基于状态感知技术的输电线路动态增容研究

2021-01-25吴烨铭窦亚超史永强查沁钰

通信电源技术 2020年18期

葛翔，吴烨铭，窦亚超，史永强，王文，查沁钰

（南京工程学院电力工程学院，江苏南京 211167）

0 引言

随着我国经济的迅速发展，用电负荷也在快速增长，并且已经超出了输电线路的建设速度。因此，如何提高已有线路的输送容量成为当前急需解决的问题。由输电设备的基本知识可以知道，导线温度与环境温度差额较大时导线的载流量会上升。但由于导线运行温度的上升会导致导线电阻上升，从而致使载流量下降，两者不是简单的线性关系。动态增容技术是我国提高输电线路容量的一种非常直接的方法，实质是通过实时监测导线状态和各种外部气象环境条件，计算导线能提升输送载流量的空间，在尽量不损耗导线机械强度的情况下提升导线的运行温度，从而引导增容。

1 动态增容系统结构的设计

动态增容系统经过在线监测系统监测导线后可及时反映导线状态和气象条件，同时结合导线性能，分析计算出输电线路的容量可以提升的空间。在线监测系统主要由采集终端、SCADA系统以及主站系统等部分构成。其中，采集终端采集实时数据，如温度、湿度以及风速等，并将采集到的数据传送给主站系统。主站系统根据数据计算出载流量可以提升的空间和此时最大的载流量，与SCADA系统得到的线路载流量形成对比。在线监测系统也需要选取恰当的监测点，从而得到更准确的运行参数来计算增容[1,2]。

2 载流量的计算方法研究

2.1 计算条件

计算输电线路载流量时通常用到的参数包括风速、环境温度、光照强度、吸收系数、辐射系数、传热系数以及电阻率等。铝线电阻率按照标准为2.85×10-8Ωm，导线的最高温度为70 ℃。我国国土较为宽广导致气象条件并不一致。在计算载流量时，一般设定风速为0.5 m/s，环境温度为40 ℃，日照强度为1 000 W/m2，辐射吸热系数为0.9。

2.2 计算公式

导线载流量计算公式一般考虑使用英国的摩尔根公式，其包含的参数影响因素比较多而且有一定的实验基础[3]。在一定条件下简化公式后，可得载流量公式为：

式中，θ为导线的载流温升，单位为℃；V为风速，单位为m/s；D为导线外径，单位为m；ε为导线表面的辐射系数，一般取0.9；斯特藩常量S=5.67×10-8W/m2K-4；tc为环境温度，单位为℃；γ为导线吸热系数，一般取0.9；Is为光照强度，单位为W/m2，通常取值为1 000。如果要提高精度，可采用实时光照强度。Rdc(20)为20 ℃时的直流电阻单位为Ω/m，电缆的参数手册中给出的参数单位为Ω/km，所以要除以1 000。α20为温度20 ℃时电阻的温度系数，t为导线实时温度。此外，交直流电阻比β=μIσ，μ为常系数，σ为常指数。

3 动态增容算法研究

动态增容系统的显示界面如图1所示。

图1 动态增容系统显示界面

系统中包含3部分显示。第1部分为动态定额、静态定额、实测电流以及隐性载流量的实时显示曲线，第2部分为动态定额、静态定额、实测电流以及隐性载流量的实时显示数值，第3部分为线路参数、环境参数以及导线温度的实时显示。图中曲线可以反映出增容能力。

系统中各载流量的计算算法如下。计算实际载流量If时，根据实时的外部环境等参数，利用简化后的摩尔根公式计算出线路运行的实时载流量。计算静态电流限额Is时，在边界条件下，可利用简化的摩尔根公式计算出导线载流量。计算动态电流限额Id时，根据实时的导线运行参数和外部环境参数，利用简化后的摩尔根公式计算出线路运行的最大载流量。隐性载流量Iy等于动态电流限额减去实际载流量，即

4 动态增容的计算与验证

LGJF400/50型钢芯铅绞线的标准截面为400/50mm2，常数μ取0.771 8，σ取0.043 4，外径D=0.022 62 m，表面辐射系数ε=0.8，表面吸热系数γ=0.8，20 ℃时的导线直流电阻Rde(20)=0.000 072 3 Ω/km，α20为20 ℃时的电阻温度系数，取值为0.003 6。式（1）简化后得公式（2）如下：

利用Matlab进行仿真，其仿真代码如图2所示。

以此代入不同时间点的环境参数，得到数据结果如表1所示。

导线运行温度实际上要比最高允许温度70 ℃低一些，这说明输电线路的输送容量还存在着提升空间。在其他条件参数不改变的情况下，升高温度会提升载流量，提升导线可以承担运行的电流值上限。但是载流量和温度之间并不是简单的线性关系，电能损耗和载流量的指数形式相关，所以需要在一定的温度内保护导线。数据表明，在限制温度内，不改变外部环境参数只增加温度，载流量最大可提升30%左右，大大提升了输电线路的输送容量。