智能電網線路規劃與設計探究

（國網上海浦東供電公司，上海 200122）

據中電聯發布的統計數據顯示，2019年上半年我國電網工程累積完成投資額高達1644億元，全國基建新增220kV及以上變電設備容量為1.32億kV·A，新增220kV及以上輸電線路1.63萬km。電網建設項目數量的增加對于電網運行的穩定性提出了更高的要求，因此還需針對其輸電線路運行狀態進行動態監測。

1 智能電網線路規劃的基本思路分析

1．1 總體調度目標

智能電網的建設目標是促使電力系統由分散供應朝向高度整合方向轉型，實現電網各項核心業務的協同交互，使電網系統的規劃設計、動態監測、決策控制等功能得以顯著提升，通過提高廣域范圍內的狀態感知測量精度，便于實現對電網系統運行故障的有效預判與風險評估，進一步推動電網的穩定高效運轉。在線路規劃設計層面，需采用雙向通訊智能電表控制負荷的連接或斷開、記錄波形數據、監測電流電壓變化情況，借助供電線路重構、保護裝置整定等方式進行線路規劃，并綜合考察無功優化、分布式電源接入、電能質量等因素，實現智能電網線路的科學規劃。

1．2 規劃設計原則

采用先進設計理念與技術手段進行智能電網輸電線路的規劃設計，需遵循以下四項原則：其一是智能化原則，應綜合運用衛星定位、激光三維測量等先進勘測技術構建三維地理信息平臺，借此開展輸電線路的規劃設計，利用不同功能模塊進行基礎、導地線、絕緣子等構件的設計，并將設計結果予以直觀呈現，依托網絡化平臺實現重要數據、技術資料的移交與共享。其二是可控化原則，依托在線監測、數字化巡檢等模式實現對輸電線路運行狀態的監測，動態評估運行風險，實現線路運行的可控化。其三是標準化原則，基于全生命周期管理理念實現對輸電線路、輸電設備的一體化管理，保障實踐結果的標準、規范性。其四是現代化原則，基于互聯網搭建輸電線路規劃設計的共享平臺，將線路規劃設計、建成運行過程中涉及的重要信息進行實時共享，為智能電網的現代化建設提供有力支持。

2 智能電網輸電線路狀態監測系統的具體規劃設計策略探討

2．1 系統規劃設計

本文基于GIS技術進行輸電線路狀態監測系統的設計，配合PMS系統實現對輸電線路運行狀態的實時監測，進而針對其運行狀態數據進行綜合分析，以此為電力調度、電力運行等決策的制定提供參考依據。同時，電力工作人員可以利用輸電線路狀態監測系統獲取到線路狀態參數等信息，依據反饋信息開展系統檢修維護工作，不僅可以提高線路運行的穩定性與可靠性，還能夠為電力生產、信息統計分析與管理部門工作的開展提供有價值的信息。此外，在狀態監測系統設計的過程中涉及電力調度、電力需求等信息的統計分析，結合線路實際運行情況進行后續輸電線路規劃方案的制定，進一步為后續輸電線路規劃設計、預警工作提供實時參考信息。

2．2 功能模塊設計

（1）狀態數據調整模塊。基于區域范圍內實際用電需求進行狀態監測系統的模塊化設計，負責在系統運行過程中采集氣象條件、導線溫度、桿塔傾斜度等狀態數據，利用網絡平臺進行狀態數據的共享，依托反饋結果實現對輸電線路的合理規劃，并且在接入狀態數據的同時調用區域范圍內的雷電監測數據，從而預先規避雷電對輸電線路運行狀態的影響，保障輸電線路的運行效能。

（2）狀態信息輸出模塊。該模塊用于收集系統運行過程中的監測數據，經由統計分析后將分析結果連同輔助數據共同輸入到PMS模塊內，依據狀態信息生成反饋結果，以此保障輸電線路的穩定運行。

（3）診斷結果顯示模塊。該模塊主要用于展示各類監測信號結果，基于無線網絡通訊技術實現監測數據的實時傳輸，利用OMSD模塊進行監測數據的分析處理，生成數據診斷結果，并利用PMS系統進行在線監測信息的實時顯示，供監控中心查詢有關設備的位置、運行狀態圖像等信息，結合具體故障類型、特征定位故障所處位置，進而提高設備檢修維護效率，保障智能電網輸電線路的安全高效運行。

2．3 GIS 技術的應用

利用GIS技術進行輸電線路運行狀態監測，可實現對輸電線路覆蓋區域的地理特征、地形條件的實時查詢，并綜合收集區域范圍內的雷電、大風、冰雹等氣象信息，以此為智能電網線路的規劃設計與施工建設提供重要參考信息，進而實現對變電站及電氣設備的一體化管理。具體來說，利用GIS技術掃描輸電線路覆蓋區域的地形地貌圖像，配合電網開發部門構建GIS系統平臺，平臺內部涵蓋激光掃描、區域開發、直升飛機等系統，其中激光掃描系統主要負責收集所在區域的地形三維信息，將信息進行綜合統計分析后存儲在系統內部；區域開發系統主要負責將收集到的GIS數據、可視化數據應用在地理模型中，生成動態地理信息，為線路規劃設計提供重要參考依據；直升飛機系統主要為線路規劃設計提供必要的儀器設備與人員，發揮空中載體對地面線路敷設的支持作用。

2．4 通信線路敷設方法

（1）通信線路設計。在智能電網通信線路規劃方面，應綜合考慮區域地形、使用材料、使用設備等因素，并加強對施工人員技能水平、綜合素質的考察，確保符合線路建設需求，通過針對上述信息進行綜合分析，編制出高質量、低成本、安全性強的通信線路設計方案，進而為智能電網建設提供重要的數據支持。同時，還應加強對通信線路施工環節的把控，由管理人員結合線路建設情況進行施工進度、施工成本、安全質量等要素的控制，完成施工組織計劃的編制，明確重點工序與關鍵目標，避免因外界環境干擾或施工過程操作不當等因素影響通信線路的規劃設計質量。

（2）敷設方式選取。通常在架空線路工程通信線路起點的設計上，主要選取終端桿位置設為起點，并在施工流向選擇方面選取一端到另一端或由兩端到中間的設計方式。在正式開展線路敷設時，還應結合不同線路的設計方法選取敷設方式，例如當利用直埋工程法進行線路設計時，可以選取終端位置作為施工起點，該方法既具有良好的靈活性，還可以選取多種不同的架空方式，有助于進一步提高光纜配置精度，從而加強線路設計的合理性。

2．5 仿真策略與評估結果

（1）仿真策略。基于蟻群算法進行輸電線路規劃仿真策略的設計，以位于輸電線路上的負荷節點作為起點，每一負荷節點對應一條主干線路，經由螞蟻釋放、爬行實現各線路上遺留信息素的共享，在多次反復循環后即可得出全局最優結果，并以此作為線路規劃設計的方案。設螞蟻m在t時刻出發，由起始點i向其相鄰節點j做運動，則其狀態轉移概率的計算公式為：

（2）仿真結果。選取某容量為2×40MVA的高壓變電站作為研究對象，該變電站供電區域的主干線路為LGJ-240設每一窩蟻群的規模為40、各路徑的信息素數值為1、迭代次數為500，通過輸入不同負荷節點的坐標數值計算出其負荷變化，其中負荷最大值為712kW、最小值為267kW。通過觀察其仿真結果可以發現，采用蟻群算法進行線路規劃設計具備良好的收斂性，經由500次迭代后可以有效實現數據優化，依據負荷數據的對比分析選出最優規劃線路，為線路規劃設計方案的編制提供重要參考。

（3）系統評估。為進一步檢驗線路規劃設計的合理性，在此選取5項一級指標與14項二級指標進行系統評估，其中一級指標主要包含供電可靠性、安全性、經濟性、適應性與協調性，基于各一級指標進行二級指標設計，包含平均停電頻率、停電持續時間、電網擴展裕度等信息，以此構建綜合評價指標體系，并采用AHP逐層計算方式進行評估算法的設計，其計算公式為：

通過分析系統評估數據可以預測到，其規劃方案實施后將有效減少單輻射線路數量，提高區域范圍內線路的環網化率與可轉供電率，依靠科學合理的網架結構進一步提高區域范圍內的負荷供應能力，為供電可靠性提供有力保障。

3 結語

智能電網線路的規劃設計是一項復雜工程，涉及輸電線路、通信線路等多種建設項目，電力企業管理人員務必要加強對電路運行實際狀況的調查，綜合收集環境、地形、人流量等信息，實現對輸電線路運行狀態的有效監測，進一步提高線路規劃設計的合理性與可行性，推動電網建設的智能化、健康長效發展。