500kV架空輸電線路短時(shí)增容的技術(shù)研究

田 靖 胡龍江

（國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司檢修公司鄂西北運(yùn)維分部，湖北 襄陽(yáng) 441000）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)的電力建設(shè)也得到了穩(wěn)定、持續(xù)的發(fā)展，發(fā)電形式從風(fēng)能、核能、再到三峽水能，大力的提高了我國(guó)的發(fā)電總量，有效的滿足了人們對(duì)電力的需求。據(jù)規(guī)劃，我國(guó)的裝機(jī)總量從2000年的319GW到2010年的754GW再到未來(lái)2020年的1160GW，其總量不斷地增加，也對(duì)我國(guó)架空輸電線路提出了較高的要求。但相對(duì)于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)相對(duì)滯后，電力供求也存在一定的不平衡問(wèn)題。并且與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)線路輸電水平受到輸電容量和負(fù)荷水平的限制，加之技術(shù)設(shè)備等原因，使得在超高壓輸電線路利用率與實(shí)際輸電容量較低的瓶頸仍然存在，區(qū)間供電能力仍然不足。因此，針對(duì)電網(wǎng)主線路采取提高輸送容量對(duì)于緩解用壓力具有十分重要的意義。

一、影響輸電線路容量的因素及研究現(xiàn)狀

500kV架空輸電線路的輸送容量的影響因素較多，如環(huán)境溫度、風(fēng)速、風(fēng)向以及日照輻射、導(dǎo)線物理性質(zhì)和線路所處的地理環(huán)境等都是影響線路容量的因素。一般可以采用動(dòng)靜兩種方法來(lái)進(jìn)行計(jì)算。目前，輸送額定容量主要是為了防止線路負(fù)荷增加產(chǎn)生熱故障而指定的靜態(tài)熱容量限值。是保守的基于惡劣氣象條件為維持對(duì)地安全距離得出的。一般不允許超出設(shè)計(jì)范圍，否則將造成設(shè)備故障。而影響輸電線路送電能力的因素也有很多，如電壓的穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的穩(wěn)定性等，目前，提供輸電容量的研究主要是從提高系統(tǒng)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性以及維持電壓的角度來(lái)考慮的。普遍采用柔性交流輸電技術(shù)、串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)、無(wú)功補(bǔ)償平衡技術(shù)、緊湊型輸電技術(shù)以及同桿多回技術(shù)等，并且相關(guān)研究在實(shí)踐中取得了一定的成果。

二、輸電線路動(dòng)態(tài)熱容量的計(jì)算

在限定的條件下，由于電流作用使得線路產(chǎn)生一定量的熱，因此在提高輸電線路輸送容量的同時(shí)，應(yīng)當(dāng)保證導(dǎo)線允許的最高溫度，這樣避免造成導(dǎo)線燒損破壞，提高輸定的質(zhì)量，保障其使用壽命，因此，我們首先需要對(duì)動(dòng)態(tài)熱量進(jìn)行計(jì)算。通常在氣象條件和電流的雙重作用下，載流輸電線路的溫度會(huì)是一個(gè)較穩(wěn)定的數(shù)值，此時(shí)，導(dǎo)線的散熱功率和吸熱功率一直，人后在依靠輸電線路的有關(guān)熱平衡方程，就可以得到在該熱平衡狀態(tài)下輸電線路容量的計(jì)算公式。而目前能夠計(jì)算熱容量的公式很多，并且不同國(guó)家在計(jì)算中會(huì)因關(guān)注的因素不同而存在差異，因此，在計(jì)算中存在誤差是不可避免的。鑒于架空線允許的載流量由諸如電阻、風(fēng)速、環(huán)境溫度等眾多因素的影響，但是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的值，我們可以采用以下熱平衡公式來(lái)計(jì)算熱容量：

其中：I2R（Tc）表示的為架空線其在單位長(zhǎng)度內(nèi)而產(chǎn)生發(fā)熱功率（單位：W/m）；QS表示的是單位長(zhǎng)度上架空線所具有的日照吸熱功率（單位：W/m）；Qr表示的是單位長(zhǎng)度上架空線所產(chǎn)生的輻射散熱功率（單位：W/m）；Qc表示的是單位長(zhǎng)度上架空線所產(chǎn)生的對(duì)流散熱功率（單位：W/m）；I表示的是架空線所具體負(fù)載的電流（單位：A）；R為架空線溫度為t時(shí)單位長(zhǎng)度的交流電阻（Ω/m）。

若導(dǎo)體中電流產(chǎn)生的熱量去向有兩個(gè)，一是向周圍介質(zhì)的傳遞耗散；二是提高導(dǎo)體自身溫度，這兩者之間表現(xiàn)出的是一種動(dòng)態(tài)的分配方式，并會(huì)持續(xù)到導(dǎo)體表現(xiàn)為穩(wěn)態(tài)，而導(dǎo)體所具有的發(fā)熱溫度也將保持在穩(wěn)態(tài)溫升，也可以有上述公式表示。

三、提高輸送電路輸送容量的判據(jù)

在基于N-1條件下，并在上述熱平衡的基礎(chǔ)上，對(duì)短時(shí)內(nèi)提高輸電線輸送容量方案的可行性進(jìn)行了分析。

1 相關(guān)應(yīng)力判據(jù)。即判定輸電線可以承受的最大應(yīng)力，這是由于在線路架設(shè)成功后，輸電線的應(yīng)力不是固定的，而是沿著導(dǎo)線的方向發(fā)生變化，且還會(huì)隨弧垂的改變而變動(dòng)。在對(duì)輸電線應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算時(shí)，需要對(duì)自重比、冰載比、風(fēng)壓比等進(jìn)行計(jì)算，通常都有固定的公式，如自重比載公式：

q代表單位長(zhǎng)度下的導(dǎo)線質(zhì)量，單位：kg/m；A代表的是導(dǎo)線截面積，單位：mm2。

而冰重比載與重力方向一致，公式為：

b代表冰層厚度，單位：mm；通過(guò)對(duì)各個(gè)指標(biāo)的測(cè)定，然后根據(jù)固定的公式來(lái)取的相應(yīng)應(yīng)力值。

輸電線弧垂的確定。若計(jì)算得到輸電線的應(yīng)力小于其極限值，則弧垂的改變可以逆轉(zhuǎn)。而弧垂所具有的限值，多取決于輸電線與地面之間的安全距離長(zhǎng)度，當(dāng)桿塔高度確定，假若弧垂太大，那么就可能出現(xiàn)安全隱患，乃至于導(dǎo)致一些重大的放電險(xiǎn)情等等。一般計(jì)算弧垂的方法有兩種，一是按照拋物線原理進(jìn)行，二是利用懸鏈線原理進(jìn)行計(jì)算。后者主要依據(jù)是沿線長(zhǎng)單位負(fù)荷均勻分布，其懸掛式柔索具有一定的張力。一般來(lái)講拋物線法計(jì)算的得弧垂結(jié)果偏低，但由于懸鏈法公式復(fù)雜，在一般的工程設(shè)計(jì)中，采用拋物線法計(jì)算，這樣就會(huì)使得導(dǎo)線拉得較緊，從而使其應(yīng)力高于實(shí)際值。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在提高輸電線路輸送容量時(shí)，應(yīng)當(dāng)綜合考慮如風(fēng)壓、熱容量、自重、冰重載比等因素，并計(jì)算相關(guān)的應(yīng)力和弧垂，從而設(shè)計(jì)科學(xué)的提高輸送容量的方案，并保證電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。而隨著技術(shù)發(fā)展的日漸成熟，增容技術(shù)將在500kV架空輸電線路中得到有效的開發(fā)，具有良好的應(yīng)用前景。

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