提高配网供电能力技术的研究和应用

乌鲁木齐电业局 张伟奎 梅成磊

新疆电力公司 张振泉

1.引言

现有的导线载流量都是在+70℃的最苛刻条件下的经济载流量，因导线的运行环境差异，导线的热效应差别很大，导线的实际最大负载量有很大的提升空间。就目前实现扩能的方式来看，国内外电力企业主要采用增大导线截面、提高导线运行温度或更换新型高温导线等方法实现。这些方式或多或少仍然需要资源投入，甚至需要对输电线路杆塔进行改造。

事实上，输电线路运行中往往留有较大的余量，而且随着输电线路运行环境的不同(如环境温度、湿度、风力、光照等综合参数)，这种余量会随时改变。输电线路动态增容技术则在综合考虑环境参数的基础上，利用调度实时监测等数据，对需要扩能运行的线路进行运行监测、动态分析、跟踪与报警，供线路、调度等人员参考，便于处理故障和合理安排运行方式，力争最大限度地提高输送容量，达到输电线路动态增容的目的。

2.解决方案

图1 系统结构图

图2 监测装置结构图

通过比较分析“新配出线路或增加电源点”与“不突破导线最高允许温度的前提下，通过增加相应的配电设备保证末端电压质量，充分挖掘配电线路潜在的输送容量”两种方案的经济效益，提出在线路上安装调压变压器及无功补偿器改善线路电能质量，结合动态增容技术提高输送容量的技术方案；

2.1 碳纤维复合导线

常规线路导线存在载流量低、线损大等多种问题，提高输送容量必然引起导线温度升高，致使弧垂加剧。常规做法是在导线薄弱位置安装测高仪监测弧垂程度，但是输电线路距离长，做到监测所有位置的难度极大，无疑增加了线路运行的安全和维护成本。

本方案采用碳纤维复合导线替换现有导线。此导线是一种全新结构的节能型增容导线，与常规导线相比，具有重量轻、抗拉强度大、耐热性能好、热膨胀系数小、高温弧垂小、导电率高、线损低、载流量大、耐腐蚀性能好、不易覆冰等一系列优点，综合解决了架空输电领域存在的各项技术瓶颈，代表了未来架空导线的技术发展趋势，有助于构造安全、环保、高效节约型输电网络，广泛用于老线路和电站母线增容改造、新线路建设，并可用于大跨越、大落差、重冰区、高污染等特殊气候和地理场合的线路。

2.2 可调变压器

本方案采用10KV可调升压变压器提高线路输送等级到20KV，探索10kV与20kV混合型线路在提高配网供电能力方面的实施条件。通过以上方法实现对线路潜在输送能力的挖掘，解决单辐射配网线路的供电能力不足的问题。

3.系统组成

本方案参考典型的闭环控制模型，包括线路实时状态反馈、数据处理服务器、变压器智能控制三个部分。

输电线路在线监测装置通过GPRS与数据处理服务器保持永久在线，监测数据通过设定时间间隔发送到数据处理服务器，服务器通过动态增容处理模型，综合处理导线温度、导线电流、环境温度、湿度、风速、风向等数据，计算出输电线路潮流与线路热稳定限额的变化，通过与线路热稳定温度预警值的比较，分析线路输送余量，为输电线路动态增容提供科学依据，提高运行效率和传输容量。数据处理服务器将计算结果及动作指令下发给智能调节电力变压器，实现非人为干预的情况下即可实现改善线路电能质量及输送容量。系统结构图如图1所示。

3.1 数据处理服务器

数据处理软件采用一体化平台设计，通过开放分布式运行平台将系统的所有应用程序隔离在操作系统和硬件之上，开放分布式运行平台对各种操作系统、硬件统一封装，应用程序只与平台进行交互而不用直接访问操作系统和硬件，从而保证系统可跨各种操作系统、硬件平台及各种商用数据库。

根据电力系统数据传输的特殊性、安全性的特点，线路在线监测装置与数据处理服务器之间采用了GPRS通信方式，使用电力系统内部绑定APN的专用SIM卡，实现数据与公网网络的传输隔离，保证了数据只在特定网络环境内的传输安全。另外数据报文采用独特的加密算法进行加密，只有数据处理服务器才能解密出明文，所以即使数据传输到了电力系统内部其他的服务器也无法被识别，保证了数据处理的唯一性，避免出现多人多机进行数据处理的情况，降低了数据处理网络环境的安全性和设备误操作的可能性。

电力调度、运检工作人员通过WEB浏览方式查看线路实时状态数据，并且根据职能不同获得相应的管理权限，完全满足电力公司综合管理系统综合性、先进性、开放性、可维护性、可扩展性等要求。数据处理软件以报表、曲线图等方式实时显示当前线路运行状态，提高了线路运行维护水平。通过对运行输电线路导线温度和环境气象的综合监测，为输电线路导线超温提供预警，预警信息通过短信的方式发送到指定的负责人。

比如当温度超过一定限度时，可能是导线接头质量有问题，此时线路工区将到现场核查，及时消除缺陷。线路工区需要增加特殊巡视，并及时安排计划整改此处的交叉跨越隐患。如果是导线运行温度超限，线路工区可以向生产和调度部门申请，停用或者转移负荷。

3.2 线路在线监测装置

线路在线监测装置由导线温度采集单元、气象采集单元、数据通信单元和电源系统组成。气象采集单元安装在输电线路杆塔上或者采用特殊支架固定在线杆上，采用太阳能板和蓄电池的风电互补供电方式。气象采集单元可监测当前风速、风向、环境温度、环境湿度、日照辐射等微气象环境综合参数。导线温度采集单元安装在被监测导线接头处，采用PT从被监测导线获取电源供电。

监测装置将采集到的导线温度、环境综合数据通过GPRS定时发送到数据处理软件进行数据处理，发送周期可根据监测要求随时修改便于对某些特定区域进行密集监测。

监测装置系统构成详见图2：监测装置结构图。

3.3 变压器智能控制

数据处理软件通过动态增容处理模型，综合处理导线温度、导线电流、环境温度、湿度、风速、风向等数据，计算出输电线路潮流与线路热稳定限额的变化，通过与线路热稳定温度预警值的比较，分析线路输送余量，然后将分析结果发送给智能调节变压器，变压器对比分析数据和设定的容量限值，动态调整输送能量，实现改善线路电能质量及输送容量的目的。

4.现场应用情况

2012年11月在新疆乌鲁木齐市10KV苍九二线#48、#113、#130号杆安装输电线路导线温度在线监测装置，#48号杆单独安装微气象监测装置对周边区域的气象环境进行监测。

监测装置主要由主机装置和导线温度监测装置两部分组成，主机装置采用不锈钢支架将主机箱和太阳能板固定在杆塔上，距离地面4米以上。

主机内部包括数据处理终端、GPRS数据传输单元和433MHZ短距离无线通信模块。数据处理终端通过GPRS数据传输单元与PC工作站进行数据的传输，将现场数据传输到工作站进行数据处理。

导线温度监测装置包括数据处理器、PT1000温度传感器、取电CT三部分组成。温度传感器固定在导线的接口处或者薄弱处，数据处理器将采集到的导线温度和导线电流通过433MHZ无线通信模块传输给主机，并且接收主机发送的控制指令，进行休眠或者修改采集时间和采集间隔。监测装置内置低温锂电池，能够在-40°保持正常工作，并且能够从CT中获取电源补充到锂电池中，维持电池电量充足。

微气象监测单元能够采集风速传感器、风向传感器、温度传感器、湿度传感器、光照辐射传感器，用于采集现场的气象环境数据为动态增容提供参考。苍九二线#48、#113、#130号杆距离较近，周边环境相似，能够影响温度、湿度等微气象环境的因素基本一致，所以在#48号杆安装了一台微气象监测装置提供周边区域作为参考。本系统采用分体式结构设计理念，各监测装置之间互相独立与监测子站通信，所以微气象监测单元可以与导线温度监测装置使用同一个主机系统，并且使用主机系统的电源。

PC工作站后台实现输电线路导线温度、导线电流，环境温度、湿度、风速、风向及日照辐射等数据的实时监测、分析及预警、显示、查询、信息发布、数据转发、打印等用户所需要的一系列功能。后台主站通过曲线方式显示导线温度。

5.结束语

项目成功实施后可广泛应用于我国配网线路以及其它各电压等级线路，不仅掌握线路实时温度，保障线路运行安全，还能提高线路输送效率，节约输电成本；可以缓解电源建设步伐的加快与电网规划建设滞后、输电能力不足之间的矛盾，还能避免因新建线路引起的诸多社会矛盾。

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