淺析提高輸電線路輸送容量技術(shù)的方法

王金安

摘要：研究如何根據(jù)實(shí)際的氣象條件和線路狀態(tài)，動(dòng)態(tài)提高現(xiàn)有高壓輸電線路實(shí)際輸送容量，為解決輸電瓶頸問題提供技術(shù)方案，具有重要的意義。本文主要討論了提高輸電線路輸送容量技術(shù)的方法，有助于提高我國輸電線路高性能運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：輸電線路;輸送容量;監(jiān)測方法

相對于經(jīng)濟(jì)建設(shè)而言我國電網(wǎng)建設(shè)始終滯后，電力生產(chǎn)和消費(fèi)一直存在著地區(qū)間不平衡問題，供需矛盾一直存在且時(shí)有激化。當(dāng)前電力發(fā)展依賴于一次能源，我國一次能源分布很不均勻，煤炭和水利資源分別集中在西北和西南地區(qū)，而經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)則主要分布在東南沿海，從而形成了電力資源“西電東送”、“北電南送”的基本格局，送電距離達(dá)1000 ～ 2500km，輸送距離長、傳輸容量大是其基本特點(diǎn)。

這些輸電線的輸送能力主要取決于線路的穩(wěn)定極限，由于中間缺乏足夠的電源支撐又使長距離輸電線的穩(wěn)定極限通常較低。事實(shí)上，我國線路輸送水平同國外發(fā)達(dá)國家相比的差距是非常大的，輸電容量不但受到穩(wěn)定水平的限制，而且受負(fù)荷水平的限制。由于技術(shù)、設(shè)備等原因，我國電網(wǎng)的輸電能力受到較多限制，超高壓輸電線路利用率和實(shí)際輸電容量偏低，輸電瓶頸并未消除，區(qū)間供電能力依然不足。

1、提高輸電線路輸送容量技術(shù)

影響輸電系統(tǒng)送電能力的因素很多，如運(yùn)行方式的變化、送受端系統(tǒng)的無功電壓水平、輸電系統(tǒng)中間電壓支撐水平以及運(yùn)行安全裕度的考慮等。為了提高輸電線路的輸送容量，普遍采取的措施主要有以下幾種。

1.1.采用特高壓技術(shù)我國1000kV 特高壓交流輸變電和±800kV 特高壓直

流輸電工程已經(jīng)立項(xiàng)建設(shè)。

1.2.柔性交流輸電技術(shù)（FACTS）

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)，對交流電的無功（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。目前常用的FACTS 裝置主要有統(tǒng)一潮流控制器、可控串聯(lián)補(bǔ)償器、靜止補(bǔ)償器等。

1.3.串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)

串聯(lián)補(bǔ)償裝置能有效降低輸電系統(tǒng)間的電抗值，提高輸電能力和系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，是我國提高輸電線路輸送能力的重要手段。

1.4.動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)

動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)可根據(jù)系統(tǒng)需要快速調(diào)節(jié)無功、維持母線電壓在額定值附近?？刂茻o功潮流，提高線路的輸電能力是動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)在輸電系統(tǒng)中的主要作用之一。在一些長距離輸電線路的中間安裝一定容量的無功靜止補(bǔ)償裝置（SVC）能夠提高線路的輸送能力。

1.5.同桿多回和緊湊型輸電技術(shù)

同塔（桿）多回輸電技術(shù)是指在一個(gè)桿塔上架設(shè)兩回及多回線路。緊湊型輸電技術(shù)是通過減少輸電線相間距離和改變排列方式而減少線路波阻抗，增加容抗，提高線路的自然功率，從而提高線路輸送容量，并減少了占用走廊。

1.6.大截面耐熱導(dǎo)線

一般情況下，短距離輸電線的輸電能力主要取決于線路的熱容量限制，因此需根據(jù)負(fù)荷密度和輸電容量選擇合適的線路型號和導(dǎo)線截面。

1.7.其他技術(shù)

但以上這些方法都是從提高輸電線路靜態(tài)輸送容量的角度來考慮的，需要改建擴(kuò)建輸電線路或者增加昂貴的設(shè)備。在原有線路走廊上，利用原有桿塔，采用新技術(shù)，考慮如何最大限度地提高現(xiàn)有輸電線路的傳輸能力，以適應(yīng)電力日益增漲的需求是目前最經(jīng)濟(jì)、最環(huán)保、最有意義的研究方向。

提高輸電線路容量技術(shù)首先是由國外的一些研究機(jī)構(gòu)提出的。由于輸電走廊和環(huán)保的限制，在美國新建線路是非常困難的。美國電力研究院（EP Ⅺ）最早進(jìn)行這方面的研究，提出利用實(shí)時(shí)采集的信息，動(dòng)態(tài)計(jì)算輸電線路熱容等級的DTCR 技術(shù)。1996 年EPRI 開發(fā)出一種利用實(shí)際氣象條件和設(shè)備的實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測動(dòng)態(tài)確定線路容量的監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一個(gè)計(jì)算機(jī)模塊，內(nèi)含變壓器、電纜、架空線、隔離開關(guān)等設(shè)備的熱模型。該模塊考慮了實(shí)時(shí)氣象

條件、設(shè)備溫度參數(shù)及電氣負(fù)載等因素。監(jiān)測設(shè)備包括小型氣象觀測臺、導(dǎo)線松弛度和溫度傳感器及數(shù)字化數(shù)據(jù)單元等。該監(jiān)測系統(tǒng)可計(jì)算并連續(xù)更新線路的動(dòng)態(tài)負(fù)荷容量，也允許用戶結(jié)合監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，根據(jù)具體情況自定義設(shè)備參數(shù)和容量限制。

2、動(dòng)態(tài)提高輸電線路輸送容量的監(jiān)測方法

2.1.基于氣候監(jiān)測的DLR 技術(shù)

基于氣候監(jiān)測的DLR 技術(shù)是通過實(shí)時(shí)的導(dǎo)線電流值和氣象站實(shí)時(shí)監(jiān)測的氣候參數(shù)計(jì)算導(dǎo)線的輸送容量?；跉夂虮O(jiān)測的DLR 技術(shù)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，天氣也會發(fā)生變化，而微氣候信息無法從氣象站獲取。因此，這種方法不適于微氣候地區(qū)內(nèi)線路的增容。

2.2.基于直接溫度測量的DLR 技術(shù)

美國Niagara Mochawk 公司開發(fā)的PowerDonut 就是基于直接導(dǎo)線測溫的裝置，通過一個(gè)安裝在導(dǎo)線上的環(huán)形結(jié)構(gòu)裝置來監(jiān)測導(dǎo)線的溫度、負(fù)載和氣候參數(shù)。直接溫度測量方法提供了導(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)測的方法更準(zhǔn)確。不足之處在于投資大，并且測量的僅僅是導(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。

2.3.基于直接弧垂測量的DLR 技術(shù)

脈沖激光法足由ESCI 公司開發(fā)的，用于DLR 技術(shù)的一個(gè)比較精確的測量方法，車上裝有GPS 測量系統(tǒng)，用于確定卡車的坐標(biāo)位置。另外還有套反射鏡和激光測距裝置，用于測量導(dǎo)線檔距中間最低點(diǎn)的位置。根據(jù)這些測量結(jié)果，可得到導(dǎo)線的弧垂，并計(jì)算導(dǎo)線的輸出容量。這種方法雖然比較有效，但不是自動(dòng)監(jiān)測線路弧垂，需要人為的調(diào)整和測量，而且成本很高。

2.4.基于張力測量的DLR 技術(shù)

美國Valley 公司開發(fā)的CAT-1 產(chǎn)品，其核心技術(shù)是通過直接測量導(dǎo)線張力確定輸送容量的。張力傳感器安裝在導(dǎo)線耐張段兩端的絕緣子串上，CAT-1 主單元還包括兩個(gè)傳感器，一個(gè)測量環(huán)境溫度，一個(gè)測量日照輻射溫度。主單元存儲采集到的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)測主站進(jìn)行處理。張力監(jiān)測裝置測量的是整個(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)線在更長的范圍內(nèi)結(jié)果更準(zhǔn)確，并節(jié)省了開支。于圖像法相比具有傳輸速度快的特點(diǎn)，能達(dá)到實(shí)時(shí)的效果。因?yàn)樵O(shè)備安裝在低壓端，不存在污閃問題。將數(shù)據(jù)采集終端模塊安裝在金屬盒內(nèi)，起到屏蔽作用，能有效防止強(qiáng)電干擾。由于用到了代表檔距的概念，基本消除了絕緣子串相對很小的縱向拉力的影響，但是存在一定的誤差，必須要經(jīng)過校準(zhǔn)。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期或經(jīng)常的停電（至少幾個(gè)月），以獲取較大范圍的凈輻射溫度來擬合出導(dǎo)線溫度曲線。同時(shí)，這種方法也無法避免高溫時(shí)導(dǎo)線溫度估計(jì)不準(zhǔn)的問題。

總結(jié)上述方法的特點(diǎn)，其中氣候模型與導(dǎo)線溫度模型是用來計(jì)算導(dǎo)線輸電容量的兩個(gè)常用數(shù)學(xué)模型，它們的主要區(qū)別在于對流散熱中熱傳遞系數(shù)的求取方法的不同。隨著沿架空線路氣候的顯著變化，它們的精度都會受到影響。兩種方法有各自的適用范圍，通過對上面四種主要方法的比較，可以得出以下結(jié)論：在實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)提高輸電線路輸送容量的監(jiān)測方法中，直接溫度和張力測量是比較可行的方法。

3、結(jié)語

本文主要討論了動(dòng)態(tài)提高輸電線路輸送容量的方法與理論，就提高輸電線路輸送容量技術(shù)和相關(guān)的動(dòng)態(tài)提高輸電線路輸送容量的監(jiān)測方法進(jìn)行分析，對于今后輸電線路高性能運(yùn)行具有一定幫助。

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