白虎 自慰 一种磋商默契短时过载的断面输电才智擢升门径 A Transmission Capacity Improvement Method Considering Transmission Line Short-Time Overload

1Economic and Technology Research Institute白虎 自慰， State Grid Liaoning Electric Power Supply Co. Ltd.， Shenyang Liaoning

2North China Electric Power University， Beijing

Received: Dec. 11th， 2015; accepted: Dec. 25th， 2015; published: Dec. 31st， 2015

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ABSTRACT

The limit of thermal stability is an essential part of determining the transmission capacity of the transfer section. In the traditional safety analysis， the limit is a constant value. However， in the actual power operation， it is a process of the electro-thermal coordination closely relating to the environmental factors. Based on the above statements， the paper does a study on the process of the line current-carrying and then creates a model of thermodynamics of the line. After that， we combine the model with power analysis tools， as a result， forming a calculation model of power analysis. Finally， we test the thermal stability of the line in the short-time overload environment and verify the increase on the transmission capacity in consequence.

Keywords:Electro-Thermal Equilibrium， Short-Time Overload， Limit of Thermal Stability， Transmission Capacity

一种磋商默契短时过载的断面输电才智 擢升门径

宋颖巍1，沈方1，刘岩1，吴卓航1，范京艺2，王婷婷2，毛安家2

1国网辽宁电力有限公司经济技能商讨院，辽宁 沈阳

2华北电力大学，北京

收稿日历：2015年12月11日；托福日历：2015年12月25日；发布日历：2015年12月31日

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摘 要

输电默契的热踏实极限是细则断面输电才智时必须磋商的一个紧迫身分，在传统安全分析中，默契热踏实极限是算作一个固定不变的值来磋商的，而骨子运行中，热踏实是一个电热均衡经过，和环境身分密切相关。在此基础上，商讨输电默契载流机理，建立输电默契的热力学模子，将此模子与潮水分析充分衔尾，形成电热互助的电力系统潮水求解模子和算法。在默契过负荷的测试环境下，校验默契的热踏实性，考据短时过负荷擢升输电才智的正确性。

要津词 :电热均衡，短时过载，热踏实极限，输电才智

1. 小序

跟着区域经济的不休发展，地区电网负荷的逐年增多，对输电会聚的输电才智提倡了更高要求，加之节能减排理念的实行，征地老本的增多，开辟新的输电走廊及架设新的输电默契越来越贫瘠。因此，充分挖掘现有电网的输电才智，以缓解由负荷增长带来的输电垂危，具有很履行的意旨。

永久以来，工程上用输电默契的最大允许载流量来评价默契的传输限值[1] ，并在默契设计时以此校核导线最大输电容量。运行讲解注解标明，这种静态默契容量极限值是保守地基于最恶劣景象条目(如好天，高温，无风等)，为保管默契对地的安全距离而得出的。但从电网骨子运行的情况看，在大大量时刻里电网外部的景象条目要远远好于假设的最恶劣景象条目。这就为咱们在短期内相宜擢升默契运送才智提供了可能性 [2] 。除此除外，国内设计的送电默契，齐按经济电流密度中式导线截面，系统踏实N-1准则要乞降现行标准70℃允许温度界限 [3] ，导致长年运送负荷远小于导线发烧允许温度的运送容量。偶而不得不为短时刻的默契停运、测验，而新建一端倪解 [4] 。

成立新的默契或者对现有默契进行技能校正、升级、或者扩建，是现在开阔领受的擢升默契输电才智的模范，但是这种模范无疑存在投资大，成立周期长的问题，同期也增多了电力部门的运营老本。比年来，跟着传感与通讯技能的连忙发展，左右默契及时温度监控进行默契动态增容的技能得以发展与应用 [5] [6] ，尤其是在泰西阐扬国度，调遣尺度中建议对总共要点输电默契假装及时温度及时监控安设，从而大要确保默契在骨子过载时切除默契 [7] ，可是，由于系统漫步性，建立全网及时温度检测系统在短时刻内难以竣事。

说七说八，在刻下技能条目下，尤其是电力系统仍处在高速发展与冉冉完善期间，充分左右现有输电开发，挖掘默契潜在输电才智，具有表面与实践的双重价值。本文恰是基于此念念想，笔据电热均衡表面，提倡了一种左右输电默契短时过负荷擢升输电才智的门径，该门径大要在保证系统安全的前提下，擢升系统运行的经济性。

2. 输电默契的热均衡经过

由焦耳定律可知，输电默契上滥用的有功功率十足变调为热量。热量中的一部分擢升了传输线的温度，另一部分热量则由于环境与传输线存在温差平静到环境中(图1)。

这个经过不错用下述方程(1)描写：

(1)白虎 自慰

式(1)中浮现流入传输线的驱动能量，是经由传输线后的输出能量，为热能，浮现储存在传输线上的能量即默契温升，和分别浮现对流散热和放射散热 [8] 。

因为骨子的输电默契平庸架设在户外，影响能量均衡的身分不仅包括式(1)所波及的身分，而且还包括太阳映照产生的热量。因此，能量均衡方程式修正如(2)式：

(2)

对(2)式两头同期取微分，获取(3)式：

(3)

上式中，，，，，分别浮现从有功损耗，太阳映照，热储能，对流以及放射产生的热通量(单元时刻滥用的热量)。

笔据热传递表面，可知式(4)到(9)：

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

式中是传输线20℃ (293 K)时单元长度的电阻；是导体的运行温度(K)；为电阻温度变化总共；浮现太阳及空气的放射强度(一般取1000 W/m2)；是导体接收太阳放射的比率，关于铝导线，一般取值为0.6；是与导体材料相关的放射总共；是导体的环境温度；，，分别浮现单元长度导体承袭光照、放射和对流的面积；关于圆柱体导线，直径为D，，；是对流热量的总共；浮现导体材料的特定热量；浮现单元长度导体的质料。

图1. 传输导线的热均衡经过

一般来说，导体的温度不是很高何况电阻温度的影响不错忽略，是以，式(4)可简化为

(10)

其中为单元长度功率。将式(5)~式(10)带入式(3)中，不错获取动态热均衡方程式 [9] ，扎眼到导线热损耗是通盘默契的，因此，单元长度上的热均衡方程式为：

(11)

其中L为默契总长度。式(11)所示热均衡方程包括对流和放射因子，因此很难求解，骨子方位中使用复共缠绵门径而不是告成求解该方程。也便是说，热放射经过不错由牛顿散热公式抒发，对流和放射公式与其有雷同的体式。因此两者吞并成复合热均衡公式，从而获取式(12)：

(12)

在该热均衡方程中，是由对流和放射产生的复合热扩散总共，不错由两个热扩散因子和导体温度求得；代表导体的密度。

通过深切商讨不同的环境身分，式(12)响应了在电流流过导体时传输线温度的变化。

当导体温度不发生变化，式(12)简化为

(13)

当热接收与热扩散达到均衡时，导体的温度也大要踏实，热均衡经过即可由式(13)浮现。由式(13)不错看出，导体的载流定值与温度保捏一致性，因而在电力系统运行调遣、适度的决议中可告成使用此公式细则导体的电流限值，免去对导体温度的磋商。

可是，此式忽略了导体载流与温度不同步的过渡经过，尽管这一过渡经落后刻不长，但通常便是这一不长的时刻经过的忽略，就会形老本不该发生的连锁故障，产生不该有的经济耗损。因此，本文使用计及温度变化经过的热均衡方程(式(12))，分析输电断面的短时过载才智。

3. 断面短时过载才智分析

导体最大允许温度所对应的电流值，即是导体所允许的最大载流量 [10] [11] ，其对应的功率即是平庸所说的热踏实极限，算作校验默契运送才智的依据，一般不允许被卓越。

系统泛泛运行时，默契的电流远小于，且其环境条目(气温、日照、风速等)也远优于细则时的环境条目，此时的导线温度相应远低于标准所细则的最大允许温度。当负荷增万古，导线温度将按照式(12)所示限定高潮，由于温度的高潮有赖于热量的积攒，即使负荷高潮到热踏实极限，以至跳跃热踏实极限时，导线的温度也并不一定达到，也便是说，此时的系统仍然是安全的，仍可保捏过载默契的运行。如图2所示。

当默契万古刻过载，由(12)所细则的热均衡方程下，有可能使得导线温度达到或跳跃，此时必须采用模范以保证系统安全。因此，不错通过跟踪负荷变化经过中的导线温度变化限定，允许断面短时过载运行，进而在一定进程上增多了断面运送才智 [12] 。当负荷弧线变化限定已知时，必须细则允许过载时刻和最大过载量，如图3所示。

图2. 默契过载暗意图

图3. 默契过载才智暗意图

4. 解算门径

4.1. 负荷弧线的分段阔别

负荷弧线按照时刻经过进行阔别，不错对商讨时刻经过进行等时刻阻隔阔别和不等时刻阻隔阔别。等时刻阻隔阔别，负荷弧线以日发电霸术为例，通常以整点负荷表征该小时内的负荷水平；在负荷急巨变化时，整点负荷通常与系统骨子负荷存在较大各别。领受和会念念想 [13] ，磋商负荷变化情况而进行不等时刻阻隔阔别，负荷变化稳其时，少许时刻经过比宗子时刻段的负荷水平更接近系统的骨子情况；而负荷急巨变化时，数目较多的短子时刻段紧密描画了负荷弧线攀峰降谷经过，提供了填塞的缓冲时刻渡越笔陡段落。本文领受文件 [13] 的阔别门径，阔别情况见算例分析部分。

4.2. 具体缠绵

基于上述旨趣，假设某一负荷弧线(如图4)，在默契过载的条目下，校验默契热踏实性。解算门径列写如下：

图4. 默契过载才智求解暗意图

在阶段：

1) 设初值，在时刻，默契运送功率为，导体温度为；记在时刻，默契运送功率为，导体温度为。

2) 把均分红n阻隔，每一阻隔为，分别鲜艳为；相适时刻的导体温度鲜艳为。

3) 在的时刻阻隔内，令默契运送功率保捏不变，取。

4) 求解动态均衡方程(12)，变形后的积分方程(14)，得，最终可缠绵出时刻导体温度。

(14)

在(过载)阶段：

5) 记在时刻，默契运送功率为，导体温度为；若导体温度，默契欢乐热踏实性；若，默契不欢乐热踏实性。对阶段，将弧线拟合成门路状弧线，记在、时刻，默契运送功率分别为、，导体温度分别为、。

6) 夙昔边求得的为初值，求解积分式(14)，可得。

7) 校验是否小于。

5. 算例分析

假设区域A、B之间双回聚首线为LAB，默契阻抗，电压品级为500 kV，默契额定电流1500 A，如图5所示。

假设环境温度为30℃ (303 K)，导线驱动温度35℃，默契长度300 km，式(12)中各常数取值如表1所示，并假设图3中负荷弧线分段后各段负荷及捏续时刻如表2所示，图中，默契设定最大功率。

代入表1，表2数据，解方程(14)，得各时段默契温度如表3所示。

从缠绵效力不错看出，跟着负荷的增长，默契的温度也随之增长，但其增长具有滞后特点，左右这种滞后特点，不错在时过载的情况下保证默契温度低于最大允许温度，进而擢升默契的运送才智。

图5. 互筹商统过甚断面暗意图

表1. 热均衡方程式(12)中的常数取值

表2. 各时段时长及负荷均值

表3. 各时段默契温度

6. 收尾语

本文笔据传热学分析了输电默契温度变化经过中波及到的对流散热、放射散热、日照吸热，以及焦耳热等学问，为建模经过的能量变化提供基础。建立以输电默契电流为变量的，同期又是导体温升的函数的热均衡微分方程将此模子与潮水分析充分衔尾，形成电热互助的电力系统潮水求解模子和算法。在过负荷的情形下，应用该模子，校验默契的热踏实性。算例分析标明了短时过负荷擢升输电才智的可行性。短时过负荷擢升输电才智的优点在于其经济性，但是由于本文探讨的门径还存在风险水平未知等诸多问题，有待至今后深切的商讨。

致谢

在商讨经过中，万分感谢对本论文赐与匡助的老诚以及众人，同期愈加感谢赐与转载和援用权的怨恨、图片、文件、商讨念念想和瞎想的总共者的共享。

著述援用

宋颖巍，沈 方，刘 岩，吴卓航，范京艺，王婷婷，毛安家. 一种磋商默契短时过载的断面输电才智擢升门径A Transmission Capacity Improvement Method Considering Transmission Line Short-Time Overload[J]. 输配电工程与技能， 2015， 04(04): 124-131.

参考文件 (References)白虎 自慰