基于输电线路稳定技术的研究

胡海东

摘要：为了提高输电线路的传输稳定性问题，本文从高压输电线路的稳定性出发，进行研究。增加交流通道的回路数以及增加中间开关站能够改善网络结构，提高线路的稳定性;提出在架空输电线路的绝缘子串悬挂金具处和杆塔横担下方竖杆处安装 Rogowski型电流传感器的措施，解决电力输电线路雷电绕击与反击事故难以辨别的问题。

关键词: 输电线路；雷击监测；稳定技术；串联补偿器

1. 输电线路的输电能力

导线的载流能力受导线的热稳定极限的限制，这就决定了导线的持续极限输送功率。导线的持续极限输电功率与导线的最高允许温度、环境温度、空气湿度、输电功率因数等因素有关。当环境最高温度取为40℃，线路功率因数取 0.95时，处于负荷中心高压环网上的线路，线路距离短，电压支撑强，其输电能力主要取决于线路的热稳定极限。担任电站送出或系统间联络线的高压线路的输电能力远远低于理想计算值，长距离高压线路的输电能力主要由线路的稳定极限决定。

目前看来，我国的高压电网是依托大型水火电厂或电站的送出而逐步形成的。由于负荷增长与电源、电网建设的不同步，在线路建设初期高压网架尚没有形成，因而直接接入的电源点、电源容量有限，而少量长距离高压线路与密集的低压线路并列运行，高压线路缺乏足够的电源支撑，系统稳定性比较差，高压输电线路的输电能力较低。 在80年代最早投运的高压线路，每回的输电能力不足900 MW。随电网结构的不断改进，接入500kV高压等级的电源增多，输电新技术的逐步应用，超高压线路的输电能力不断提高。

2. 提高交流系统稳定性

提高系统稳定性是提高高压输电线路输电能力的关键。迄今为止，对电力系统输电线路同步运行的稳定性还没有统一的标准。我国现行的规程规定把电力系统的同步运行稳定性分为动态稳定、暂态稳定、静态稳定。动态稳定性是指包括系统调节设备与电力系统本身在内的整个电力系统的综合调节稳定；暂态稳定要求在系统发生故障或断开线路等引起大扰动的操作时，保持事件后系统的同步运行稳定性，即过渡到新的或者恢复到原来的稳定运行状态；静态稳定是指系统受到小干扰后，自动恢复到起始状态的能力。提高输电线路的输送功率，要从提高电压等级、减小线路电抗、缩小系统间功率夹角等方面采取措施。一次措施增加高压设备，改变网络结构，直接或者间接地缩小系统间电气距离，减小线路电抗，给输电线路提供电压支撑。一次措施能够直接提高系统的静态稳定性能，同时也能够提高系统的暂态和动态稳定性。主要措施：增加 500 kV高压输电线路以及中间开关站、紧凑型输电技术、采用多分裂导线、FACTS技术等。

随着晶闸管技术的不断发展，FACTS技术在电力系统输电线路中得到日益广泛的应用。常用的有并联静止无功补偿 SVC和串联电容补偿器 SC。SVC与输电线路相并联，往往接在开关站或变电所母线，通过晶闸管控制的无功功率动态补偿，将调节母线电压和线路无功功率到所需水平，从而提高输电线路的稳定性，扩大线路输输电容量。典型的静止无功补偿器是晶闸管控制电抗器和晶闸管投切电容器的并联组合。串联电容补偿器直接与线路相串联，可以装在线路首末两端或线路中点，也可以主要由电容构成固定串补(FSC)，或者由晶闸管控制电路构成可控串补（TCSC）。TCSC通过晶闸管控制进行无功功率动态补偿，其补偿度能够根据系统运行方式进行调节，但是造价要比 FSC高很多。系统中串联补偿总容量可根据工程实际情况，采用大部分 FSC加小部分 TCSC。二次措施主要着眼点于控制扰动发生过程中功率夹角的增大，优化配置二次设备控制策略及开关动作时间，维护系统暂态和动态稳定，包括：快速切除故障、快速励磁、连锁切机与火电机组压出力、自动重合闸、电气制动等等。

3. 加强输电线路雷击监测

我国地形复杂，各地气候差异较大，雷击情况也有很大差别，据统计，输电线路雷击事故占电网总事故的70％ 以上，从某种程度上讲，提高输电线路的稳定性，重在降低输电线路雷击事故。由于无法判别绕击与反击，从而无法有针对性地采取防护措施，是输电线路雷击事故一直居高不下的主要原因。因此，输电线路雷电绕击与反击事故的判别问题，已成为电力系统研究的焦点。借鉴国内经验，采用以单片机为核心，采用Rogowski型电流传感器的输电线路绕击和反击监测系统，能够对输电线路雷击事故进行监测、分析、统计、定位，借助无线接力传输模式现场数据传输，杆塔分机实现低功耗设计，利用太阳能和蓄电池充电工作方式对输电线路雷击类型，对绕击、反击进行全天候监测，从而解决雷击类型判别难题。

雷电绕过避雷线，直接击于导线，尤其在一些山区，有时雷电流能量不大，但也经常造成跳闸事故，即绕击事故。当雷电流较大时，绕击也会引起其他相的反击闪络。绕击时，雷电流的注入点为导线，闪络电流流过绝缘子串悬挂金具处并通过杆塔入地，此时流过金具的电流方向与流过杆塔竖杆的电流方向相反。随塔顶电位的升高，绝缘子所承受的电压逐渐增大，当电压超过杆塔绝缘闪络电压后，绝缘子发生闪络甚至击穿，即反击事故。反击时，雷电流的注入点为杆塔顶，绝缘闪络时流过绝缘子串悬挂金具处的电流与流过杆塔竖杆的电流方向相同。

采用Rogowski型电流传感器，Rogowski 线圈测量法相对于其他雷电流测量方法，具有精度高、便于野外安装等优点，杆塔竖杆处只安装一个电流传感器，而绝缘子串杆塔侧金具电流传感器数目根据杆塔导线情况而定，能够降低成本，有利于产品大面积使用。对输电线路进行雷击监测，能够及时准确地报告线路信息，为运行与检修人员分析雷击类型、抢修线路等工作提供了可靠有效的数据，是提高输电线路稳定性的关键。

4. 结语

合理的布局结构是提高输电线路稳定性的基础和关键，在电力系统规划及设计阶段，应结合高压输电线路实际情况及远期发展，对输电线路回数、中间电压支撑点的设置等综合考虑，并对输电线路的稳定性作详细评估。新增高压输电线路，应尽量选用大截面导线，规划中还应尝试采用紧凑型输电技术。

参考文献:

[1] Ou Yan, Singh Chanan. Improvement of Total Transfer Capability Using TCSC and SVC[A]. In: Power Engineering Society Summer Meeting, IEEE[C]. 2001. 944-948.

[2]汪涛，周文俊，易辉等.架空输电线路雷电流波形实时监测系统 [J]. 高电压技术，2008，34（5）: 961- 965.

[3]于德明, 郭昕阳, 陈方东等. 500kV输电线路在线监测系统应用[J]. 中国电力, 2009, 42(5): 53-56.

[4] Tiwari S N, Saroor A S. An investigation into loadability characteristics of EHV high phase order transmission lines [J]. IEEE Transaction on Power Systems, 1995, 10(3): 1264-1270.