输电线路增容技术发展情况

林吉，康小平，胡元辉，郑振华

(浙江宁波电业局，浙江 宁波 315000)

1 引言

架空输电线路的输送容量与环境温度、风速、风向、日照辐射、导线的物理特性和导线所处的地理位置等因素有关，分为静态和动态两种计算方法。目前输送的额定容量是为防止线路负荷增加时产生过热故障而制定的线路静态热容量极限值［1］。这种极限值是保守地基于最恶劣气象条件(如晴天高温、无风等)，为维持线路对地的安全距离而得出的。而这种定义的最恶劣天气同时可能发生的概率很小，文献［2］统计仅为0.02%。实际上，在绝大多数情况下允许输送容量超出一些，是不会造成设备故障和系统损坏的。

动态提高输电线路输送容量(Dynamic Line Rating，DLR)技术是在不突破现行技术规程规定的前提下，对导线运行状态(导线张力、弧垂、温度等)和气象条件(环境温度、日照、风速等)进行实时监测，以实时计算线路载流能力，从而保证输电线路在安全运行的基础上，最大限度地提高线路的输送能力。

本文将介绍提高输电线路输送容量的方法，在此基础上介绍输电线路动态监测方法，并分析不同方法的优缺点。

2 提高输电线路输送容量的方法

影响输电系统送电能力的因素很多，如运行方式的变化、送受端系统的无功电压水平、输电系统中间电压支撑水平以及运行安全裕度的考虑等。为了提高输电线路的输送容量，普遍采取的措施主要有以下几种:

(1)采用特高压技术

我国1000kV特高压交流输变电和±800kV特高压直流输电工程已经立项建设。

(2)柔性交流输电技术(FACTS)

FACTS技术是基于电力电子技术改造交流输电的系列技术，对交流电的无功(电压)、电抗和相角进行控制，从而有效提高交流系统的安全稳定性，使交流输电系统具有更高的柔性和灵活性，可以有效增加输电线路的容量，提高线路利用率。目前常用的FACTS装置主要有统一潮流控制器、可控串联补偿器、静止补偿器等。

(3)串联补偿技术

串联补偿装置能有效降低输电系统间的电抗值，提高输电能力和系统运行的稳定性，是我国提高输电线路输送能力的重要手段。

(4)动态无功补偿技术

动态无功补偿技术可根据系统需要快速调节无功、维持母线电压在额定值附近。控制无功潮流，提高线路的输电能力是动态无功补偿技术在输电系统中的主要作用之一［3］。在一些长距离输电线路的中间安装一定容量的无功静止补偿装置(SVC)能够提高线路的输送能力。

(5)同杆多回和紧凑型输电技术

同塔(杆)多回输电技术是指在一个杆塔上架设2回及多回线路［4］。紧凑型输电技术是通过减少输电线相间距离和改变排列方式而减少线路波阻抗，增加容抗，提高线路的自然功率，从而提高线路输送容量的，并减少了占用走廊。

(6)大截面耐热导线

一般情况下，短距离输电线的输电能力主要取决于线路的热容量限制，因此需根据负荷密度和输电容量选择合适的线路型号和导线截面。

3 输电线路动态监测方法

3.1 基于气候监测的DLR技术

基于气候监测的DLR技术是通过实时的导线电流值和气象站实时监测的气候参数计算导线的输送容量。EPRI早期开发的DYNAMP系统和ElectroTech公司的LINEAMPS系统就是这种类型的系统。EPRI的DYNAMP系统是基于IEEE的架空裸导线的热模型，与导线的温度、电流和气候等参数有关。LINEAMPS是一个基于气候的专家系统，它考虑了一个地区的天气历史纪录，以此信息来计算容量，并预测未来的容量。它包括一个学习机，有学习功能。基于气候监测的DLR技术很经济，并容易扩展。然而，一整条线路中，由于地域的变化，天气也会发生变化，而微气候信息无法从气象站获取。因此，这种方法不适于微气候地区内线路的增容。

3.2 基于直接温度测量的DLR技术

美国Niagara Mochawk公司开发的Power Donut就是基于直接导线测温的装置，通过一个安装在导线上的环形结构装置来监测导线的温度、负载和气候参数。另外EPRI早期开发的DRCR系统也是采用温度测量技术的。国内的输电线路增容方法也大多采用这种测量技术，如杭州雷鸟公司采用的球形结构导线测温装置如图1所示。

图1 导线测温装置

直接温度测量方法提供了导线的实时数据，计算的结果比基于气候监测的方法更准确。不足之处在于投资大，并且测量的仅仅是导线某一点的温度，并不是导线的平均温度。如果要测量准确，需要沿线装设较多采集装置，然后取其平均值，这样就大大增加了成本，不符合经济性的要求;用红外测温装置则要沿着线路多点测量，费时费力。而且沿导线方向温度变化比较大，即使在一个档距内，温度也会有一定的变化。再加上由于地域的差异和微气候的影响，一条线路上测量的导线温度会相差很多。

3.3 非接触红外测温

这种方法将红外摄像头安装在杆塔上，直接拍摄测量导线温度(如图2所示)。非接触式红外测温也叫辐射测温，一般使用热电型或光电探测器作为检测元件。此温度测量系统比较简单，可以实现大面积的测温，也可以是被测物体上某一点的温度测量;可以是便携式，也可以是固定式，并且使用方便;其制造工艺简单，成本较低，测温时不接触被测物体，具有响应时间短、不干扰被测温场、使用寿命长、操作方便等优点。

但利用红外辐射测量导线温度，也必然受到导线发射率、测温距离、环境等外界因素的影响，其测量误差较大。

图2 非接触红外测温系统

3.4 DGPS方法

该方法由两个GPS装置组成，一个安装在铁塔上，另一个安装在导线上。由两个GPS装置测得的坐标值，可以得到导线的弧垂。DGPS技术的价值在于以更少的时间实现更高的精度。

图3 DGPS弧垂测量

它的主要缺点是有两套GPS装置，因此要解决它们之间的通信问题，还存在数据处理的问题，必须要减小噪声、提高精度。并且如果两套装置相隔较远，误差会加大。另外GPS系统必须要有电源支持，安装在铁塔上的GPS可以用一般的传统电源，但是导线上GPS的电源就必须要来源于导线本身。目前已经开发出了一种来源于导线的直流电源装置，但是还存在电晕干扰方面的问题。

3.5 基于张力测量的DLR技术

美国Valley公司开发的CAT－1产品，其核心技术是通过直接测量导线张力确定输送容量的。张力传感器安装在导线耐张段两端的绝缘子串上，CAT－1主单元还包括两个传感器:一个测量环境温度;一个测量日照辐射温度。主单元存储采集到的数据，并将数据发送给监测主站进行处理。

图4 导线张力测量法

张力监测装置测量的是整个耐张段的导线张力，最后能给出耐张段内各个档距内的弧垂和平均温度，使导线在更长的范围内结果更准确，并节省了开支。

因为设备安装在低压端，不存在污闪问题。将数据采集终端模块安装在金属盒内，起到屏蔽作用，能有效防止强电干扰。由于用到了代表档距的概念，基本消除了绝缘子串相对很小的纵向拉力的影响，但是存在一定的误差，必须要经过校准。但为了得到较准确的导线温度，此系统在安装初期线路必须长期或经常的停电(至少几个月)，以获取较大范围的净辐射温度(Net Rediation Temperature，NRT)来拟合出导线温度曲线。同时这种方法也无法避免高温时导线温度估计不准的问题。

4 总结

本文分析了气候监测、直接测温、红外测温、DGPS、张力测量等多种输电线路增容技术，并各种技术的优缺点进行了分析，可为相关技术的研究人员和电网运行人员提供参考。

［1］DL/T 5092－1999.110－500kV架空送电线路设计技术规程［M］.北京:中国电力出版社，1999.

［2］Foss S.D.，Lin S.H.，Fernandes R.A.，Dynamic thermal line ratings:Part I.Dynamic ampacity rating algorithm.IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems，1983，PAS －102(6):1858 －1864.

［3］任丕德，刘发友，周胜军，动态无功补偿技术的应用现状［J］.电网技术，2004，28(23):81 －83.

［4］张嘉旻，葛荣良，同塔多回输电技术特点及其应用分析［J］.华东电力，2005，33(7):23 －26.