提高輸電線(xiàn)路輸送容量技術(shù)綜述

王 荀，淡淑恒

(上海電力學(xué)院 電氣工程學(xué)院，上海200090)

0 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，社會(huì)用電需求不斷增長(zhǎng)。在一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的長(zhǎng)三角、珠三角地區(qū)，電力短缺已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步發(fā)展的限制因素。華東地區(qū)500 kV電網(wǎng)的許多輸電線(xiàn)路均大負(fù)荷運(yùn)行，輸電能力瓶頸問(wèn)題非常突出［1］。建設(shè)新的輸電線(xiàn)路投資巨大，建設(shè)耗時(shí)長(zhǎng)，且受輸電走廊征用困難以及環(huán)境保護(hù)等因素制約，困難較大。而在電力市場(chǎng)環(huán)境下，各個(gè)電力運(yùn)營(yíng)商又總是希望能夠在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上獲得盡可能多的輸送容量。因此，提高輸電線(xiàn)路的傳輸容量已日益迫切且意義重大。

本文首先分析了影響輸電線(xiàn)路輸電能力的因素以及我國(guó)電網(wǎng)輸電能力受限的原因，接著對(duì)提高輸電線(xiàn)路輸送容量的主要技術(shù)和方法進(jìn)行了總結(jié)，并分析了各技術(shù)方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

1 影響輸電線(xiàn)路輸電能力的因素分析

一般來(lái)說(shuō)，影響輸電線(xiàn)路輸電能力的因素主要有以下幾點(diǎn):

(1)線(xiàn)路傳輸?shù)淖匀还β?。線(xiàn)路的輸送能力是與其自然功率成正比的。

(2)線(xiàn)路的傳輸功率極限。短距離輸電線(xiàn)路受制于熱穩(wěn)定極限，隨著輸電距離的增加，線(xiàn)路的傳輸功率極限將受制于電壓降極限和靜態(tài)穩(wěn)定極限。圖1為無(wú)補(bǔ)償?shù)募芸蛰旊娋€(xiàn)通用負(fù)荷能力曲線(xiàn)。

圖1 無(wú)補(bǔ)償?shù)募芸蛰旊娋€(xiàn)通用負(fù)荷能力曲線(xiàn)

(3)功角穩(wěn)定問(wèn)題。超、特高壓交流輸電系統(tǒng)正常運(yùn)行的一個(gè)基本條件為輸電子系統(tǒng)中的主要同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)定地保持同步。從輸電線(xiàn)路輸送能力的角度說(shuō)，該條件實(shí)際為功角穩(wěn)定問(wèn)題，通常用靜態(tài)穩(wěn)定裕度來(lái)表示。

(4)無(wú)功控制和電壓穩(wěn)定問(wèn)題。超、特高壓交流輸電系統(tǒng)正常運(yùn)行的另一個(gè)基本條件為輸電線(xiàn)路上各點(diǎn)的電壓必須保持在額定電壓附近。從線(xiàn)路輸送能力的角度說(shuō)，該條件實(shí)際為無(wú)功控制和電壓穩(wěn)定問(wèn)題，即各種無(wú)功補(bǔ)償裝置的合理配置［2］。

(5)線(xiàn)路的熱穩(wěn)定問(wèn)題。在很多實(shí)際運(yùn)行環(huán)境中，線(xiàn)路熱穩(wěn)定已成為輸電能力的瓶頸，并有擴(kuò)大的趨勢(shì)。

2 我國(guó)電網(wǎng)輸電能力現(xiàn)狀及受限原因

目前，我國(guó)現(xiàn)有電網(wǎng)主網(wǎng)架以500 kV為主。輸電距離長(zhǎng)、供電范圍大是我國(guó)500 kV電網(wǎng)發(fā)展過(guò)程中的主要特點(diǎn)［3］。在500 kV電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展初期，由于還未形成較為堅(jiān)強(qiáng)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)距離鏈形結(jié)構(gòu)使得我國(guó)500 kV長(zhǎng)距離輸電線(xiàn)的輸送能力主要取決于線(xiàn)路的穩(wěn)定極限，20世紀(jì)80年代每回500 kV交流線(xiàn)路的輸送能力為600～800 MW。近年來(lái)隨著電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展，區(qū)域電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)，使500 kV交流線(xiàn)路的平均輸送能力提高到目前的800～1 000 MW左右，但與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家輸送能力水平相比仍有較大的差距。據(jù)研究，國(guó)家電網(wǎng)系統(tǒng)500 kV線(xiàn)路中，有約1/4線(xiàn)路輸電能力受到限制［4］，主要原因分三類(lèi):(1)受限于線(xiàn)路熱穩(wěn)定水平，主要是短距離和省內(nèi)輸電線(xiàn)路;(2)受限于暫態(tài)穩(wěn)定水平，主要集中在遠(yuǎn)距離送出線(xiàn)路及跨省聯(lián)絡(luò)線(xiàn);(3)受限于動(dòng)態(tài)穩(wěn)定水平，主要是跨區(qū)交流聯(lián)網(wǎng)線(xiàn)及區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)部重載斷面。

值得注意的是，限制線(xiàn)路輸電能力的主要因素并不是一成不變的。例如，隨著華東主網(wǎng)架的加強(qiáng)，制約輸電能力的主要因素已不再是暫態(tài)穩(wěn)定水平，而往往是線(xiàn)路的熱穩(wěn)定極限。

3 提高輸電線(xiàn)路輸送能力的技術(shù)方法

目前常用的提高輸電線(xiàn)路輸送容量的技術(shù)方法總體上可分為兩類(lèi):一是提高自然功率或各類(lèi)穩(wěn)定極限，稱(chēng)為提高靜態(tài)輸送容量;二是通過(guò)監(jiān)測(cè)線(xiàn)路狀態(tài)以充分挖掘線(xiàn)路潛在的輸送能力，即動(dòng)態(tài)提高線(xiàn)路輸送容量。

3.1 提高輸電線(xiàn)路靜態(tài)輸送容量

(1)提高電壓等級(jí)，采用特高壓輸電

在一定范圍內(nèi)提高電壓等級(jí)，可以增大線(xiàn)路傳輸?shù)淖匀还β剩黾虞旊娋嚯x，降低電能損耗，還可有效節(jié)省輸電走廊面積［5，6］。輸電距離一定時(shí)，1 000 kV特高壓交流線(xiàn)路的自然功率是500 kV線(xiàn)路的4～5倍;輸送相同功率時(shí)，1 000 kV最遠(yuǎn)送電距離是500 kV線(xiàn)路的3倍，而損耗卻降低65%左右［7］。我國(guó)特高壓電網(wǎng)建設(shè)正在積極推進(jìn)，目前國(guó)家電網(wǎng)已建成2條1 000 kV交流和2條±800 kV直流工程。

特高壓輸電也存在一些缺點(diǎn)和問(wèn)題，比如特高壓交流輸電的穩(wěn)定性和可靠性問(wèn)題不易解決，對(duì)環(huán)境影響較大;特高壓直流雖不存在穩(wěn)定性問(wèn)題，但存在換流裝置昂貴、消耗無(wú)功功率多、產(chǎn)生諧波造成通信干擾、缺乏直流開(kāi)關(guān)、線(xiàn)路污閃率高等問(wèn)題。

(2)柔性交流輸電(FACTS)技術(shù)

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(duì)交流電的無(wú)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(xiàn)路的容量，提高線(xiàn)路利用率［8，9］。目前常用的FACTS裝置主要有并聯(lián)型的靜止補(bǔ)償器(SVC)和靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM)，串聯(lián)型的可控串聯(lián)補(bǔ)償器(TCSC)，以及可同時(shí)實(shí)現(xiàn)串并聯(lián)補(bǔ)償?shù)慕y(tǒng)一潮流控制器(UPFC)等。

FACTS技術(shù)也存在一些局限性:用于控制FACTS裝置的電力電子設(shè)備尚不能很好滿(mǎn)足其性能要求，F(xiàn)ACTS裝置造價(jià)較高，普及應(yīng)用難度較大等。

(3)采用同塔多回輸電技術(shù)

同塔多回輸電是指在一個(gè)桿塔上架設(shè)二回及多回線(xiàn)路，同塔多回線(xiàn)路可以是同一電壓等級(jí)，也可以是不同電壓等級(jí)。應(yīng)用同塔多回輸電技術(shù)，可使線(xiàn)路的走廊占用和綜合造價(jià)明顯減少，單位面積的輸送容量顯著增加，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，是電網(wǎng)建設(shè)中解決輸電走廊緊張、節(jié)省土地資源、提高輸送容量的有效手段。我國(guó)采用同塔多回輸電始于1980年，目前國(guó)內(nèi)220 kV輸電線(xiàn)路中已較多采用雙回或四回輸電，部分500 kV輸電線(xiàn)路中采用同塔雙回路輸電，500 kV同塔四回技術(shù)也已首次應(yīng)用在華東地區(qū)利港電廠(chǎng)至梅里變輸電線(xiàn)路。廣東電網(wǎng)也正在建設(shè)多條500 kV同塔四回線(xiàn)路［10，11］。

采用同塔多回技術(shù)比單回技術(shù)復(fù)雜，需要進(jìn)行科學(xué)的研究，選擇合適的桿塔以及導(dǎo)線(xiàn)相序排列方式，電磁場(chǎng)強(qiáng)度、無(wú)線(xiàn)電干擾、噪音等都能減小到相關(guān)規(guī)定的要求。

(4)采用緊湊型輸電技術(shù)

緊湊型輸電技術(shù)是通過(guò)縮小相間距離、優(yōu)化導(dǎo)線(xiàn)排列、增加相分裂子導(dǎo)線(xiàn)根數(shù)等改變線(xiàn)路幾何結(jié)構(gòu)的方法，來(lái)減少線(xiàn)路電抗、增加容抗，提高線(xiàn)路的自然功率，從而提高線(xiàn)路輸電能力的新型輸電技術(shù)。緊湊型輸電線(xiàn)路在提高輸電能力的同時(shí)，還可減小架空線(xiàn)路走廊占地寬度和降低工程造價(jià)，并且有利于改善電磁環(huán)境［12，13］。如果與同塔雙回或多回技術(shù)相結(jié)合，除保留緊湊型線(xiàn)路在電氣上的優(yōu)點(diǎn)以外，節(jié)省線(xiàn)路走廊的效果也將更為明顯，符合今后我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展方向［14，15］。

采用緊湊型線(xiàn)路需考慮無(wú)功補(bǔ)償、潛供電弧的熄滅和帶電作業(yè)等問(wèn)題。

(5)采用大截面導(dǎo)線(xiàn)

大截面導(dǎo)線(xiàn)輸電技術(shù)是指超過(guò)經(jīng)濟(jì)電流密度所控制的常規(guī)最小截面導(dǎo)線(xiàn)，而采用較大截面的導(dǎo)線(xiàn)，以成倍提高線(xiàn)路輸送能力的新型輸電技術(shù)。與常規(guī)導(dǎo)線(xiàn)相比，大截面導(dǎo)線(xiàn)可節(jié)省線(xiàn)路走廊資源、提高輸電容量、降低線(xiàn)路損耗、改善線(xiàn)路周?chē)碾姶怒h(huán)境，具有較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。國(guó)內(nèi)已先后在華東、華中、南方等地區(qū)建成和投運(yùn)采用500～720 mm2大截面導(dǎo)線(xiàn)的500 kV輸電線(xiàn)路，華北地區(qū)的500 kV大截面導(dǎo)線(xiàn)輸電線(xiàn)路也在建設(shè)中［16，17］。

但應(yīng)用大截面導(dǎo)線(xiàn)使桿塔承受荷載增加，架線(xiàn)施工難度加大，線(xiàn)路、桿塔、絕緣子及金具的成本增加。因此，大截面導(dǎo)線(xiàn)技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)充分考慮線(xiàn)路建設(shè)和運(yùn)行中所遇到的技術(shù)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，結(jié)合具體工程實(shí)際進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，選擇合適截面的導(dǎo)線(xiàn)。

(6)采用耐熱導(dǎo)線(xiàn)

耐熱導(dǎo)線(xiàn)在高溫狀態(tài)下也能保持良好的機(jī)械強(qiáng)度和使用性能，因此，采用耐熱導(dǎo)線(xiàn)可提高導(dǎo)線(xiàn)允許溫度，增加導(dǎo)線(xiàn)載流量，從而提高線(xiàn)路輸送容量。隨著耐熱導(dǎo)線(xiàn)性能的不斷提高和品種的不斷增多，數(shù)十年來(lái)它的應(yīng)用得到了很大發(fā)展。目前除了普通的耐熱鋁合金導(dǎo)線(xiàn)外，還有超耐熱鋁合金導(dǎo)線(xiàn)和特耐熱鋁合金導(dǎo)線(xiàn)等。日本從1960年開(kāi)始在輸電線(xiàn)路中使用耐熱鋁合金導(dǎo)線(xiàn)，現(xiàn)在日本耐熱導(dǎo)線(xiàn)的使用量已經(jīng)超過(guò)全國(guó)輸電線(xiàn)路總長(zhǎng)的70%［18，19］。我國(guó)在應(yīng)用耐熱鋁合金導(dǎo)線(xiàn)的方面與發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家相比尚有不少差距，相信隨著電力工業(yè)的不斷發(fā)展，以及在導(dǎo)線(xiàn)材料、結(jié)構(gòu)方面的研究與創(chuàng)新步伐加快，耐熱導(dǎo)線(xiàn)會(huì)有更大的應(yīng)用和發(fā)展。

(7)提高線(xiàn)路允許溫度

對(duì)于同一種規(guī)格導(dǎo)線(xiàn)，其載流量直接取決于其發(fā)熱允許溫度，允許溫度越高，載流量越大。各國(guó)對(duì)導(dǎo)線(xiàn)發(fā)熱允許溫度有各自的規(guī)定，日本、美國(guó)取導(dǎo)線(xiàn)發(fā)熱允許溫度為90℃，德國(guó)、荷蘭、瑞士為80℃。我國(guó)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)程是參照前蘇聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)，為70℃(大跨越為90℃)。如果將導(dǎo)線(xiàn)允許溫度由現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的70℃提高到80℃，則可提高原有線(xiàn)路輸送容量20%，降低新建線(xiàn)路投資10%，具有顯著的經(jīng)濟(jì)意義［20，21］。這也是最簡(jiǎn)單、最直接提高線(xiàn)路輸送容量的措施。國(guó)內(nèi)華東電網(wǎng)較早應(yīng)用提高導(dǎo)線(xiàn)允許溫度技術(shù)。為了緩解蘇南地區(qū)迎峰度夏用電緊張形勢(shì)，2003年華東電網(wǎng)公司成功地在武南至斗山5265、5266線(xiàn)，斗山至石牌5267、5268線(xiàn)這4條線(xiàn)路采用靜態(tài)提溫增容技術(shù)，進(jìn)行了提高線(xiàn)路輸送容量試點(diǎn)工作，邁出了可喜的第一步，取得了寶貴經(jīng)驗(yàn)［22］。

提高線(xiàn)路允許溫度雖然簡(jiǎn)單直接，但采用這一技術(shù)應(yīng)當(dāng)極為謹(jǐn)慎，需要足夠的論證和其他相關(guān)技術(shù)的支持。目前這一技術(shù)尚不符合現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，若采用則必須解決以下幾個(gè)問(wèn)題:對(duì)線(xiàn)路及金具機(jī)械強(qiáng)度和壽命的影響程度;導(dǎo)線(xiàn)弧垂增加，對(duì)線(xiàn)路對(duì)地及交叉跨越的安全裕度的影響;經(jīng)濟(jì)效益如何。另外，對(duì)于引渡載流的接續(xù)金具和耐張線(xiàn)夾，還存在一個(gè)接觸傳導(dǎo)表面日久老化的過(guò)熱問(wèn)題。這些都需要經(jīng)過(guò)充分的論證、實(shí)驗(yàn)或相關(guān)技術(shù)支持。

3.2 動(dòng)態(tài)提高輸送容量

在設(shè)計(jì)架空輸電線(xiàn)路時(shí)，為防止負(fù)荷過(guò)大使線(xiàn)路輸送容量超過(guò)極限值而發(fā)生事故，設(shè)計(jì)部門(mén)依據(jù)最為惡劣的氣象條件確定了極限容量，該極限容量是一種保守的靜態(tài)值。但事實(shí)上，這樣惡劣的氣象條件很少發(fā)生，這就造成了在絕大多數(shù)情況下，無(wú)法真正高效地利用輸電線(xiàn)路的傳輸潛力，見(jiàn)圖2［23］。如果可以在保證安全的前提下充分利用線(xiàn)路的傳輸潛力，則可以在不改變線(xiàn)路結(jié)構(gòu)的情況下提高線(xiàn)路輸送容量，這就是動(dòng)態(tài)增容技術(shù)的想法由來(lái)。

圖2 線(xiàn)路負(fù)荷與熱容量限制的概率分布

動(dòng)態(tài)增容技術(shù)的實(shí)質(zhì)是在輸電線(xiàn)路上安裝在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置對(duì)導(dǎo)線(xiàn)狀態(tài)(導(dǎo)線(xiàn)溫度、張力、弧垂等)和氣象條件(環(huán)境溫度、日照、風(fēng)速風(fēng)向等)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在不突破現(xiàn)行技術(shù)規(guī)程規(guī)定(導(dǎo)線(xiàn)溫度限額70℃)的前提下，基于相關(guān)的數(shù)學(xué)模型計(jì)算導(dǎo)線(xiàn)最大的允許載流量。結(jié)合運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算結(jié)果，在目前技術(shù)規(guī)程的限定條件下，導(dǎo)線(xiàn)載流量可以提高10%～20%。應(yīng)用輸電線(xiàn)路動(dòng)態(tài)增容技術(shù)并不突破現(xiàn)行規(guī)程，因此也無(wú)需對(duì)運(yùn)行規(guī)范進(jìn)行額外的修改，更不需要對(duì)現(xiàn)有線(xiàn)路進(jìn)行昂貴的技術(shù)改造，僅僅在線(xiàn)路上安裝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就能最大限度地提高線(xiàn)路輸送容量，起到少建或緩建輸電線(xiàn)路的目的，具有重要理論和現(xiàn)實(shí)意義。這一技術(shù)非常適合于已投運(yùn)線(xiàn)路的增容［24，25］。

3.2.1 國(guó)外動(dòng)態(tài)增容技術(shù)的研究現(xiàn)狀

導(dǎo)線(xiàn)動(dòng)態(tài)增容技術(shù)首先是由國(guó)外的一些研究機(jī)構(gòu)提出的［26-30］。美國(guó)電力研究協(xié)會(huì)(EPRI)提出了輸電線(xiàn)動(dòng)態(tài)熱容等級(jí)(DTCR)技術(shù)，即利用實(shí)時(shí)(或接近實(shí)時(shí))采集的信息，建立輸電設(shè)備的動(dòng)態(tài)的、精確熱容等級(jí)。圖2顯示了一條真實(shí)線(xiàn)路的負(fù)荷概率分布及熱容等級(jí)概率分布情況。美國(guó)SRP公司曾在兩條重要輸電線(xiàn)路上使用DTCR技術(shù)，使得該公司修建新線(xiàn)路的工程推遲了5年，最少節(jié)省了約900萬(wàn)美元的費(fèi)用，后來(lái)該公司在一條230 kV新線(xiàn)路上安裝使用了該技術(shù)，一直在較高的負(fù)荷下運(yùn)行且沒(méi)有發(fā)生任何故障［31］。美國(guó)Nexans公司開(kāi)發(fā)出了CAT-I型實(shí)時(shí)輸電線(xiàn)路限額系統(tǒng)(Realtime Transmission Line Rating System)，該系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量線(xiàn)路的應(yīng)力和環(huán)境溫度等參數(shù)對(duì)線(xiàn)路的可用容量做出實(shí)時(shí)估計(jì)，已達(dá)到指導(dǎo)調(diào)度部門(mén)提升導(dǎo)線(xiàn)輸送容量的目的［32，33］。另外，美國(guó)Promethean Devices公司開(kāi)發(fā)了RT-TLMS型非接觸式導(dǎo)線(xiàn)電流和溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，解決了停電安裝溫度或張力傳感器的問(wèn)題，為線(xiàn)路動(dòng)態(tài)增容系統(tǒng)提供了新的思路。

由于測(cè)量、通訊、電源技術(shù)和計(jì)算數(shù)學(xué)模型的限制，以及電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求，早期的技術(shù)不太成熟，并沒(méi)有取得較多的推廣。同時(shí)，除了技術(shù)上的原因外，發(fā)達(dá)國(guó)家電力增長(zhǎng)相對(duì)緩慢，目前的電力供應(yīng)基本能夠滿(mǎn)足電力需求，對(duì)增加輸電線(xiàn)路容量技術(shù)的需求不是那么迫切，使此項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展不是特別迅速。

3.2.2 國(guó)內(nèi)動(dòng)態(tài)增容技術(shù)研究現(xiàn)狀

由于輸電線(xiàn)路動(dòng)態(tài)增容技術(shù)可以產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)前景非常廣闊，近幾年國(guó)內(nèi)一些電力企業(yè)、高校和研究院所等單位也對(duì)該項(xiàng)技術(shù)展開(kāi)了較廣泛的研究。

華東電力試驗(yàn)研究院在文獻(xiàn)［22］中提到提高現(xiàn)有輸電線(xiàn)路的輸送容量有兩種方法，即靜態(tài)提溫增容技術(shù)和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)增容技術(shù)，主要論述現(xiàn)有輸電線(xiàn)路動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)增容技術(shù)，指出建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型是建立輸電線(xiàn)路輸送容量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵。

上海交通大學(xué)對(duì)線(xiàn)路動(dòng)態(tài)增容技術(shù)開(kāi)展了研究工作［34-37］。文獻(xiàn)［34］和［35］介紹了動(dòng)態(tài)熱容等級(jí)(DTCR)的模型，并研究了DTCR系統(tǒng)實(shí)施的幾種形式，最后給出了一種新的DTCR系統(tǒng)構(gòu)架方案。文獻(xiàn)［36］研究了基于導(dǎo)線(xiàn)張力的動(dòng)態(tài)提高輸電線(xiàn)路輸送容量的技術(shù)，建立了包括導(dǎo)線(xiàn)張力、負(fù)荷、風(fēng)速等多因子的導(dǎo)線(xiàn)溫度模型和導(dǎo)線(xiàn)日照輻射吸熱模型，研制出了一套基于張力的動(dòng)態(tài)提高輸電線(xiàn)路輸送容量及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)線(xiàn)路參數(shù)的動(dòng)態(tài)增容系統(tǒng)，并采用基于徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的混沌時(shí)間序列方法預(yù)測(cè)輸送容量及線(xiàn)路可能發(fā)生的故障，給出了風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)。

華北電力大學(xué)也對(duì)動(dòng)態(tài)增容監(jiān)測(cè)技術(shù)展開(kāi)了相關(guān)研究［38-40］。文獻(xiàn)［38］考慮根據(jù)線(xiàn)路弧垂的大小研究提高現(xiàn)行導(dǎo)線(xiàn)的允許溫度，從而可以提高導(dǎo)線(xiàn)的運(yùn)行載流量。根據(jù)已有的弧垂測(cè)量方法，提出比較新穎的兩種弧垂測(cè)量方法:拍攝數(shù)碼照片和全站儀測(cè)弧垂。文獻(xiàn)［40］研究了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)導(dǎo)線(xiàn)測(cè)溫裝置的取能電源。提出了利用電流互感器(CT)直接從母線(xiàn)取能為主，蓄電池供電為輔的電源設(shè)計(jì)方案。

華東電網(wǎng)有限公司對(duì)輸電線(xiàn)路實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)增容的可行性進(jìn)行了研究［41，42］，并對(duì)其研制的輸電線(xiàn)路實(shí)時(shí)輸送限額管理系統(tǒng)的安全性、增容性和適用性進(jìn)行了檢驗(yàn)，并在華東電網(wǎng)500 kV、220 kV線(xiàn)路上試運(yùn)行［43，44］，證明該系統(tǒng)滿(mǎn)足線(xiàn)路的運(yùn)行條件，達(dá)到了線(xiàn)路增容的目的。該系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要監(jiān)測(cè)線(xiàn)路的溫度和環(huán)境條件。

國(guó)內(nèi)也有一些私營(yíng)公司進(jìn)入這個(gè)研究領(lǐng)域，如杭州海康雷鳥(niǎo)信息技術(shù)有限公司研制出了輸電線(xiàn)路溫度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置，并對(duì)線(xiàn)路的弧垂監(jiān)測(cè)方面進(jìn)行了研究［45-47］。另外，西安金源公司開(kāi)發(fā)了基于氣候和導(dǎo)線(xiàn)溫度監(jiān)測(cè)的線(xiàn)路動(dòng)態(tài)增容系統(tǒng)，該系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)包括氣象監(jiān)測(cè)和導(dǎo)線(xiàn)溫度監(jiān)測(cè)兩大部分，軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)線(xiàn)潛在容量的計(jì)算功能。該系統(tǒng)在山西、湖北等電力公司的500 kV輸電線(xiàn)路上已有應(yīng)用，取得了較好的效果［48］。

3.2.3 動(dòng)態(tài)提高輸電線(xiàn)路輸送容量的監(jiān)測(cè)方法

(1)基于氣候監(jiān)測(cè)的動(dòng)態(tài)增容技術(shù)

基于氣候監(jiān)測(cè)的動(dòng)態(tài)增容技術(shù)是通過(guò)實(shí)時(shí)的導(dǎo)線(xiàn)電流值和氣象站實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的氣候參數(shù)計(jì)算導(dǎo)線(xiàn)的輸送容量。這種方法很經(jīng)濟(jì)，并容易擴(kuò)展。然而，一整條線(xiàn)路中，由于地域的變化，天氣也會(huì)發(fā)生變化，而微氣候信息無(wú)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(xiàn)路的增容。

(2)基于直接溫度測(cè)量的動(dòng)態(tài)增容技術(shù)

直接溫度測(cè)量方法提供了導(dǎo)線(xiàn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，計(jì)算的結(jié)果比基于氣候監(jiān)測(cè)的方法更準(zhǔn)確。不足之處在于投資大，并且測(cè)量的僅僅是導(dǎo)線(xiàn)某一點(diǎn)的溫度，并不是導(dǎo)線(xiàn)的平均溫度。如果要測(cè)量準(zhǔn)確，需要沿線(xiàn)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。

(3)基于直接弧垂測(cè)量的動(dòng)態(tài)增容技術(shù)

ESCI公司開(kāi)發(fā)的基于卡車(chē)的脈沖激光法是用于動(dòng)態(tài)增容技術(shù)的一個(gè)比較精確有效的測(cè)量方法［49］。但該方法不是自動(dòng)監(jiān)測(cè)線(xiàn)路弧垂，需要人為調(diào)整和測(cè)量，而且成本很高。

(4)基于張力測(cè)量的動(dòng)態(tài)增容技術(shù)

美國(guó)Nexans公司開(kāi)發(fā)的CAT-I產(chǎn)品，其核心技術(shù)是通過(guò)直接測(cè)量導(dǎo)線(xiàn)張力確定輸送容量的［32］。張力監(jiān)測(cè)裝置可測(cè)量整個(gè)耐張段的導(dǎo)線(xiàn)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(xiàn)在更長(zhǎng)的范圍內(nèi)結(jié)果更準(zhǔn)確，并節(jié)省了開(kāi)支。但為了得到較準(zhǔn)確的導(dǎo)線(xiàn)溫度，此系統(tǒng)在安裝初期線(xiàn)路必須長(zhǎng)期或經(jīng)常停電(至少幾個(gè)月)，以獲取較大范圍的凈輻射溫度來(lái)擬合出導(dǎo)線(xiàn)溫度曲線(xiàn)。同時(shí)，這種方法也無(wú)法避免高溫時(shí)導(dǎo)線(xiàn)溫度估計(jì)不準(zhǔn)的問(wèn)題。

通過(guò)對(duì)上面四種主要方法的比較并結(jié)合現(xiàn)有的研究成果，在實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)提高輸電線(xiàn)路輸送容量的監(jiān)測(cè)方法中，直接溫度和張力測(cè)量是比較可行的方法。

3.2.4 動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)增容系統(tǒng)的局限性

動(dòng)態(tài)增容技術(shù)雖然已取得了很多研究成果，但在技術(shù)方面和管理方面都還存在諸多有待解決的問(wèn)題:

(1)技術(shù)方面。主要是監(jiān)測(cè)技術(shù)和數(shù)學(xué)模型有待改進(jìn)和創(chuàng)新。比如基于導(dǎo)線(xiàn)弧垂的測(cè)量沒(méi)有考慮到風(fēng)對(duì)導(dǎo)線(xiàn)弧垂的影響，基于導(dǎo)線(xiàn)張力的測(cè)量存在導(dǎo)線(xiàn)須停電及高溫時(shí)溫度估計(jì)不準(zhǔn)問(wèn)題，另外還有熱模型中導(dǎo)線(xiàn)日照輻射吸熱的求解問(wèn)題。

(2)管理方面?，F(xiàn)有動(dòng)態(tài)增容技術(shù)未提出如何幫助和指導(dǎo)增容條件下的輸電線(xiàn)路運(yùn)行，以及線(xiàn)路增容運(yùn)行帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)和如何規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)［48］。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)提高輸電線(xiàn)路輸送容量的技術(shù)方法進(jìn)行了總結(jié)與分析。對(duì)于新規(guī)劃建設(shè)的線(xiàn)路，可采用提高電壓等級(jí)、使用大截面導(dǎo)線(xiàn)或耐熱導(dǎo)線(xiàn)、緊湊型線(xiàn)路、同塔雙回或同塔多回線(xiàn)路、應(yīng)用FACTS裝置等方案，從而在其適用范圍內(nèi)有效提高線(xiàn)路輸送容量，但它們也分別存在著造價(jià)、損耗、可靠性等問(wèn)題。此外，新線(xiàn)路的建設(shè)還面臨著走廊緊張和環(huán)境保護(hù)的巨大壓力，尤其是在東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)。如果將這些方案用于既有線(xiàn)路的增容改造，同樣面臨一系列的問(wèn)題:更換導(dǎo)線(xiàn)的方法會(huì)加大導(dǎo)線(xiàn)投資，還可能增加桿塔機(jī)載負(fù)載;拆除既有線(xiàn)路、建設(shè)緊湊型或同塔多回線(xiàn)路更是耗資巨大;而建設(shè)串補(bǔ)站除造價(jià)高外，對(duì)于火電廠(chǎng)送出線(xiàn)路還增加了次同步諧振的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于提高線(xiàn)路允許溫度來(lái)提高輸送容量，雖然簡(jiǎn)單直接，但因其突破了現(xiàn)行技術(shù)規(guī)程的規(guī)定，實(shí)施前需要足夠的論證和其他相關(guān)技術(shù)的支持，因此采用這一技術(shù)應(yīng)極為謹(jǐn)慎。

應(yīng)用輸電線(xiàn)路動(dòng)態(tài)增容技術(shù)并不突破現(xiàn)行規(guī)程，因此也不需對(duì)運(yùn)行規(guī)范進(jìn)行額外的修改，更不需要對(duì)現(xiàn)有線(xiàn)路進(jìn)行昂貴的技術(shù)改造，僅僅在線(xiàn)路上安裝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就能最大程度地提高線(xiàn)路輸送容量，起到少建或緩建輸電線(xiàn)路的目的，具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。目前這一技術(shù)還存在一定的局限性，還需進(jìn)行更加深入的研究。

［1］帥軍慶.華東電網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展展望［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2005(19):26-30.

［2］徐 政.超、特高壓交流輸電系統(tǒng)的輸送能力分析［J］.電網(wǎng)技術(shù)，1995(8):7-12

［3］趙遵廉.中國(guó)電網(wǎng)的發(fā)展與展望［J］.中國(guó)電力，2004(1):5-10.

［4］欒 軍，張智剛，寇惠珍，等.提高500 kV電網(wǎng)輸電能力的技術(shù)研究［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2005(19):23-25.

［5］舒印彪.1000 kV交流特高壓輸電技術(shù)的研究與應(yīng)用［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2005(19):9-14.

［6］易 輝，熊幼京.1 000 kV交流特高壓輸電線(xiàn)路運(yùn)行特性分析［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2006(15):1-7.

［7］艾 芊，楊 曦，賀 興.提高電網(wǎng)輸電能力技術(shù)概述與展望［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013(28):34-40.

［8］張鵬飛，付紅軍，鄢安河，等.應(yīng)用SVC提高電網(wǎng)輸送能力的研究［J］.電力設(shè)備，2007(3):28-31.

［9］王仲鴻，沈 斐，吳鐵錚.FACTS技術(shù)研究現(xiàn)狀及其在中國(guó)的應(yīng)用與發(fā)展［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2000(23):1-5.

［10］汪泉弟，褚 旭，楊 帆，等.500 kV同塔雙回緊湊型輸電線(xiàn)路輸電能力分析［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2011(11):114-119.

［11］曹華珍，蔡廣林，汪晶毅，等.廣東500 kV同塔四回線(xiàn)路對(duì)潛供電流和恢復(fù)電壓的影響［J］.中國(guó)電力，2010(11):14-19.

［12］高玉明.緊湊型輸電線(xiàn)路與分裂導(dǎo)線(xiàn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.電力技術(shù)，1992(6):51-56.

［13］于幼文，金永純.昌房500 kV緊湊型輸電線(xiàn)路中的關(guān)鍵技術(shù)［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2003(7):75-77.

［14］舒印彪，趙丞華.研究實(shí)施中的500 kV同塔雙回緊湊型輸電線(xiàn)路［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2002(4):49-51.

［15］潘 靖，易 輝，陳柏超.我國(guó)緊湊型與同塔雙回輸電現(xiàn)狀與展望［J］.高電壓技術(shù)，2005(9):25-27.

［16］周孝信，郭劍波，胡學(xué)浩，等.提高交流500 kV線(xiàn)路輸電能力的實(shí)用化技術(shù)和措施［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2001(3):1-6.

［17］張?jiān)贫迹?輝，喻劍輝.我國(guó)大截面與耐熱導(dǎo)線(xiàn)輸電技術(shù)的現(xiàn)狀及展望［J］.高電壓技術(shù)，2005(8):24-26.

［18］尤傳永.增容導(dǎo)線(xiàn)在架空輸電線(xiàn)路上的應(yīng)用研究［J］.電力設(shè)備，2006(10):1-7.

［19］尤傳永.耐熱鋁合金導(dǎo)線(xiàn)的耐熱機(jī)理及其在輸電線(xiàn)路中的應(yīng)用［J］.電力建設(shè)，2003(8):4-8.

［20］劉長(zhǎng)青，劉勝春，陳永虓，等.提高導(dǎo)線(xiàn)發(fā)熱允許溫度的試驗(yàn)研究［J］.電力建設(shè)，2003(8):24-26.

［21］葉鴻聲，龔大衛(wèi)，黃偉中，等.提高導(dǎo)線(xiàn)允許溫度的可行性研究和工程實(shí)施［J］.電力建設(shè)，2004(9):1-7.

［22］金 珩，王之浩.輸電線(xiàn)路動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)增容技術(shù)［J］.華東電力，2005(7):30-32.

［23］Douglass D A，Edris A，Pritchard G A.Field application of a dynamic thermal circuit rating method［J］.Power Delivery，IEEE Transactions on，1997，12(2):823-831.

［24］張啟平，錢(qián)之銀.輸電線(xiàn)路實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)增容的可行性研究［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2005(19):48-51.

［25］葉自強(qiáng)，朱和平.提高輸電線(xiàn)路輸送容量的研究［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2006(S1):258-263.

［26］Foss S D，Lin S H，F(xiàn)ernandes R A.Dynamic thermal line ratings part I dynamic ampacity rating algorithm［J］.Power Apparatus and Systems，IEEE Transactions on，1983，PAS-102(6):1858-1864.

［27］Howington B S，Ramon G J.Dynamic thermal line rating summary and status of the state-of-the-art technology［J］.Power Delivery，IEEE Transactions on，1987，2(3):851-858.

［28］Foss S D，Maraio R A.Dynamic line rating in the operating environment［J］.Power Delivery，IEEE Transactions on，1990，5(2):1095-1105.

［29］Foss S D，Lin S H，Maraio R A，et al.Effect of variability in weather conditions on conductor temperature and the dynamic rating of transmission lines［J］.Power Delivery，IEEE Transactions on，1988，3(4):1832-1841.

［30］Foss S D，Lin S H，F(xiàn)ernandes R A.Dynamic thermal line ratings part I dynamic ampacity rating algorithm［C］//San Francisco，USA:In IEEE Power Engineering Society Summer Meeting，1982.

［31］徐黨國(guó).動(dòng)態(tài)負(fù)荷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提高輸電線(xiàn)路的容量［J］.國(guó)際電力，2002(1):47-49.

［32］Seppa T O.A practical approach for increasing the thermal capabilities of transmission lines［J］.Power Delivery，IEEE Transactions on，1993，8(3):1536-1550.

［33］Raniga J K，Rayudu R K.Dynamic rating of transmission lines-a New Zealand experience［C］.2000.

［34］楊 鵬，房鑫炎.采用DTCR模型提高輸電線(xiàn)輸送容量［J］.華東電力，2005(3):11-14.

［35］房鑫炎，楊 鵬.動(dòng)態(tài)熱容等級(jí)(DTCR)模型及其實(shí)施方式［J］.華東電力，2005(7):11-14.

［36］任麗佳.基于導(dǎo)線(xiàn)張力的動(dòng)態(tài)提高輸電線(xiàn)路輸送容量技術(shù)［D］.上海交通大學(xué)，2008.

［37］任麗佳，盛戈嗥，李力學(xué)，等.動(dòng)態(tài)確定輸電線(xiàn)路輸送容量［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2006(17):45-49.

［38］楊靖超.基于弧垂在線(xiàn)檢測(cè)的輸電線(xiàn)路動(dòng)態(tài)增容技術(shù)［D］.北京:華北電力大學(xué)，2006.

［39］楊水麗.輸電線(xiàn)路動(dòng)態(tài)增容監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后臺(tái)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.北京:華北電力大學(xué)，2007.

［40］張 冰.輸電線(xiàn)路輸電容量動(dòng)態(tài)增容監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究［D］.北京:華北電力大學(xué)，2006.

［41］錢(qián)之銀.輸電線(xiàn)路實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)增容的可行性研究［J］.華東電力，2005(7):1-4.

［42］錢(qián)之銀，張啟平.提高華東電網(wǎng)500kV輸電線(xiàn)路輸送能力的措施［J］.電力設(shè)備，2005(10):12-17.

［43］凌 平，金 珩，錢(qián)之銀.提高輸電線(xiàn)路輸送容量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)增容技術(shù)的研究［J］.中國(guó)電力，2007(1):44-47.

［44］錢(qián)之銀，金 珩.利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)增容技術(shù)提高輸電線(xiàn)路輸送容量［J］.電力建設(shè)，2007(12):51-54.

［45］徐青松，季洪獻(xiàn)，侯 煒，等.監(jiān)測(cè)導(dǎo)線(xiàn)溫度實(shí)現(xiàn)輸電線(xiàn)路增容新技術(shù)［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2006(S1):171-176.

［46］徐青松，陳 寧，侯 煒，等.輸電線(xiàn)路動(dòng)態(tài)熱定額技術(shù)的應(yīng)用［J］.電力建設(shè)，2007(7):28-30.

［47］徐青松，季洪獻(xiàn)，王孟龍.輸電線(xiàn)路弧垂的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)［J］.高電壓技術(shù)，2007(7):206-209.

［48］張啟平，錢(qián)之銀.輸電線(xiàn)路增容技術(shù)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2010.

［49］Carrington R J.New technologies for transmission line uprating［C］//Orlando，F(xiàn)L，USA:1998.