河北省南部电网输电环节智能化建设分析

贾伯岩，何瑞东

(河北省电力研究院，石家庄 050021)

河北省南部电网(简称“河北南网”)北联京津唐电网，西接山西电网，南联河南电网，东接山东电网,是我国“西电东送、南北互供、全国联网”的重要通道。2012年，我国第一座1 000 kV特高压变电站(冀南变电站)将在河北南网建成。到2015年，河北南网的西部将维持南北双回500 kV主干通道，依托冀南特高压变电站，东部网络将形成多环的“目”字结构。2020年以后，随着沧州特高压变电站的建成投产，河北南网500 kV线路将扩建为双回，形成以2座特高压变电站为中心的500 kV多环网结构。

特高压输电线路在河北南网的建设和投运，对线路的运行维护提出了更高的要求，但目前河北南网输电设备的运行维护与装备管理较为粗放；线路巡视检测、评估诊断和辅助决策的技术手段还不够完善；对线路运行状态、局部微气象和走廊环境监测不足，500 kV主网仍需要不断完善。因此，推进河北南网输电环节智能化建设，积极应对未来电网发展所面临的新形势，是适应稳定、经济、清洁、安全的现代能源供应体系的客观需求。

1 输电环节智能化建设的目标及规划

1.1 建设目标

河北南网输电环节智能化建设，应按照线路运行维护的实际需要，并结合已开展的相关工作，体现技术前瞻性，注重扩展性和可操作性，坚持功能明确、重点突出、试点先行的原则，实现以下目标：综合运用输电线路状态监测系统和数字化地理信息系统(GIS)，建成输电线路运行、监测、检修及管理一体化平台，实现对线路输送功率的实时监测、预测和对输电环节的集约化管理。采用静止无功补偿器(SVC)等柔性输电技术提高线路输送能力，提高电网运行的灵活性、快速性，降低网损，实现更可靠、更安全、更节能、更经济的电力输送。

1.2 建设规划

按照国家电网公司建设统一坚强智能电网的总体安排，河北南网输电环节智能化建设将在“十二五”全面展开，并在“十三五”进一步引领提升。

第一阶段(2009-2010年)，试点应用输电线路状态监测装置，制定状态监测装置的安装原则，建设示范工程；实现各类状态监测装置与数字化GIS的对接；开展石门220 kV变电站SVC安装试点工作。

第二阶段(2011-2015年)，在河北南网主网架上安装状态监测装置；构建基于三维GIS的数字化输电线路运行管理、状态检修平台，并与状态监测系统结合，实现部分业务板块一体化集成；推广应用SVC技术，解决沧州临港工业区钢铁负荷集中区域的渤海变电站、保定涞源风电集中接入的白石山变电站的电压波动问题，以及邢台特高压变电站投产初期，特高压电网薄弱对河北南网500 kV网络电压的不利影响。

第三阶段(2016-2020年)，建立全面的状态监视系统，建成输电设备状态监测中心；使基于三维GIS的输电运行管理、状态检修平台，实现全数字、全网络、高清晰、精细模型的多维数字集约化管理，为输电设备状态监测中心的建设服务；全面应用SVC和静止无功发生器(SVG)，并试点应用故障电流限制器(FCL)。

2 输电环节智能化建设的主要技术支撑方式

2.1 输电线路状态监测系统

输电线路状态监测系统通过收集和分析安装在输电线路铁塔、导地线和绝缘子等设备上状态监测装置的实时数据，实现对输电线路设备状态参数、气象条件和通道环境的实时监测。该系统对提高线路的安全运行水平，改善系统安全稳定运行状态，构建坚强智能电网意义重大。

目前，河北南网输电线路状态监测系统的应用处于试点阶段，仅在河北超高压输变电分公司所属500 kV潞辛Ⅰ线N236塔，500 kV潞辛Ⅱ线N214塔、N215塔装设了3套杆塔倾斜状态监测装置。由于状态监测装置应用较少，缺乏相关的实际运行经验，其选择和布点安装原则还有待进一步的研究。

在河北南网输电环节智能化建设中，一是，增加输电线路监测参数种类，完善现有监测技术，提高运行中状态监测设备长期运行的可靠性，改进数据通信方式，统一数据接口，为线路生产管理及运行维护提供种类齐全、格式统一的共享数据；二是，通过先进的状态监测，以及诊断手段、可靠性评价手段、寿命预测手段判断设备的状态，识别故障的早期征兆，对故障部位及故障程度、发展趋势做出判断，并提出安全预警，主动实施维修；三是，建立输电线路状态监测中心，将全网监测数据集中分析，统一管理，与生产MIS紧密结合，实现信息的全网共享，最终建立具有自检测、自评估、自诊断的智能输电设备状态监测技术体系。

2.2 数字化GIS

GIS应用于智能电网建设，可以满足电网统一资产管理，生产、营销等业务系统整合的需求，具有对电网、设备及其属性的直观显示、快速查询、有效统计等功能，进行实时信息连接功能，能准确地进行用电负荷定位、线路查询及为维修该线路提供合理方案等，能很好地满足电力供应的需求及供电网络安全运行的需要。GIS是智能电网的重要组成部分和基础信息平台，可以结合其他信息系统，共同构筑智能电网的信息支撑系统，为打造坚强的智能电网奠定信息化的基础。

目前，河北南网已初步建成了输电线路GIS。该系统已完成河北南网35 kV及以上电压等级输电网的构建，实现了图形化管理，为电网规划设计和运行管理提供各种辅助性工具和实用的规划设计专业功能，可以直观查询、动态浏览电网建设成果，指导电力设计、规划和管理。但该系统在输电网的应用仍局限于规划设计等局部范围，多维可视化程度低，利用GIS系统整合信息资源，深度分析业务及空间数据的功能还有待进一步开发。

河北南网在数字化GIS建设中，主要侧重于以下技术开发与应用：一是，输电线路设备、通道环境和地理信息的3D建模技术、虚拟现实技术和三维GIS技术，进行直观的三维可视化展现；二是，建立基于三维GIS的数字化输电线路运行管理平台，实现线路设备管理、运行管理、检修管理、应急管理和仿真培训等功能；三是，建立数字化和智能化的输电线路运行管理中心，实现基于三维GIS的输电线路运行、维护、检修，以及数字化的输电线路设备管理；四是，建成3D模型的智能化输电线路全景展示平台，为调度和运行人员掌控输电线路运行状况提供形象直观的观察分析手段。

2.3 SVC等柔性输电装置

采用先进、成熟的SVC等柔性输电装置，将提高线路的输送能力，电网电压、潮流的控制能力将更加灵活。SVC使用晶闸管来快速调整并联电抗器的容量及投切电容器组，通过动态无功功率调节，实现无功功率的就地平衡，避免远距离输送无功功率，从而提高系统有功功率输送容量，有效降低网损，并可在故障发生时起到维持电压水平，消除电压闪变、平息系统振荡等作用，从而提高电力系统的稳定性。

河北南网系统无功功率补偿绝大部分采用固定容量的电容器组和电抗器，不能灵活快速补偿系统的无功损耗或充电功率，特别是在负荷变化较大(如钢铁、电铁负荷)的区域，存在电压波动大、电能质量差等问题。同时，随着河北南网电源容量和负荷密度的增加，特别是特高压变电站投运后，网络结构更加坚强，短路电流增加较大，越来越难以控制，特别是位于枢纽地位的廉州、彭村、石北500 kV变电站，其500 kV侧短路电流水平接近63 kA，220 kV侧在采取加装中性点小电抗、分段运行的措施后仍接近50 kA，临近或超过设备短路水平，抗短路能力有待提高。

目前，河北南网正在试点应用SVC，已在沧州刘屯220 kV变电站投运，该套设备安装在10 kV母线上，采用固定容量的补偿电容器以及10 MVar的动态感性补偿电抗器。在河北南网输电环节智能化建设中，应进一步加强SVC的试点推广工作，并在500 kV枢纽变电站试点应用FCL技术。

3 结束语

输电线路智能化涉及领域较广，许多技术尚未成熟，许多问题有待进一步研究，但随着输电线路状态监测、GIS和SVC等新技术的应用，输电环节智能化建设将不断推进，会大大提高输电线路检修的工作效率和运行管理水平，并使输电网成为坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的新型电网，使电力工业在服务经济社会发展中发挥更加重要的作用。

参考文献：

[1] 孙才新．输变电设备状态在线监测与诊断技术现状和前景[J]．中国电力，2005，38(2)：1-7．

[2] 陈雄波，孟遂民，秦红玲．基于GIS的输电线路运行管理系统数据库设计[J]．电力建设，2005，26(8)：65-70.