淺析提高輸電線路輸送容量技術的方法

王金安

摘要：研究如何根據實際的氣象條件和線路狀態，動態提高現有高壓輸電線路實際輸送容量，為解決輸電瓶頸問題提供技術方案，具有重要的意義。本文主要討論了提高輸電線路輸送容量技術的方法，有助于提高我國輸電線路高性能運行。

關鍵詞：輸電線路;輸送容量;監測方法

相對于經濟建設而言我國電網建設始終滯后，電力生產和消費一直存在著地區間不平衡問題，供需矛盾一直存在且時有激化。當前電力發展依賴于一次能源，我國一次能源分布很不均勻，煤炭和水利資源分別集中在西北和西南地區，而經濟發達地區則主要分布在東南沿海，從而形成了電力資源“西電東送”、“北電南送”的基本格局，送電距離達1000 ～ 2500km，輸送距離長、傳輸容量大是其基本特點。

這些輸電線的輸送能力主要取決于線路的穩定極限，由于中間缺乏足夠的電源支撐又使長距離輸電線的穩定極限通常較低。事實上，我國線路輸送水平同國外發達國家相比的差距是非常大的，輸電容量不但受到穩定水平的限制，而且受負荷水平的限制。由于技術、設備等原因，我國電網的輸電能力受到較多限制，超高壓輸電線路利用率和實際輸電容量偏低，輸電瓶頸并未消除，區間供電能力依然不足。

1、提高輸電線路輸送容量技術

影響輸電系統送電能力的因素很多，如運行方式的變化、送受端系統的無功電壓水平、輸電系統中間電壓支撐水平以及運行安全裕度的考慮等。為了提高輸電線路的輸送容量，普遍采取的措施主要有以下幾種。

1.1.采用特高壓技術我國1000kV 特高壓交流輸變電和±800kV 特高壓直

流輸電工程已經立項建設。

1.2.柔性交流輸電技術（FACTS）

FACTS 技術是基于電力電子技術改造交流輸電的系列技術，對交流電的無功（電壓）、電抗和相角進行控制，從而有效提高交流系統的安全穩定性，使交流輸電系統具有更高的柔性和靈活性，可以有效增加輸電線路的容量，提高線路利用率。目前常用的FACTS 裝置主要有統一潮流控制器、可控串聯補償器、靜止補償器等。

1.3.串聯補償技術

串聯補償裝置能有效降低輸電系統間的電抗值，提高輸電能力和系統運行的穩定性，是我國提高輸電線路輸送能力的重要手段。

1.4.動態無功補償技術

動態無功補償技術可根據系統需要快速調節無功、維持母線電壓在額定值附近。控制無功潮流，提高線路的輸電能力是動態無功補償技術在輸電系統中的主要作用之一。在一些長距離輸電線路的中間安裝一定容量的無功靜止補償裝置（SVC）能夠提高線路的輸送能力。

1.5.同桿多回和緊湊型輸電技術

同塔（桿）多回輸電技術是指在一個桿塔上架設兩回及多回線路。緊湊型輸電技術是通過減少輸電線相間距離和改變排列方式而減少線路波阻抗，增加容抗，提高線路的自然功率，從而提高線路輸送容量，并減少了占用走廊。

1.6.大截面耐熱導線

一般情況下，短距離輸電線的輸電能力主要取決于線路的熱容量限制，因此需根據負荷密度和輸電容量選擇合適的線路型號和導線截面。

1.7.其他技術

但以上這些方法都是從提高輸電線路靜態輸送容量的角度來考慮的，需要改建擴建輸電線路或者增加昂貴的設備。在原有線路走廊上，利用原有桿塔，采用新技術，考慮如何最大限度地提高現有輸電線路的傳輸能力，以適應電力日益增漲的需求是目前最經濟、最環保、最有意義的研究方向。

提高輸電線路容量技術首先是由國外的一些研究機構提出的。由于輸電走廊和環保的限制，在美國新建線路是非常困難的。美國電力研究院（EP Ⅺ）最早進行這方面的研究，提出利用實時采集的信息，動態計算輸電線路熱容等級的DTCR 技術。1996 年EPRI 開發出一種利用實際氣象條件和設備的實時溫度監測動態確定線路容量的監測系統。該系統包括一個計算機模塊，內含變壓器、電纜、架空線、隔離開關等設備的熱模型。該模塊考慮了實時氣象

條件、設備溫度參數及電氣負載等因素。監測設備包括小型氣象觀測臺、導線松弛度和溫度傳感器及數字化數據單元等。該監測系統可計算并連續更新線路的動態負荷容量，也允許用戶結合監控和數據采集系統，根據具體情況自定義設備參數和容量限制。

2、動態提高輸電線路輸送容量的監測方法

2.1.基于氣候監測的DLR 技術

基于氣候監測的DLR 技術是通過實時的導線電流值和氣象站實時監測的氣候參數計算導線的輸送容量。基于氣候監測的DLR 技術很經濟，并容易擴展。然而，一整條線路中，由于地域的變化，天氣也會發生變化，而微氣候信息無法從氣象站獲取。因此，這種方法不適于微氣候地區內線路的增容。

2.2.基于直接溫度測量的DLR 技術

美國Niagara Mochawk 公司開發的PowerDonut 就是基于直接導線測溫的裝置，通過一個安裝在導線上的環形結構裝置來監測導線的溫度、負載和氣候參數。直接溫度測量方法提供了導線的實時數據，計算的結果比基于氣候監測的方法更準確。不足之處在于投資大，并且測量的僅僅是導線某一點的溫度，并不是導線的平均溫度。如果要測量準確，需要沿線裝設較多采集裝置，然后取其平均值，這樣就大大增加了成本，不符合經濟性的要求。

2.3.基于直接弧垂測量的DLR 技術

脈沖激光法足由ESCI 公司開發的，用于DLR 技術的一個比較精確的測量方法，車上裝有GPS 測量系統，用于確定卡車的坐標位置。另外還有套反射鏡和激光測距裝置，用于測量導線檔距中間最低點的位置。根據這些測量結果，可得到導線的弧垂，并計算導線的輸出容量。這種方法雖然比較有效，但不是自動監測線路弧垂，需要人為的調整和測量，而且成本很高。

2.4.基于張力測量的DLR 技術

美國Valley 公司開發的CAT-1 產品，其核心技術是通過直接測量導線張力確定輸送容量的。張力傳感器安裝在導線耐張段兩端的絕緣子串上，CAT-1 主單元還包括兩個傳感器，一個測量環境溫度，一個測量日照輻射溫度。主單元存儲采集到的數據，并將數據發送給監測主站進行處理。張力監測裝置測量的是整個耐張段的導線張力，最后能給出耐張段內各個檔距內的弧垂和平均溫度，使導線在更長的范圍內結果更準確，并節省了開支。于圖像法相比具有傳輸速度快的特點，能達到實時的效果。因為設備安裝在低壓端，不存在污閃問題。將數據采集終端模塊安裝在金屬盒內，起到屏蔽作用，能有效防止強電干擾。由于用到了代表檔距的概念，基本消除了絕緣子串相對很小的縱向拉力的影響，但是存在一定的誤差，必須要經過校準。但為了得到較準確的導線溫度，此系統在安裝初期線路必須長期或經常的停電（至少幾個月），以獲取較大范圍的凈輻射溫度來擬合出導線溫度曲線。同時，這種方法也無法避免高溫時導線溫度估計不準的問題。

總結上述方法的特點，其中氣候模型與導線溫度模型是用來計算導線輸電容量的兩個常用數學模型，它們的主要區別在于對流散熱中熱傳遞系數的求取方法的不同。隨著沿架空線路氣候的顯著變化，它們的精度都會受到影響。兩種方法有各自的適用范圍，通過對上面四種主要方法的比較，可以得出以下結論：在實現動態提高輸電線路輸送容量的監測方法中，直接溫度和張力測量是比較可行的方法。

3、結語

本文主要討論了動態提高輸電線路輸送容量的方法與理論，就提高輸電線路輸送容量技術和相關的動態提高輸電線路輸送容量的監測方法進行分析，對于今后輸電線路高性能運行具有一定幫助。

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