220 kV交流输电线路的利用率分析

王　亮，王启龙，吴衍达，曹建梅

（1.山东电力调度控制中心，济南　250001；2.国网山东省电力公司菏泽供电公司，山东　菏泽　274012；3.国网技术学院，济南　250002）

220 kV交流输电线路的利用率分析

王亮1，王启龙2，吴衍达2，曹建梅3

（1.山东电力调度控制中心，济南250001；2.国网山东省电力公司菏泽供电公司，山东菏泽274012；3.国网技术学院，济南250002）

输电线路的利用率是评价电网运行效率、指导电网规划的重要指标。提出基于时序分析法的输电线路利用率综合评估方法，通过输电线路利用率的概率分布特征评估输电线路的利用率。以4条典型220 kV输电线路为例，利用其SCADA实测数据综合分析了输电线路的利用率。算例分析表明，该方法能够较为全面地分析电网输电线路的利用率，对于完善电网规划具有指导意义。

输电线路；利用率；统计分析；SCADA

0　引言

输电线路是电力系统的重要组成部分，是电力传输的主要通道［1］。按照传输电流形式的差异，输电线路可以分为直流输电线路和交流输电线路两类。直流输电线路可以通过换流站实现对直流传输功率的精确控制，其运行功率一般都运行在额定设计功率附近，具有较高的线路利用率［2］。但是，对于交流输电线路，由于电网中交流线路呈网状结构，各交流输电线路所传输的功率基于基尔霍夫电流定律自由分布，难以对特定交流输电线路传输功率进行精确控制，交流输电的利用率往往随着运行方式的改变而变化。因此，为保证交流输电线路的正常运行，其设计传输容量需要考虑当前和未来一定时期内线路的负荷变化情况，并参考一定的规程进行选型和设计［3-4］。

输电线路的传输容量主要由线路自身的热稳定性和电力系统的稳定性决定［5-6］。对于孤立的输电线路，其热稳定性主要是校核线路长时间过载导致的设备损坏，反映为线路最大传输电流，与线路的材料、结构、设计等相关，并决定额定外部环境下输电线路的额定传输容量［7］。由于输电线路总是作为电力系统的一部分连接系统中的不同元件，线路的电气参数（长短）与其实际传输功率会影响电力系统的稳定性，如电压稳定性、动态稳定和静态稳定等［8］。因此，受系统安全稳定性的约束，输电线路的实际传输容量通常低于其热稳定约束下的额定传输容量，如高电压等级的远距离输电线路。对于电压等级较低的短线路，其安全稳定约束下的容量极限甚至会超过其热稳定极限，此时线路的热稳定最大传输容量是限制输电线路最大输送功率的主要因素［9］。

理论上，在设定的规划时段内线路负荷达到设定运行功率，才能充分利用线路的输电容量，提高投资效益。但是在实际运行过程中，由于系统负荷不会完全按照预想发展，会出现输电线路利用率较低的情况，导致输电线路投资无法实现最大化。

针对输电线路的利用率评估问题，首先提出输电线路利用率的时序分析方法，定义了输电线路利用率的分析指标，并根据实测数据对某电网的220 kV线路进行了利用率分析，最后讨论了输电线路利用率分析结果对电网规划的指导作用。

1　输电线路利用率综合分析指标

考虑到220 kV线路往往长度较短，其容量主要受限于热稳定性，因此从线路自身的热稳定性入手，使用电流对输电线路的利用率进行综合评价分析。

1.1电流概率分布统计

为评估输电线路电流水平的分布情况，对电流总体分布特征进行统计分析，具体指标定义为每百安培电流出现累积时间占总统计时间的比例，即

式中：Imin为统计区段内的电流最小值；Imax为统计区段内的电流最大值；Ttotal为总统计时间。

通过对电流统计时间的概率分析，可以通过直方图直观地找出线路运行过程中最经常出现的电流水平，以及最高负载电流水平和最低负载电流水平。

1.2线路利用率的基本指标

对于特定时刻输电线路的利用率η，可以由其实时电流I与线路最大允许运行电流之比进行定义。由于220 kV线路普遍较短，影响其输电能力的主要是线路的热稳定性水平，因此，可以使用I与线路热稳定极限最大允许电流之比定义线路在电流为I时的利用率，即

式中：Ithermal为线路的最大允许运行电流，可以通过查阅典型220 kV线路手册获得。

1.3线路日最大利用率和最小利用率

输电线路在规划时需要考虑线路在运行过程中可能出现的最大负荷，因此需要分析线路的日最大利用率［10-11］，以评估线路是否能够满足用户供电需求。同时，本文还进一步定义了输电线路的最小利用率指标，以反映线路运行过程中的最低负载运行状态。输电线路的日最大、最小利用率分别为

式中：ηmax为日maxmin日最小利用率；I′min为最小电流。

1.4线路日负载峰谷差

对不同事件段内的日最大利用率和最小利用率进行统计分析，可以得到输电线路在不同时间段内的负载波动情况。为更进一步衡量这种日负载波动情况，可以用每日的最大和最小利用率之差定义输电线路负载的波动峰谷差，以分析日峰谷差变化情况。线路日负载峰谷差的具体指标为

1.5线路日平均利用率

为分析单一线路一天内的负载变化，可进一步分析线路日负载均值的变化规律，统计线路利用率的代数平均值和均方差为

式中：n为一天内的电流量测值数据点个数。当1 min一个采样点时，n=1 440。

线路日平均利用率越高，说明该线路的日平均负载普遍较高；均方差越小，说明该线路日负载量比较稳定，接近平均值，离散性小。

2　算例分析

根据输电线路利用率的综合指标，以某电网同型号的4条电压等级为220 kV的线路为例，进行输电线路利用率的综合分析。该4条输电线路的型号为JL/G1A-2400，长期允许的载流量为2 798 A，线路1～4长度分别为39.2km、12.74km、7.03km和43.5km。4条线路的量测数据取自SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系统，数据采样间隔为1 min。

2.1电流概率分布统计

选取4条线路2015-01-10至2015-02-10的电流量测数据，并对电流数据进行统计。假设线路两端电流的最大值为线路电流，4条线路电流分布直方图如图1所示，图中电流量测值采样区间间隔为80 A。

由图1可知，不同线路的负载状态差异明显。线路1有80%的电流量测值为240～400 A；线路2的负载量较小，电流集中于80～160 A；线路3有50%负载电流为80～160 A，30%负载电流为160～240 A；线路4负载变化较大，电流分布比较分散，大多为80～240 A。

图1　电流统计直方图

2.2线路日最大和最小利用率统计

对4条线路在不同自然日内的最大利用率和最小利用率进行分析，可得如图2和图3所示的统计曲线。

图2　线路日最大利用率

图3　线路日最小利用率

由图2和图3可知，线路1和线路3的日最大利用率和日最小利用率的变化规律基本一致，即日最大利用率较高的日子里，日最小利用率也较高；线路4的日最大利用率和日最小利用率的变化趋势不相同，在1月份线路最大利用率变化较小的情况下，线路最小利用率在1月18日出现了一个高峰；线路2的日最大利用率和最小利用率波动较小，基本维持在8%和5%左右，表明该线路的负载状态较为稳定。

分析线路1和线路3部分时间内日最大利用率和最小利用率发生的时刻，如表1和表2所示。

表1　线路最大利用率发生时刻统计

表2　线路最小利用率发生时刻统计

由表1和表2可知，从总体来看，两线路的最高利用率多出现于11时至12时、18时、22时至23时；而最小利用率则多出现于凌晨0时至4时。由此可知，输电线路的利用率与居民日常用电较为密切。

2.3线路平均利用率统计分析

为整体了解线路利用率及变化情况，对4条典型线路的日利用率平均值和标准差进行分析，结果分别如图4和图5所示。

图4　线路日平均利用率均值

图5　线路利用率日利用率标准差

由图4～5可知，线路1电流日平均利用率最高，为20%左右，远远高于其他3条线路，线路2、线路3的利用率不足10%，线路4的利用率在10%左右。线路3的利用率在2015-01-27至2015-02-05之间出现了下降，表明该线路的利用率随系统调度运行方式的变化而出现了显著降低。线路2的利用率均值在所考察的时间段内一直保持为6%～7%，且利用率的标准差也一直维持在1%。这表明在这段时间内，线路2的总体利用水平一直较为平稳。

3　结语

提出了基于时间序列的输电线路利用率综合评价指标，并对4条典型线路利用率进行了分析。

在同一时间段内，不同输电线路的利用率不同，统计特征差别明显。因此，电网同一电压等级的不同输电线路的利用率呈现显著的不平整性。为综合评估某一电压等级电网的总体利用率，需要综合分析所有线路的负载情况。

所分析220 kV线路的利用率较低，实测功率远远低于最大传输功率，容量裕度大，这表明目前这些线路尚未达到其最优的运行点，设备投资效率有待进一步提升。因此，需根据线路负载的变化情况适当调整电网的规划方案，进一步提高系统的经济性。

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Utilization Rate Analysis of 220 kV AC Transmission Lines

WANG Liang1，WANG Qilong2，WU Yanda2，CAO Jianmei3
（1.Dispatch and Control Center of Shandong Electric Power Corporation，Jinan 250001，China；2.State Grid Heze Power Supply Company，Heze 274012，China；3.State Grid of China Technology College，Jinan 250002，China）

The utilization rate of transmission lines is an important index to evaluate the operation efficiency of power grid，and guide the plan of future power systems.A time serial method is proposed in this paper to evaluate the utilization rate of transmission lines.The statistical distribution of the utilization rate is adopted to analyze the utilization of transmission lines. Four transmission lines are examined with field SCADA data to check their utilization rates.Examples show that the proposed method can evaluate the utilization of transmission lines efficiently，and results obtained are useful for plan.

transmission lines；utilization rate；statistical analysis；SCADA

TM732

A

1007－9904（2016）08－0011－04

2016-05-31

王亮（1979），男，高级工程师，从事电网分析计算工作；

王启龙（1971），男，高级工程师，从事电网调度自动化控制工作；吴衍达（1989），男，从事电力系统运行与分析工作。