烏魯木齊電業(yè)局 張偉奎 梅成磊

新疆電力公司 張振泉

1.引言

現(xiàn)有的導線載流量都是在+70℃的最苛刻條件下的經(jīng)濟載流量，因導線的運行環(huán)境差異，導線的熱效應差別很大，導線的實際最大負載量有很大的提升空間。就目前實現(xiàn)擴能的方式來看，國內外電力企業(yè)主要采用增大導線截面、提高導線運行溫度或更換新型高溫導線等方法實現(xiàn)。這些方式或多或少仍然需要資源投入，甚至需要對輸電線路桿塔進行改造。

事實上，輸電線路運行中往往留有較大的余量，而且隨著輸電線路運行環(huán)境的不同(如環(huán)境溫度、濕度、風力、光照等綜合參數(shù))，這種余量會隨時改變。輸電線路動態(tài)增容技術則在綜合考慮環(huán)境參數(shù)的基礎上，利用調度實時監(jiān)測等數(shù)據(jù)，對需要擴能運行的線路進行運行監(jiān)測、動態(tài)分析、跟蹤與報警，供線路、調度等人員參考，便于處理故障和合理安排運行方式，力爭最大限度地提高輸送容量，達到輸電線路動態(tài)增容的目的。

2.解決方案

圖1 系統(tǒng)結構圖

圖2 監(jiān)測裝置結構圖

通過比較分析“新配出線路或增加電源點”與“不突破導線最高允許溫度的前提下，通過增加相應的配電設備保證末端電壓質量，充分挖掘配電線路潛在的輸送容量”兩種方案的經(jīng)濟效益，提出在線路上安裝調壓變壓器及無功補償器改善線路電能質量，結合動態(tài)增容技術提高輸送容量的技術方案；

2.1 碳纖維復合導線

常規(guī)線路導線存在載流量低、線損大等多種問題，提高輸送容量必然引起導線溫度升高，致使弧垂加劇。常規(guī)做法是在導線薄弱位置安裝測高儀監(jiān)測弧垂程度，但是輸電線路距離長，做到監(jiān)測所有位置的難度極大，無疑增加了線路運行的安全和維護成本。

本方案采用碳纖維復合導線替換現(xiàn)有導線。此導線是一種全新結構的節(jié)能型增容導線，與常規(guī)導線相比，具有重量輕、抗拉強度大、耐熱性能好、熱膨脹系數(shù)小、高溫弧垂小、導電率高、線損低、載流量大、耐腐蝕性能好、不易覆冰等一系列優(yōu)點，綜合解決了架空輸電領域存在的各項技術瓶頸，代表了未來架空導線的技術發(fā)展趨勢，有助于構造安全、環(huán)保、高效節(jié)約型輸電網(wǎng)絡，廣泛用于老線路和電站母線增容改造、新線路建設，并可用于大跨越、大落差、重冰區(qū)、高污染等特殊氣候和地理場合的線路。

2.2 可調變壓器

本方案采用10KV可調升壓變壓器提高線路輸送等級到20KV，探索10kV與20kV混合型線路在提高配網(wǎng)供電能力方面的實施條件。通過以上方法實現(xiàn)對線路潛在輸送能力的挖掘，解決單輻射配網(wǎng)線路的供電能力不足的問題。

3.系統(tǒng)組成

本方案參考典型的閉環(huán)控制模型，包括線路實時狀態(tài)反饋、數(shù)據(jù)處理服務器、變壓器智能控制三個部分。

輸電線路在線監(jiān)測裝置通過GPRS與數(shù)據(jù)處理服務器保持永久在線，監(jiān)測數(shù)據(jù)通過設定時間間隔發(fā)送到數(shù)據(jù)處理服務器，服務器通過動態(tài)增容處理模型，綜合處理導線溫度、導線電流、環(huán)境溫度、濕度、風速、風向等數(shù)據(jù)，計算出輸電線路潮流與線路熱穩(wěn)定限額的變化，通過與線路熱穩(wěn)定溫度預警值的比較，分析線路輸送余量，為輸電線路動態(tài)增容提供科學依據(jù)，提高運行效率和傳輸容量。數(shù)據(jù)處理服務器將計算結果及動作指令下發(fā)給智能調節(jié)電力變壓器，實現(xiàn)非人為干預的情況下即可實現(xiàn)改善線路電能質量及輸送容量。系統(tǒng)結構圖如圖1所示。

3.1 數(shù)據(jù)處理服務器

數(shù)據(jù)處理軟件采用一體化平臺設計，通過開放分布式運行平臺將系統(tǒng)的所有應用程序隔離在操作系統(tǒng)和硬件之上，開放分布式運行平臺對各種操作系統(tǒng)、硬件統(tǒng)一封裝，應用程序只與平臺進行交互而不用直接訪問操作系統(tǒng)和硬件，從而保證系統(tǒng)可跨各種操作系統(tǒng)、硬件平臺及各種商用數(shù)據(jù)庫。

根據(jù)電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶厥庑?、安全性的特點，線路在線監(jiān)測裝置與數(shù)據(jù)處理服務器之間采用了GPRS通信方式，使用電力系統(tǒng)內部綁定APN的專用SIM卡，實現(xiàn)數(shù)據(jù)與公網(wǎng)網(wǎng)絡的傳輸隔離，保證了數(shù)據(jù)只在特定網(wǎng)絡環(huán)境內的傳輸安全。另外數(shù)據(jù)報文采用獨特的加密算法進行加密，只有數(shù)據(jù)處理服務器才能解密出明文，所以即使數(shù)據(jù)傳輸?shù)搅穗娏ο到y(tǒng)內部其他的服務器也無法被識別，保證了數(shù)據(jù)處理的唯一性，避免出現(xiàn)多人多機進行數(shù)據(jù)處理的情況，降低了數(shù)據(jù)處理網(wǎng)絡環(huán)境的安全性和設備誤操作的可能性。

電力調度、運檢工作人員通過WEB瀏覽方式查看線路實時狀態(tài)數(shù)據(jù)，并且根據(jù)職能不同獲得相應的管理權限，完全滿足電力公司綜合管理系統(tǒng)綜合性、先進性、開放性、可維護性、可擴展性等要求。數(shù)據(jù)處理軟件以報表、曲線圖等方式實時顯示當前線路運行狀態(tài)，提高了線路運行維護水平。通過對運行輸電線路導線溫度和環(huán)境氣象的綜合監(jiān)測，為輸電線路導線超溫提供預警，預警信息通過短信的方式發(fā)送到指定的負責人。

比如當溫度超過一定限度時，可能是導線接頭質量有問題，此時線路工區(qū)將到現(xiàn)場核查，及時消除缺陷。線路工區(qū)需要增加特殊巡視，并及時安排計劃整改此處的交叉跨越隱患。如果是導線運行溫度超限，線路工區(qū)可以向生產(chǎn)和調度部門申請，停用或者轉移負荷。

3.2 線路在線監(jiān)測裝置

線路在線監(jiān)測裝置由導線溫度采集單元、氣象采集單元、數(shù)據(jù)通信單元和電源系統(tǒng)組成。氣象采集單元安裝在輸電線路桿塔上或者采用特殊支架固定在線桿上，采用太陽能板和蓄電池的風電互補供電方式。氣象采集單元可監(jiān)測當前風速、風向、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、日照輻射等微氣象環(huán)境綜合參數(shù)。導線溫度采集單元安裝在被監(jiān)測導線接頭處，采用PT從被監(jiān)測導線獲取電源供電。

監(jiān)測裝置將采集到的導線溫度、環(huán)境綜合數(shù)據(jù)通過GPRS定時發(fā)送到數(shù)據(jù)處理軟件進行數(shù)據(jù)處理，發(fā)送周期可根據(jù)監(jiān)測要求隨時修改便于對某些特定區(qū)域進行密集監(jiān)測。

監(jiān)測裝置系統(tǒng)構成詳見圖2：監(jiān)測裝置結構圖。

3.3 變壓器智能控制

數(shù)據(jù)處理軟件通過動態(tài)增容處理模型，綜合處理導線溫度、導線電流、環(huán)境溫度、濕度、風速、風向等數(shù)據(jù)，計算出輸電線路潮流與線路熱穩(wěn)定限額的變化，通過與線路熱穩(wěn)定溫度預警值的比較，分析線路輸送余量，然后將分析結果發(fā)送給智能調節(jié)變壓器，變壓器對比分析數(shù)據(jù)和設定的容量限值，動態(tài)調整輸送能量，實現(xiàn)改善線路電能質量及輸送容量的目的。

4.現(xiàn)場應用情況

2012年11月在新疆烏魯木齊市10KV蒼九二線#48、#113、#130號桿安裝輸電線路導線溫度在線監(jiān)測裝置，#48號桿單獨安裝微氣象監(jiān)測裝置對周邊區(qū)域的氣象環(huán)境進行監(jiān)測。

監(jiān)測裝置主要由主機裝置和導線溫度監(jiān)測裝置兩部分組成，主機裝置采用不銹鋼支架將主機箱和太陽能板固定在桿塔上，距離地面4米以上。

主機內部包括數(shù)據(jù)處理終端、GPRS數(shù)據(jù)傳輸單元和433MHZ短距離無線通信模塊。數(shù)據(jù)處理終端通過GPRS數(shù)據(jù)傳輸單元與PC工作站進行數(shù)據(jù)的傳輸，將現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦ぷ髡具M行數(shù)據(jù)處理。

導線溫度監(jiān)測裝置包括數(shù)據(jù)處理器、PT1000溫度傳感器、取電CT三部分組成。溫度傳感器固定在導線的接口處或者薄弱處，數(shù)據(jù)處理器將采集到的導線溫度和導線電流通過433MHZ無線通信模塊傳輸給主機，并且接收主機發(fā)送的控制指令，進行休眠或者修改采集時間和采集間隔。監(jiān)測裝置內置低溫鋰電池，能夠在-40°保持正常工作，并且能夠從CT中獲取電源補充到鋰電池中，維持電池電量充足。

微氣象監(jiān)測單元能夠采集風速傳感器、風向傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、光照輻射傳感器，用于采集現(xiàn)場的氣象環(huán)境數(shù)據(jù)為動態(tài)增容提供參考。蒼九二線#48、#113、#130號桿距離較近，周邊環(huán)境相似，能夠影響溫度、濕度等微氣象環(huán)境的因素基本一致，所以在#48號桿安裝了一臺微氣象監(jiān)測裝置提供周邊區(qū)域作為參考。本系統(tǒng)采用分體式結構設計理念，各監(jiān)測裝置之間互相獨立與監(jiān)測子站通信，所以微氣象監(jiān)測單元可以與導線溫度監(jiān)測裝置使用同一個主機系統(tǒng)，并且使用主機系統(tǒng)的電源。

PC工作站后臺實現(xiàn)輸電線路導線溫度、導線電流，環(huán)境溫度、濕度、風速、風向及日照輻射等數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測、分析及預警、顯示、查詢、信息發(fā)布、數(shù)據(jù)轉發(fā)、打印等用戶所需要的一系列功能。后臺主站通過曲線方式顯示導線溫度。

5.結束語

項目成功實施后可廣泛應用于我國配網(wǎng)線路以及其它各電壓等級線路，不僅掌握線路實時溫度，保障線路運行安全，還能提高線路輸送效率，節(jié)約輸電成本；可以緩解電源建設步伐的加快與電網(wǎng)規(guī)劃建設滯后、輸電能力不足之間的矛盾，還能避免因新建線路引起的諸多社會矛盾。

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