输电线路状态监测导线温度的系统设计

输电线路状态监测导线温度的系统设计

罗迪理

广西鸿泰勘察设计有限公司 广西玉林 537000

摘要：当前，我国电力工程发展规模日益扩大，输电线路的安全逐渐提上日程。随着用电负荷的变化和发展，多种技术受限导致降低了电力系统中输电线路的输电能力，进而大大降低了系统的输送容量，难以满足电力用户需要。为了提高系统传输中的传输容量，主要方法包括静态提温增容技术和动态实时监测增容技术，由于后者具有安全、可靠等优点，应用更加广泛。利用动态增容技术的监测方法分别有基于气候监测、直接温度测量监测、导线弧垂测量监测以及导线张力测量监测的动态增容技术，经研究表明，采用基于直接对输电线路温度测量的动态增容技术是比较可行的方法，但在线监测系统在技术方面和管理方面仍存在诸多待解决的问题。

关键词：输电线路；状态监测；导线温度；系统设计

引言

在架空输电线路运行过程中，导线断线情况并不常见，大多由于外力影响造成，如超设计覆冰、超设计大风、外力碰线、持续短路电流烧毁等，在外界条件未对线路造成直接影响时，较难判断线路设备断线故障原因。

1输电线路增容方法

1.1静态提温增容技术

该技术的原理是突破行规限制，对于环境温度仍按40℃进行考虑，环境风速、光照强度也同样按行规要求计算，通过对导线的最高允许温度提出改进，从而来实现输电容量的提升。通过实验证明，如果将温度提升一定裕度，输电线路的输送容量明显得到提高，从而带来较高的经济收益。但是，通过该技术提升输送容量，也会来带来一些负面影响:(1)输电线路的导线以及配套的金具使用寿命会受到影响;(2)温度提高同样会使导线的弧垂增加，导致对地以及交叉跨越的安全裕度得到不同程度的影响;(3)该技术提升载流量的同时，电能损耗也相应增加。

1.2动态增容技术

在保持现有行规的前提下，根据应用条件所选择增容模型，推导计算出导线各时刻的最大允许载流量，从而用以提升系统的输电容量。动态增容技术相较于静态增容技术很大程度上可以保证设备和系统的稳定、安全运行。

2输电线路状态监测导线温度的系统设计

2.1适用于5G通道的输电线路差动保护方法

输电线路差动保护理论上具有输电线路内部短路时动作的绝对选择性，被广泛用于输电线路的主保护。5G是最新一代蜂窝移动通信技术定义的超高可靠与低时延通信URLLC)应用场景，具有高速率、低时延、高可靠性、高授时精度等特点，契合了线路差动保护的要求。电流差动保护在算法上要求参与运算的各侧电气量的采样时刻必须同步，这是实现差动保护的关键所在。基于数据通道的同步方法不依赖于外部时钟源，可靠性很高。因此，5G通道的两侧同步不能采用基于数据通道的同步方法。提出了一种基于外部时钟的同步方法。线路保护装置的采样时钟实时跟外部时钟同步，保证晶振体产生的脉冲前沿与外部时钟具有1μs的同步精度。当给线路两侧保护装置授时的外部时钟同步时，两侧装置采样脉冲之间具有2μs的同步精度。

2.2过热状态下输电导线接续管热疲劳损伤

架空输电导线接续管热疲劳损伤缺陷若得不到及时解决，处于过热状态下的导线接续管结构性能会发生大幅改变，逐步加重材料的热疲劳损伤。利用COMSOL有限元仿真软件分析特定条件下接续管内各场量的变化过程，同时求解结构剩余强度和剩余寿命。考虑到接续管的热疲劳试验过程繁琐且漫长，仿真计算将有效减少耗时且更具有直观性。在导线接续管运行特性仿真边界条件设置中，需要研究导线的焦耳热，因此将导线及接续管全域设置为电流守恒和固体传热，将接续管内侧与铝绞线外表面的接触面定义为电接触和热接触，设置压接后管体压接位置处的残余应力与接触压力模拟、硬度、传热系数等。定义导线一端为终端控制电流大小，另一端设置为接地，电势为０。导线两端截面设为固定截面，采用电磁热耦合模块，以此研究该段导线在接通电流后所产生的焦耳热。接续管工作于外部高空中，且散热方式为对流传热，因此采用外部自然对流边界条件，介质设置为干空气，散热方式设置为沿导线长度方向。设置导线接续管热疲劳损伤仿真边界条件时，对整个接续管域设置温度循环荷载。采用超精细四面体单元对输电导线接续管模型进行网格划分；采用自适应网格划分法加强仿真计算过程中的收敛性，以提高计算精度；接触面上进行网格加密以便更加准确地反映接触面特性。

2.3物理引导的SSA-BiG RU输电线路覆冰厚度预测模型

对于输电线路，一般采用微气象因素作为特征对其进行覆冰预测。输电塔体系上的监测系统可收集到一些物理参量数据，如综合荷载、风偏角等。这些实时监测数据虽然不能在深度学习模型中用作预测覆冰厚度的特征参数，但其与覆冰存在很大的关联；因此，尝试分析综合悬挂荷载、覆冰厚度以及一些其他参数，然后根据所得的相应关系挖掘其中的客观物理规律；再将规律与预测模型结合，使其在后续使用的BiG RU模型训练过程中起到修正作用，使模型与覆冰现象的形成过程更加契合，避免预测结果出现违背物理规律的情况。首先对输电塔线进行受力分析。在静力学的范畴内，输电线在覆冰状态下受到3种荷载，即来自导线的自重、覆冰重量引起的纵向荷载、风压引起的横向荷载。

2.4无接地极直流输电线路金属回线选型设计

随着特高压直流输电线路的不断发展，对直流输电运行的可靠性及灵活性的要求不断提高，为了有效解决高压直流输电系统接地极极址及线路路径选择困难的突出问题，考虑采用金属回线与极导线同塔架设的方案，取消接地极和接地极线路，充分利用已有的线路走廊和铁塔，起到节约土地占用和节省工程投资的作用。对金属回线与极导线同塔架设方案而言，金属回线的载流量与金属回线的截面及最高工作温度紧密相关。增大金属回线的截面，可以有效提高载流量，满足工程需要，但增大金属回线截面也会导致铁塔、基础等一系列线路建设初投资的增加。选择工作温度较高的金属回线型号，会使线材单价费用较高，导线的载流量也随之增加，因此，合理地选择金属回线型号是金属回线与极导线同塔架设方案的关键所在，也直接关系到整个线路工程的建设费用。与常规直流输电线路极导线相比，金属回线具有以下特点。（1）工作电压相对较低。金属回线工作电压只是工作电流在导线上引起的压降，因而金属回线的工作电压相对较低。（2）额定电流下的运行时间较短。直流输电系统一般只是在工程初期，以及双极投运后某极发生故障或检修时才进入单极金属回线运行方式。综合考虑运行要求和节省投资，金属回线导线的截面选择可不按常规的经济电流密度来设计，可按线路可能出现的最严重工况校验热稳定条件，并综合考虑电磁环境、经济性等因素，这样选择的导线既满足工程技术要求，又可节约投资。

结语

通过研究输电线路电流与导体温度之间的关系，提出了通过实时监测一定天气环境下的导体温度来计算线路隐式电容以实现传送容量扩展目的的想法。

参考文献

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