统可计算出输变电设备动态动稳定限值Id；It与Id中较小值将作为输变电调度监控系统的主要依据，为电网运行方式的制定和优化提供技术支撑。平台还建立与系统保护及安全自动装置整定系统的信息贯通交互，探索电网系统保护定值自适应策略。通过本平台提供的输变电设备动态热稳定极限预测值，可以直观反映在确保电网安全运行的条件下变压器变送容量与输电线路输送容量是否匹配。

图2 输变电调度监控系统工作流程

4 结语

本文提出基于动态增容技术的输变电调度监控系统，旨在解决部分地区输变电设备容量难以满足用电负荷增长这一问题。本系统通过汇集子系统的实时信息，并与调控一体化系统、电力气象信息管理系统、电力系统分析软件、继电保护在线整定仿真系统进行信息交互，将监测范围内的每台主变和每条输电线路的详细数据（包括实时运行数据、环境数据、过负荷能力）展示在电网拓扑图中，并能根据电网节点信息，给出整个电网的过负荷能力预测，实现输变电设备的负荷智能管理控制，达到动态调控目的。本系统的研发应用能发掘现有输变电设备的潜在容量，较好解决输变电设备输送能力的瓶颈问题；不仅能带来可观的经济效益，也能为电网调度运行安排负荷限额提供有力的辅助决策支持，在确保电网安全、高效运行方面发挥积极作用。