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输电线路动态增容系统的设计

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输电线路动态增容系统的设计*Design on Dynamic Capacity-Increase System of Transmission Lines黄新波1,2孙钦东3程荣贵4刘家兵5HUANG XINBO1,2, SUN QINDONG3, CHENG RONGGUI4, LIU JIABING5( 1. 西安交通大学，陕西，西安 710049)（2. 西安工程大学，陕西，西安 710048）（3．西安理工大学，陕西，西安 710048）（4．西安通信学院，陕西，西安，710106）（5．西安金源电气有限公司，陕西，西安，710075）摘要：本文研发了基于环境信息和导线温度的动态增容监控系统，在不突破现有技术规程的条件下提高输电线路的输送容量。

文中首次提出采用主副分机、双无线通信（无线电和GSM SMS）的工作模型进行导线温度和环境温度、风速、日照强度等信息的采集，采用摩尔公式计算当前线路的隐性载流量，并给出了现场监测主副分机的软硬件设计、数字温度传感器DS18B20的程序设计以及专家软件设计等。

关键词：动态增容，主副分机，隐性载流量，DS18B20中图分类号：TM726.3 文献标识码：AAbstract: An on-line monitoring system of dynamic capacity-increase of transmission lines has been developed, by which the capacity of transmission lines can be increased in the precondition that the present specifications of conductors remain unchanged. The master and slave monitoring units were firstly adopted to measure the conductor temperature, the ambient temperature, the wind speed, and the solar radiation intensity by wireless communication, and these data were sent to the municipal monitoring and controlling center by GSM SMS. The latent capacity was calculated by mole formula. The hardware design and software design of the master and slave monitoring units, the program of digital temperature sensor named DS18B20, and the design of expert software were introduced in this paper.key words: Dynamic capacity increasing; Master and slave units, Latent capacity; DS18B200 引言随着我国经济的持续高速增长，各行业用电需求快速增长，电网规划建设滞后和输电能力不足的问题日益突出,加剧了电网和电源发展的不协调矛盾,部分省市已经开始通过限电政策来缓解目前的电力供求矛盾，如何解决好这个问题已经成为许多电力工作者刻不容缓的责任。

2005年3月,国家电网公司在北京特别召开提高电网输送能力工作会议,会议指出：在加快特高压骨干电网建设的同时,需积极提高现有电网输送能力[1]。

1 国内外增容方法研究目前提高现有输电线路的输送容量有两种方法:一是静态提温增容技术[2]，该方法是突破现行技术规程的规定,将导线的允许温度由现行规定的70℃提高到80℃甚至90℃,但必须研究导线允许温度提高后对导线、配套金具的机械强度和寿命影响以及引起导线弧垂的增加变化等，目前世界各国导线的最高使用温度差异较大：如日本、美国允许90℃,法国为85℃,德国、荷兰、瑞士等国允许80℃,我国和前苏联允许70℃[2]。

二是动态监测增容技术[1,3]，根据相关的资料和研*本项目由陕西省自然科学基础研究计划（2006E117）、西安市科技计划项目（GG06050）、陕西省教育厅科技专项（06JK298）资助。

究表明，在现有线路设计的技术要求下，在不影响线路运行安全和线路使用寿命的情况下，输电线路有很大的增容空间，但要保障线路在增容的情况下安全运行，就必须实时掌握线路状态运行的相关参数（导线温度、环境温度、风速、以及日照强度等），根据线路运行情况进行及时调控，确保线路运行安全。

现行技术规程规定的导线额定载流量是设定在很差的气象条件下(很高的环境温度、很强的日照、较低的风速等同时出现的条件下) ,根据导线最大的允许温度(70℃)计算出的一个理论值,其结果是非常保守的,实际的气象条件大多要好于上述的设定,同时出现这种恶劣气象条件的时机概率则更少。

因此在导线最大的允许温度(70℃)的条件下,实际气象条件下的导线实际可允许载流量要比现行技术规程规定的载流量高许多,这也就是一般常说的导线允许载流量的实际值和规定值之间存在着隐性容量[4,5]。

动态监测增容技术就是在不突破现行技术规程规定的条件下,充分利用线路客观存在的隐性容量,提高输电线路的输送容量。

其优点是现行运行规程不变,线路运行安全性不变。

2 工作原理与系统构成影响导线实际载流量的因素主要有两个方面：外界环境条件（如风速、环境温度、环境湿度、日照强度等）；导线性能和尺寸（如导线的吸热系数、辐射系数、导线允许温度、导线直径等）。

当导线直径(截面)一定时,导线允许温度和边境条件的取值就成为影响载流量的主要因素。

本文开发的输电线路动态增容系统就是基于上述因素的监测，理论分析导线的隐性容量，动态提高输电线路的载流量。

整个系统主要由省公司监测中心主机、地市局监测中心主机、线路监测主分机、线路监测副分机、专家软件组成。

研制线路监测分机，在线路杆塔安装一台监测主分机，在运行导线安装监测副分机。

监测主分机定时/实时完成环境温度、湿度、风速、日照强度等信息采集后，通过无线电模块主动呼叫监测副分机，监测副分机完成导线温度的采集并通过短距离无线电数传模块将导线温度数据发送给杆塔监测主分机，由杆塔监测主分机将环境温度、湿度、风速、日照强度、导线温度等集中打包为GSM SMS，通过GSM通信模块发送至监测中心，由监测中心软件利用上述信息、导线的辐射/吸收系数结合摩尔载流量计算公式导线可允许的载流量。

监测中心主机可通过GSM远程设计监测分机运行参数（如采样时间间隔、分机系统时间以及实时数据请求等）。

各地市局的监测中心与省公司监测中心采用LAN方式组网，省公司监测中心可以直接调用各地市局监测中心的各线路当前的导线温度以及相应的环境条件等数据，分析各线路客观存在的隐性容量，在不突破现行技术规程规定的条件下,提高输电线路的输送容量。

3 在线监测分机设计3.1 监测主分机设计监测主分机电源采用太阳能供电，主要功能是监测环境温度、湿度、风速和日光强度，通过无线电模块与监测副分机通信近距离遥测导线温度，通过GSM通信模块将所有信息发送至监控中心。

3.2 监测副分机硬件设计（导线温度监测装置设计）整个系统采用微功耗设计，温度监测采用三线制模块DS18B20，分机系统的无线电模块采取休眠工作方式（休眠时电流<10uA，待机时电流约为10mA，发射时电流约为18mA左右）。

系统电源采用3Ah的锂电池，根据工作方式和监测主分机的通信协议，其可以正常工作5年以上，考虑到锂电池的充放特性和使用寿命等因素，采用OP07运行设计了充放电电路（见图1）。

DS18B20采用单总线(1-wire)技术，将地址、数据线和控制线合为一根双向串行传输得信号线，具有结构简单，便于总线扩展和维护等优点。

单片机通过DS18B20自身独有的ID序列号实现通信。

其测温范围为-55℃~+125℃，转换精度可达12位二进制数，转换时间约为750ms。

具体接线图见图2。

图1 监测分机充放电控制电路图2 数字温度传感器的连接示意图3.3 DS18B20软件设计由于DS18B20传输的为数字信号具有很强的电磁抗干扰能力，现给出读取数字温度的子程序[5]。

GETTEMP:CLR EA ;使用ds1820一定要禁止任何中断产生LCALL INT ;调用初使化子程序MOV A,#0CCHLCALL WRITE ;送入跳过ROM命令MOV A, #44HLCALL WRITE ;送入温度转换命令LCALL INT ;温度转换完全,再次初使化ds1820MOV A,#0CCHLCALL WRITE ;送入跳过ROM命令MOV A,#0BEHLCALL WRITE ;送入读温度暂存器命令LCALL READMOV R7,A ;读出温度值低字节存入R7LCALL READMOV R6,A ;读出温度值高字节存入R6SETB EARET4 专家软件设计4.1 软件功能根据杆塔现场运行的监测分机发送的环境温度、湿度、风速、日照强度、导线温度，结合摩尔载流量计算公式计算该线路存在的隐性容量，在保证充分安全的前提下可提高导线的载流量。

专家软件具有数据存储、打印、分析功能，可以绘制任意一时间段内导线温度变化，总结该线路的载流量变化。

并根据建立的弧垂分析公式结合先前的安全弧垂，分析由于温度变化引起的导线弧垂变化，防止在提高输电导线载流量过程中出现安全距离问题。

4.2 导线载流量计算对已知环境温度和给定的导体工作温度下的最大稳态电流即是导体的载流量。

载流量取决于导体类型、电阻、允许最高工作温度和环境参数（如环境温度等）。

导体稳态运行达到允许温It = （1） 其中，r p ：辐射热损耗，W /W m ；r p ：太阳辐射热，/W m ；T R ：工作温度下的导体单位长度交流电阻，/m Ω。

导体表面向周围空间辐射热损耗由下式计算：440()r e C p S D k T T π=×××− （2）其中，S ：斯蒂芬-波尔茨曼常数，S =85.6710−× 24()W m K −−i i ； D ：导线直径，m ；0T ：环境温度，K ；c T ：导体温态温度，K ；e k ：导线表面辐射系数, 光亮新线为0. 23～0. 46，发黑旧线为0. 9～0. 95 ；由于自然风的存在，强迫对流散发出的热损耗由下式计算：0()c u C p N T T λπ=××− （3）其中，λ：与导体相接触的空气膜导热系数假定不变并等于0.02585 11()W m K −−i i ； u N ：欧拉数，由下式给出：0.20.610.650.23u e e N R R =+e R ：雷诺数，由下式给出：[]1.789001.644100.5()e C R v D T T T −=× +−i iv ：风速，(/)m s导体吸收的太阳辐射热由下式计算：(/)s i p D S W m γ= i i （4）其中，γ：导线吸收系数，光亮新线为0. 23～0. 46 ,发黑旧线为0. 9～0. 95 ；i S ：日照强度，2(/)W m4.3 隐性载流量的计算将现场监测分机测量的环境温度、湿度、风速、日照强度等参数以及导线最高允许温度70max =c T ℃，代入公式（1），计算出当前输电线路在当前环境条件下允许的最高载流量max I 。

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基于智慧输电线路的动态增容辅助决策系统

基于智慧输电线路的动态增容辅助决策系统

第 49 卷 第 4 期 2021 年 2 月 16 日
00471
电力系统保护与控制
Power System Protection and Control
Vol.49 No.4 Feb. 16, 2021
基于智慧输电线路的动态增容辅助决策系统
张 怡 1，张 锋 2，李有春 2，马 翔 2，唐律 2，方 璇 2，莫建国 2
(1.浙江水利水电学院，浙江 杭州 310018；2.国网浙江省电力有限公司，浙江 杭州 310007)
摘要：智慧输电线路建设是将坚强智能电网和电力物联网深度融合的具体实践，具有本质安全、实时感知、全息 互联、自主预警、智能处置等五大基本特征。依托智慧输电线路实现输电线路热稳定输送能力智能动态增容，无 疑是未来提高线路输送能力最有应用性的科学方法之一。基于智慧输电线路的智能增容决策系统，纳入智慧输电 线路建设总体方案，依托国内主流 EMS 平台，通过采集配套装置实时掌控输电网运行数据和气象条件，经由汇 聚环节传输到监控主站及热稳定输送能力计算系统，在基础应用层实现以线路为单元的热稳定输送能力智能计算 与分析。进一步，提出在专业应用层实现智能增容专家辅助分析决策，将最终辅助决策相关策略自动、智能、友 善地推送给运行控制人员，实现对线路热稳定输送能力的智能、快速、有效控制，显著提升了动态增容技术的智 能性和实用性。算例分析表明该方法的科学性、实用性、适用性，具备推广至其他省市电网的应用条件。 关键词：智慧输电线路；输送能力；增容；智能决策；监控主站
Abstract: Intelligent transmission line construction is the concrete practice of deep integration of a strong smart grid and ubiquitous electric power internet of things, with five basic characteristics, i.e. essential security, real-time perception, holographic interconnection, autonomous early warning, and intelligent disposal. Realizing intelligent dynamic capacity increase of the thermal stability of transmission lines based on intelligent transmission lines is undoubtedly one of the most applicable scientific methods to improve line transmission capacity in the future. The intelligent capacity increase decision system based on a smart transmission line is integrated into the overall scheme of smart transmission line construction. Relying on domestic mainstream EMS, it controls transmission network operation data and meteorological conditions in real time through an acquisition support device. Then it is transmitted through the convergence link to the monitoring master station and the thermal stability transmission capacity calculation system. The intelligent calculation and analysis of the thermal stability transportation capacity with the line as the unit is realized in the basic application layer. Furthermore, the innovative proposal of realizing expert auxiliary analysis and decision-making for intelligent capacity increase in the professional application layer will push the final auxiliary decision-making related strategies to the operational and control personnel automatically, intelligently and in a friendly fashion. This realizes the intelligent, fast and effective control of the heat stable transmission capacity of the line and significantly improves the intelligence and practicability of dynamic capacity increase technology. The example analysis shows that the method is scientific, practical and applicable, and could be applied to other provinces and cities.
考虑径向温差的架空输电导线的动态增容分析

考虑径向温差的架空输电导线的动态增容分析

考虑径向温差的架空输电导线的动态增容分析随着国家电网的快速发展，对络续电力传输和电网稳定性的要求越来越高。

架空输电线路作为传输电力的主要手段之一，在这些要求方面扮演着重要的角色。

在架空输电线路中，由于环境温度变化不可避免，因此需要对径向温差进行动态增容分析。

径向温差指的是导线内外表面温度的差值，是影响导线热膨胀的主要因素。

在高温环境下，导线内表面温度较高，而外表面温度较低，从而导致导线出现径向温差。

这种径向温差会随着温度变化而不断增加，导致导线发生热膨胀。

如果导线受到热膨胀的影响而过度膨胀，就会导致导线形变和拉力的变化，甚至可能导致导线的破断。

为了避免导线在高温环境下的热膨胀和变形，需要进行动态增容分析。

动态增容分析是通过对导线温度变化的模拟来预测导线热膨胀所导致的变形，从而确定导线的合适增容量。

动态增容分析需要考虑的因素包括导线的材料特性、导线的几何形状、导线的工作温度和环境温度。

在动态增容分析中，可以采取有限元模拟的方法进行计算。

先将导线的几何形状进行建模，并设置导线的材料属性、工作条件和外部环境条件。

然后对导线进行温度膨胀的模拟计算，通过模拟计算可以得出导线的形变和应力分布。

根据此结果可以确定导线的合适增容量，从而保证导线在一定范围内不会产生过度膨胀和形变。

同时，为了保证导线的安全可靠性，需要定期对架空输电线路进行巡检和维护。

定期巡检可以及时发现导线存在的问题，如导线的锈蚀、拉力不平衡等。

同时，根据动态增容分析结果，可以对导线的增容量进行调整和优化，以保证导线的安全可靠。

总之，针对径向温差的动态增容分析是架空输电线路设计和维护中的重要环节。

通过采用有限元模拟的方法，可以得到导线的形变和应力分布，从而保证导线在高温环境下的正常工作。

定期巡检和维护可以发现和解决导线存在的问题，从而确保导线的安全可靠。

考虑径向温差的架空输电导线的动态增容分析

考虑径向温差的架空输电导线的动态增容分析

考虑径向温差的架空输电导线的动态增容分析现代电力系统中，架空输电线路是一种广泛使用的输电方法，其通过高承受能力和低损耗的特性，可大规模进行电力输送。

同时，随着经济的发展，技术的提高，电力系统已经承担了更多的负荷。

因此，在这个背景下，如何保证电力输送的可靠性和安全性，成为了电力工程中一个重要的研究课题。

在高压输电线路中，一个重要的问题是导线的热膨胀。

一般来说，因为高温，导线会呈现出一定程度的膨胀，而当温度下降的时候，导线又会出现收缩。

这种现象被称为导线的动态增容。

为了在高压输电线路中降低这种热膨胀对线路带来的影响，研究人员一直在努力寻找一种方法来减少这种现象。

在这个背景下，考虑径向温差的动态增容分析就成为了一个非常实用的方法。

首先，要理解一个概念，就是温差是指导线两个相邻点的温度差。

同时，在同一高度上，热膨胀过程是沿着导线径向进行的，即导线周向热扩散可以忽略不计。

因此，针对这种热膨胀的问题，考虑径向温差是非常实用的。

其次，关于如何分析导线的动态增容，有一些技术方法需要提到。

首先是热力学方法。

在该方法中，我们需要考虑导线的导电性质，热流量分布以及导线的热容等因素。

另外，还有一种方法是有限元分析法。

该方法是通过数学模型来计算导线因热膨胀产生的应力和变形，从而得出导线的形状和高度变化。

最后，在考虑径向温差的动态增容过程中，也需要注意一些细节问题，如在高温下，导线会逐渐膨胀，导致其线长变化。

因此，我们需要根据实际情况对导线的长度进行修正。

另外，由于架空导线通常运用在风力较大的地区，因此还需要将风力的影响因素考虑在内。

综上所述，考虑径向温差的动态增容分析是一种实用的方法，可以帮助我们更好地了解导线在高压输电过程中的热膨胀特性以及对线路可靠性和安全性的影响。

在未来的研究中，我们需要更深入地探究这一问题，以实现更高质量的电力传输。

基于动态增容技术的输变电调度监控系统设计

基于动态增容技术的输变电调度监控系统设计

108研究与探索Research and Exploration ·工艺与技术中国设备工程 2019.06 (下)输电导线和变压器是构成输电网络最重要的两个部分。

随着我国经济蓬勃发展，用电需求不断增加，电网负荷日益提高。

为满足用电需求，特别是为降低N-1运行方式下的运行风险，需要新建或改造大量输电线路，增加变压器的输送容量以适应这一现状。

但新建线路、购置新变电设备成本巨大，所以有必要考虑在不改变网架结构的基础上提高现有设备的输送容量，从而提高电网输送能力。

目前，国家电力公司和相关研究机构对输电线路和变压器的增容技术研究取得了很大突破，但二者的研究相对独立，将输电线路动态增容系统和变压器动态增容系统进行有机整合的研究还较少。

基于这一现状，本文提出一种基于动态增容技术的输变电调度监控系统，通过汇集并展现输电线路与变压器动态增容系统的实时运行信息、监测分析信息、预测预警信息，为负荷控制和调度管理提供实时、准确、直观的技术支持；在保障输变电设备安全可靠运行的前提下，最大限度地提升电网的运行能力与运行效率，取得显著的经济、社会效益。

1 动态增容技术原理简介早在20世纪70年代，动态热定值的概念与实现架构就被提出，最早主要应用于输电线路。

由于输电线路动态增容技术能够产生较大的经济效益，国内外许多高校、企业都展开了大量研究。

目前运行电网基本采用单一环境温度决定输电线路热稳定电流，导致线路容量管理不能因时制宜；对于变压器，规程规定其过负荷倍数和可持续运行时间应根据变压器的运行环境温度和起始负荷通过查询曲线获得，而现阶段调度部门难以掌握环境实时情况，因此难以确定变压器的过负荷倍数和时间。

需要注意的是，输电线路运用动态增容技术容量提升后，变电设备（变压器、断路器、隔离开关等）的输送容量也应作出相应地调整，使之能与输电线路的容量相适配。

1.1 输电线路动态增容技术原理线路运行规程规定的输电线路载流量值是在环境条件十分严苛的条件（温度不变，风速为0m/s，光照为1kW/m 2,不考虑其它有利散热条件）下计算而来，导致其实际运行中往往留有较大余量；而且随着输电线路运行环境参数(如环境温度、湿度、风力和光照等)变化，这种余量也会改变。