CN101034806A - 输电线路动态监测增容系统及其增容方法 - Google Patents

Abstract

本发明指一种输电线路动态监测增容系统及其增容方法，其特点是，系统包括：调度EMS系统、增容系统主站、输电线路以及多个在线监测装置；调度EMS系统的输出端与增容系统主站的输入端连接；在所需增容的输电线路沿线间隔设置多个在线监测装置，各在线监测装置与系统主站之间通过无线通信网络传输连接。利用动态监测增容技术提高输电线路输送能力，无需对线路做任何改造，在保持线路现有安全性的条件下，进行输电线路的增容运行，并具有速度快、投资低、安全性高的优点。

Description

输电线路动态监测增容系统及其增容方法

技术领域

本发明涉及一种利用动态监测增容技术提高输电线路输送能力的输电线路动态监测增容系统及其增容方法。

背景技术

近年来，随着社会需求的发展和发电厂建设步伐的加快，电网规划建设滞后、输电走廊稀缺等引起的输电能力不足的问题日益突出，电网输电线路的增容需求量很大并很迫切。例如：

2005年底，华东电力调度交易中心在《华东500kV电网今冬明夏安全有序供电薄弱环节分析及对策》一文中，就输电线路瓶颈问题明确指出：

1)浙江电网低谷受电能力不足，瓶窑—武南5905/5915双线成为受电瓶颈。

2)浙江中南部和福建电网受电能力不足，乔司—涌潮5493/5494双线和瓶窑—富阳5437/5438双线将继续成为受电瓶颈。

3)安徽电网送出能力不足，敬瓶5901线严重制约安徽送出。

4)上海500kV外顾5119/5120双线、顾杨5129/5130双线存在输电瓶颈。

5)上海泗泾地区受电能力不足，应确保渡泗5101/5108双线和泗南5111/5118双线增容改造在夏季高峰前完成。

6)考虑到江都—武南5291/5292双线输电能力主要受限于线路载流能力，暂态稳定输送能力仍有一定裕度，因此建议实施江南双线增容改造，在明夏前投产，提高苏北过江断面南送能力。

7)瓶王5431和瓶乔5411断面潮流将逼近其输送能力，建议在明年夏季高峰前实施增容改造，提高该断面输送能力，避免其对天荒坪开机方式的限制。

为解决全国性的缺电的问题，目前，我国已完成了以“厂网分开”为主要特征的电力市场改革，由于电源投资主体的多样化和近年来的缺电局面，又造成了电源的无序建设，给电网的规划和建设带来了许多不确定的因素。

在技术层面上，受短路电流超标的限制，也不可能毫无约束地大量建设输电线路。例如华东电网，在电网输送能力严重不足的同时，电网的短路电流超标问题非常突出，变电站过多的进出线是造成华东电网短路电流超标的主要因素之一，这严重制约了华东电网的输电线路建设。

另外，线路(高压传输线)载流量的计算公式采用的是通过热平衡原理推导公式。我国现行规程(DL/T 5092——1999 110～500kV架空送电线路设计技术规程)中采用的是英国摩尔根公式，导线载流量I与环境温度θ_a、风速V、日照强度J_S、导线温度限额θ及导线本身的物理参数k(多个)有关，可用函数表达式简单表示如下：

I＝f(θ_a，V，J_S，θ，k)

上述函数中的5个自变量按如下原则确定：

1)物理参数k(多个)

具体为导线的直径、直流电阻、温度系数等等，高压传输线确定后，各参数也相应确定。

2)导线温度限额θ

考虑导线的机械强度损失，导线确定后，导线温度限额θ也相应确定，对于500kV线路常用的4×400mm²钢芯铝绞线，温度限额为70℃。

3)环境条件：环境温度θ_a，风速V，太阳辐射强度J_S

由于运行人员并不知道和掌握线路现场的具体情况，为了确保线路的安全运行，在计算确定导线输送电流限额时，只能假定可能出现的较差组合的环境条件，环境温度采用40℃(最高气温月的最高平均气温)、太阳辐射强度采用1000W/m²(晴天，日光直射)，风速采用0.5m/s(基本无风，一级风力风速为0.3m/s至1.5m/s)。只能粗略保守的计算输电线路输送电流的限额。

为了应对上述矛盾，解决全国各大电网或多或少都存在电网输电能力不足的问题，除了建设新的线路(电网)外，提高现有输电线路的输送容量，是一个既快又省的有效途经。而且动态增容技术在提高电网输送能力的同时，对电网的短路电流无丝毫的增加，是提高电网输送能力和控制电网短路电流的两全之策，是实现电网可持续发展的重要技术。

发明内容

本发明是为了解决现有上述输电线路的输送容量的问题，而提出的一种既能提高现有输电线路的输送容量，又减小新增投资的幅度的输电线路动态监测增容系统及其增容实施方法，该技术不单能在短期内解决上述输电瓶颈问题，还可以提升电网的输电能力，经济效益十分显著，具有很好的推广应用价值。

本发明采取的技术方案是：

输电线路动态监测增容系统，其特点是，包括：调度系统、增容系统主站、输电线路以及多个在线监测装置；所述的调度系统的输出端与系统主站的输入端连接；所述的多个在线监测装置分别间隔设置在所需增容的输电线路沿线，各在线监测装置与系统主站之间通过无线通信网络传输连接。

上述输电线路动态监测增容系统，其中，所述的系统主站包括中心数据库、数据处理/模型计算单元、应用服务单元、WEB服务单元、前置通信单元、系统管理单元；其中：

所述的中心数据库存储和管理系统的所有数据；

所述的数据处理/模型计算模块对系统采集到的数据进行数据筛选、归档处理，并根据系统模型进行计算；

所述的应用服务模块为WEB服务单元应用提供业务逻辑处理；

所述的WEB服务单元为用户提供系统操作界面；

所述的系统管理模块监视系统工况，召测、设置设备工况；

所述的前置通信单元是负责与现场设备通信，并与相关系统接口。

上述输电线路动态监测增容系统，其中，所述的前置通信单元通过普通短消息、企业短信平台、GPRS/CDMA与现场设备通信，获取导线温度、气象信息；通过系统接口从电网运行部门调度的实时系统获取线路电流。

上述输电线路动态监测增容系统，其中，所述的系统采用B/S结构，用户通过IE访问系统。

上述输电线路动态监测增容系统，其中，所述的各在线监测装置包括：辐射传感器、导线温度传感器、环境温度传感器、高压取电电路、数据采集和控制电路、数据通讯电路；所述的辐射传感器、导线温度传感器、环境温度传感器的输出端分别与数据采集和控制电路的输入端连接；所述的高压取电电路输入端感应导线上的电信号，该高压取电电路的输出端与数据采集和控制电路的输入端连接；所述的数据采集和控制电路与数据通讯电路之间双向连接；所述的数据通讯电路通过天线收发信号。

上述输电线路动态监测增容系统，其中，所述的高压取电电路包括一取电电路、一控制电路、一保护电路以及一装置电源组；所述的取电电路用于从高压线上取得电能；所述的控制电路完成对取电电路的控制；所述的装置电源组为装置提供不同电压的电源；所述的保护电路用于在高压线路短路时保护取电电路。

上述输电线路动态监测增容系统，其中，所述的数据采集和控制电路包括：监控电路、模数转换电路和微处理器；所述的监控电路完成对微处理器的监控；所述的模数转换电路将辐射传感器送来的模拟信号转换成数字信号后，送到微处理器；所述的微处理器用于将导线温度传感器、环境温度传感器、辐射传感器送来的信号计算处理后，送数据通讯电路。

一种输电线路动态监测增容的方法，其特点是，包括以下步骤：

a、在输电线路沿线合理布置监测点，配置在线监测装置，设置线路参数；

b、从在线监测装置获取输电线路导线温度和气象信息，从调度EMS系统获取线路电流数据，并将所有现场检测数据利用无线通信网络和有线网络进行传输到系统主站；

c、实时计算稳态限额；

d、设定规避风险系数；

e、在设定的规避风险系数下，确定数学模型，实时地计算电网“N-1”运行状态下，安全目标时间下的安全电流值或安全目标电流值下的安全时间，以及在出现“N-1”(即：相关线路因故障或无故障跳开后)运行状态后，显示导线温度实时跟踪模式；

f、根据上述合理布置的监测点所配置的监测装置上传的实时数据，按设定的规避风险原则和数学模型，进行实时计算和显示，指示输电线路的增容运行，使线路的动态增容运行具有可操作性。

上述一种输电线路动态监测增容的方法，其中，步骤a所述的配置还包括在线路两端的变电站或发电厂配置小型气象站，以及在线路各测点配置可在线监测导线温度、环境温度和太阳辐射强度的测试装置。

上述一种输电线路动态监测增容的方法，其中，步骤a所述的线路参数设置包括：

1)设置本线路导线目前运行规程允许工作的温度限额；

2)输入增容运行前运行规程规定的导线的运行电流限额；

3)相关线路因故障或无故障跳开后的“N-1”状态下，转移到本线路的潮流转移比；

4)用于计算线路有功潮流的线路电压和功率因数。

上述一种输电线路动态监测增容的方法，其中，步骤a所述的线路参数设置还包括对控制的安全目标进行设置，包括：

1)设定安全目标时间：

相关线路因故障或无故障跳开后的“N-1”状态下，潮流转移到本线路，本线路不突破设置的“导线允许工作温度”的运行时间；

2)设定电流或潮流的安全目标限额：

相关线路因故障或无故障跳开后的“N-1”状态下，潮流转移到本线路，本线路不突破设置的“导线允许工作温度”的运行电流或潮流限额。

上述一种输电线路动态监测增容的方法，其中，设定安全目标时间中的时间是指处理故障的时间，根据上述设置的参数和实时监测的线路运行状况和环境气象条件，系统主站进行实时计算安全目标时间下，本线路不突破设置的“导线允许工作温度”的安全电流或潮流值。

上述一种输电线路动态监测增容的方法，其中，设定安全目标限额中的限额是指“N-1”状态下本线路最大的电流或潮流限额，根据上述设置的参数和实时监测的线路运行状况和环境气象条件，系统主站进行实时计算安全目标限额下，本线路不突破设置的“导线允许工作温度”的安全时间。

上述一种输电线路动态监测增容的方法，其中，步骤c所述的实时计算稳态限额是利用摩尔根公式计算各测点处的等效风速，进而计算各测点的限额值，给出最小值作为该线路的限额值。

上述一种输电线路动态监测增容的方法，其中，步骤d所述的设定规避风险系数是指：为了输电线路的安全运行，考虑在线路处于“N-1”状况后可能出现的风险，和设定规避这个风险的系数；所述系数是：以当前的气象条件为基准，将其做劣化处理，代入数学模型中进行计算，以确保线路处于“N-1”状况后，导线温度不突破原规定的温度限额。

上述一种输电线路动态监测增容的方法，其中，步骤e所述的数学模型是指：在设定的规避风险系数下，结合摩尔根公式和导线温升特性，确定“时间限额下的安全电流”、“电流限额下的安全时间”以及“导线温度实时跟踪模式”的数学模型。

上述一种输电线路动态监测增容的方法，其中，所述的“N-1”运行状态是指：电网在正常运行方式下任一线路无故障或因故障断开后，此时应能保持稳定运行和正常供电、其他线路不过负荷的运行状态。

上述一种输电线路动态监测增容的方法，其中，所述的转移到本线路的潮流转移比指；当某相关线路因故障或无故障跳开后，该线路的潮流会转移到本线路，该转移过来的潮流占本线路电力负荷的百分比。

由于本发明采用了以上的技术措施，在输电线路上安装在线监测装置，对导线状态(导线温度)和气象条件(环境温度、日照、风速等)进行监测，在不突破现行技术规程的规定的前提下，系统主站根据数学模型计算结果，进行输电线路的增容运行，使输电线路载流量提高10～30％左右。

而且，如果在某一区域电网所有的线路上应用动态监测增容技术，可以共享主站系统和测点数据，降低增容系统的投资。也可以使运行人员全面掌握整个电网各线路的实时输送容量限额，更有效地进行电能的调度运行。

附图说明

本发明的特征性能由以下的实施例及其附图进一步描述。

图1是本发明的动态监测增容系统示意图。

图2是本发明的动态监测增容系统的系统主站的结构框图。

图3是本发明的动态监测增容系统中的在线监测装置的电方框图。

图4是本发明在线监测装置中的高压取电电路的电方框图。

图5是本发明在线监测装置中的数据采集和控制电路的电方框图。

图6是本发明的动态监测增容系统的系统主站动态监测增容的控制流程示意图。

具体实施方式

请参阅图1。本发明输电线路动态监测增容系统，包括：调度EMS系统1、系统主站2、输电线路3以及多个在线监测装置4。调度EMS系统的输出端与系统主站的输入端连接；多个在线监测装置分别间隔设置在所需增容的输电线路沿线，各在线监测装置与系统主站之间通过无线通信网络A传输连接。

沿输电线路选取监测点，在导线上安装在线监测装置，对导线温度、环境温度、日照进行监测，与系统主站的数据和指令通过无线通信网络传输；通过网络，从调度EMS系统获取本线路电流及相关线路电流。

请参阅图2。本发明输电线路动态监测增容系统中的系统主站2包括中心数据库21、数据处理/模型计算单元22、应用服务单元23、WEB服务单元24、前置通信单元25、系统管理单元26；其中：中心数据库存储和管理系统的所有数据；数据处理/模型计算模块对系统采集到的数据进行数据筛选、归档处理，并根据系统模型进行计算；应用服务模块为WEB服务单元应用提供业务逻辑处理；WEB服务单元为用户提供系统操作界面；系统管理模块监视系统工况，召测、设置设备工况；前置通信单元是负责与现场设备通信，并与相关系统接口。所述的前置通信单元25通过普通短消息51、企业短信平台52、GPRS/CDMA53、调度EMS系统1与现场设备通信，获取导线温度、气象信息；通过系统接口从电网运行部门调度的实时系统获取线路电流。系统采用B/S结构，用户通过IE访问系统。

请参阅图3。上述输电线路动态监测增容系统，其中，所述的各在线监测装置4包括：辐射传感器41、导线温度传感器42、环境温度传感器43、高压取电电路44、数据采集和控制电路45、数据通讯电路46。辐射传感器、导线温度传感器、环境温度传感器的输出端分别与数据采集和控制电路的输入端连接。该高压取电电路的输出端与数据采集和控制电路的输入端连接；所述的数据采集和控制电路与数据通讯电路之间双向连接；所述的数据通讯电路通过天线47收发信号。

该高压取电电路利用感应原理从导线获取电源，提供给装置用；辐射传感器测量日照辐射；环境温度传感器测量环境温度；导线温度传感器测量导线温度；数据采集和控制电路对采集到的数据进行处理、并完成对装置的控制；数据通讯电路提供测量装置和公网的数据双向通讯，完成与系统主站之间的数据和指令传输。

请参阅图4。本发明输电线路动态监测增容系统所述的高压取电电路44包括一取电电路441、一控制电路442、一保护电路443以及一装置电源组444。取电电路用于从高压线上取得电能；控制电路完成对取电电路的控制；装置电源组为装置提供不同电压的电源；保护电路用于在高压线路短路时保护取电电路。本实施例中，取电电路主要采用感应线圈构成，控制电路主要采用采用脉宽调制电路构成。

请参阅图5。本发明输电线路动态监测增容系统所述的数据采集和控制电路45包括：监控电路451、模数转换电路452和微处理器453。所述的监控电路完成对微处理器的监控；模数转换电路将辐射传感器送来的模拟信号转换成数字信号后，送到微处理器；所述的微处理器用于将导线温度传感器、环境温度传感器、辐射传感器送来的信号计算处理后，送数据通讯电路。

请参阅图6，这是本发明输电线路动态监测增容系统的系统主站动态监测增容的控制流程图。图中，I表示所需增容的线路的电流，I1、I2表示相关线路1、2的电流；IA表示设置的安全目标限额；I0表示安全目标时间下计算的安全电流或潮流值；Z1、Z2分别表示相关线路1、2的潮流转移比；TA表示设置的安全目标时间；T0表示安全目标限额下计算的安全时间。

本发明系统主站动态监测增容的控制流程是：

系统根据调度EMS系统的电流数据、监测装置的监测数据以及设置的参数，对线路的运行状态进行计算及判断。

1)线路处于“正常运行”状态下，系统暂停增容数据的计算，显示“线路正常运行”。

2)线路处于“增容运行”状态下，系统进行增容数据的计算和判断：

2.1)线路处于“增容正常运行”状态下，系统显示“线路增容正常运行”和计算结果：

——安全目标时间下，本线路不突破设置的“导线允许工作温度”的安全电流或潮流值。

——安全目标限额下，本线路不突破设置的“导线允许工作温度”的安全时间。

2.2)线路处于“增容危险运行”状态下，系统报警并显示“线路增容危险运行”和计算结果：

——安全目标时间下，本线路不突破设置的“导线允许工作温度”的安全电流或潮流值。

——安全目标限额下，本线路不突破设置的“导线允许工作温度”的安全时间。

3)线路处于“N-1”(所述的“N-1”运行状态是指：电网在正常运行方式下任一线路无故障或因故障断开后，此时应能保持稳定运行和正常供电、其他线路不过负荷的运行状态。以下解释同此。)运行状态下，系统进行增容数据的计算和数据跟踪，系统报警并显示：

——安全目标时间下，本线路不突破设置的“导线允许工作温度”的安全电流或潮流值。

——安全目标限额下，本线路不突破设置的“导线允许工作温度”的安全时间。

——“N-1”导线温升跟踪模式。

本发明输电线路动态监测增容的方法，包括以下步骤：

a、在输电线路沿线合理布置监测点，配置在线监测装置，设置线路参数；所述的配置还包括在线路两端的变电站或发电厂配置小型气象站，以及在线路各测点配置可在线监测导线温度、环境温度和太阳辐射强度的测试装置。

所述的线路参数设置包括：

1)设置本线路导线目前运行规程允许工作的温度限额；

2)输入增容运行前运行规程规定的导线的运行电流限额；

3)相关线路因故障或无故障跳开后(N-1状态)，转移到本线路的潮流转移比；该潮流转移比指；当某相关线路因故障或无故障跳开后，该线路的潮流会转移到本线路，该转移过来的潮流占本线路电力负荷的百分比。

4)用于计算线路有功潮流的线路电压和功率因数。

所述的线路参数设置还包括对控制的安全目标进行设置，包括：

1)设定安全目标时间：

相关线路因故障或无故障跳开后(N-1状态)，潮流转移到本线路，本线路不突破设置的“导线允许工作温度”的运行时间；

2)设定电流或潮流的安全目标限额：

相关线路因故障或无故障跳开后(N-1状态)，潮流转移到本线路，本线路不突破设置的“导线允许工作温度”的运行电流或潮流限额。

b、从在线监测装置获取输电线路导线温度和气象信息，从调度EMS系统获取线路电流数据，并将所有现场检测数据利用无线通信网络和有线网络进行传输到系统主站；

c、实时计算稳态限额；所述的实时计算稳态限额是利用摩尔根公式计算各测点处的等效风速，进而计算各测点的限额值，给出最小值作为该线路的限额值。

d、设定规避风险系数；步骤d所述的设定规避风险系数是指：为了输电线路的安全运行，考虑在线路处于“N-1”状况后可能出现的风险，和设定规避这个风险的系数；所述系数是：以当前的气象条件为基准，将其做劣化处理，代入数学模型中进行计算，以确保线路处于“N-1”状况后，导线温度不突破原规定的温度限额。

e、在设定的规避风险系数下，确定数学模型，实时地计算电网“N-1”运行状态下，安全目标时间下的安全电流值或安全目标电流值下的安全时间，以及在出现“N-1”运行状态后，显示导线温度实时跟踪模式；所述的数学模型是指：在设定的规避风险系数下，结合摩尔根公式和导线温升特性，确定“时间限额下的安全电流”、“电流限额下的安全时间”以及“导线温度实时跟踪模式”的数学模型。

f、根据上述合理布置的监测点所配置的监测装置上传的实时数据，按设定的规避风险原则和数学模型，进行实时计算和显示，指导输电线路的增容运行，使线路的动态增容运行具有可操作性。

下面结合一实施例进一步说明本发明输电线路动态监测增容的方法：

1)合理布置监测点

500kV输电线路一般长度十几至几百公里，各处环境条件差异很大，如果等距离布点，测点太少，不能真实反映线路的薄弱点，测点太多，又不经济。因此要针对线路跨越不同条件的地理区域，如：城市平原、农村平原、丘陵、山区、水系附近、海边等等，进行调查研究，合理布置监测点。

2)测点监测装置配置

在线路2端(变电站或发电厂)配置小型气象站，在线路各测点配置可监测导线温度、环境温度和太阳辐射强度3合1的在线监测装置，从EMS系统获取线路电流数据，所有现场检测数据利用无线通信网络和有线网络进行数据传输。

3)设定规避风险原则

由于在增容条件下运行，线路运行电流将大于原规程的规定值，导线温度突破原规定的温度限额的可能性增大，出现风险的可能性加大，为了输电线路的安全运行，必须在线路处于“N-1”状况后，考虑这个可能出现的风险和设定规避这个风险的原则，以当前的气象条件为基准，将其做劣化处理，代入数学模型中进行计算，以确保线路处于“N-1”状况后，导线温度不突破原规定的温度限额。

4)数学模型设计

在设定的规避风险原则下，结合摩尔根公式和导线温升特性，设计“时间限额下的安全电流”、“电流限额下的安全时间”以及“导线温度实时跟踪模式”等数学模型，实时地计算电网“N-1”运行状态下，安全目标时间下的安全电流值或安全目标电流值下的安全时间，以及在出现“N-1”运行状态后，显示导线温度实时跟踪模式。

5)搭建动态增容系统的应用平台

根据上述合理布置的监测点所配置的监测装置上传的实时数据，按设定的规避风险原则和数学模型，进行实时计算和显示，指导和帮助运行人员进行输电线路的增容运行，使线路的动态增容运行具有可操作性。

本发明该动态监测增容系统中，所述的系统采用B/S结构，用户通过IE访问系统。

6)参数设置

在系统投入运行前，先由运行调度部门设置相关参数。

线路参数设置包括：

(一)对该线路如下参数进行设置：

6.1)导线允许工作温度

设置本线路目前运行规程规定的温度限额。

6.2)导线电流限额

输入目前运行规程规定的导线的运行电流限额(增容运行前)。

6.3)相关线路潮流转移比

相关线路因故障或无故障跳开后(N-1状态)，转移到本线路的潮流转移比。潮流转移比是输电线路输送电能的量值通常用潮流表示，一般指通过该线路的有功功率P(MW)，P＝1.732×导线电流×线路电压×功率因数。当某相关线路因故障或无故障跳开后，该线路的潮流会转移到本线路，转移过来的潮流百分比，称为潮流转移比。

6.4)线路电压和功率因数

用于计算线路有功潮流(MW)。

(二)对控制的安全目标进行设置：

6.5)安全目标时间

相关线路因故障或无故障跳开后(N-1状态)，潮流转移到本线路，本线路不突破设置的“导线允许工作温度”的运行时间(处理故障的时间)。

6.6)安全目标限额(电流或潮流)：

相关线路因故障或无故障跳开后(N-1状态)，潮流转移到本线路，本线路不突破设置的“导线允许工作温度”的运行电流(潮流)限额。

7)实时计算

根据上述设置的参数和实时监测的线路运行状况和环境气象条件，本系统进行如下的实时计算：

7.1)安全目标时间下的安全限额(潮流)值：

相关线路因故障或无故障跳开后(N-1状态)，潮流转移到本线路，在设置的安全目标时间内，本线路不突破设置的“导线允许工作温度”最大的安全限额(潮流)。

在该系统应用平台页面同时实时显示相关线路故障跳开，潮流转移到本线路后的(N-1状态)总潮流值。

——当安全限额(潮流)大于总潮流值，表明本线路处于安全运行条件下。

——当安全限额(潮流)小于总潮流值，表明本线路在相关线路因故障或无故障跳开后(N-1状态)，在设置的安全目标时间内，线路有可能突破设置的“导线允许工作温度”，此时系统自动发出报警窗口。

7.2)安全目标限额下的安全时间

相关线路因故障或无故障跳开后(N-1状态)，潮流转移到本线路，在设置的安全目标限额下，本线路不突破设置的“导线允许工作温度”最大的安全运行时间，即处理故障的时间。

7.4)“N-1”温升跟踪模式

为了帮助运行人员掌握出现“N-1”运行状态后，线路的实际情况，灵活操作，在相关线路故障跳开(N-1状态)，潮流转移到本线路后，系统自动进入“N-1”温度跟踪模式。8)增容运行：

根据上述实时计算结果，运行人员可以进行安全的增容运行，及在出现“N-1”后进行妥善的处理。

9)实时稳态限额计算

利用摩尔根公式计算各测点处的等效风速，进而计算各测点的限额值，给出最小值作为该线路的限额值。

本发明所产生的经济效益和社会效益是明显的。下面结合一实际例子，对本发明增容投资成本作一分析：

以某跨越苏南和浙江地区500kV双线为例，线路总长100km，分别采用新建线路增容和动态监测增容技术改造二种方法进行投资成本分析。

1)新建线路增容投资：

新建一条线路(4×400mm²，额定电流限额2400A)可增容2000MVA(＝500kV×2400A×1.732)。

根据华东电力设计院2004年9月编制的“华东电网2020年电网规划设计”中的投资估算，上述二地区的线路造价分别为520万元/km和230万/km，按平均价格375万/km计算，可得如下单位投资价格：1875元/km·MVA(＝375万/2000MVA)。

2)动态监测增容技术改造投资：

对该双线进行动态监测增容技术改造，运行电流限额可从2400A提高到3150A(目前华东电网500kV变电设备的通流能力)，可增容650MVA(＝500kV×750A×1.732)。

对一条约100km长的输电线路进行动态监测增容技术改造，费用约200万元，以此为计算标准，对双线进行动态监测增容技术改造的单位长度投资约4万/km，可得如下单位投资价格：62元/km·MVA(＝4万/650MVA)。

3)分析比较：

采用动态监测增容技术改造相对新建线路增容，单位投资可减少1813元/km·MVA(＝1875-62)。以增容650MVA计算，增容投资成本可节约约1.18亿(＝100km×650MVA×1813元/km·MVA)。

其投资效益也很显著：

1)成本效益

采用动态监测增容技术改造，投资约400万元(＝4万/km×156km)，相对新建线路可节约1.14亿投资，每1元动态监测增容技术改造投资可节约的成本效益为29元(＝1.14亿/400万元)。

2)投资效益

以线路每年例行停电检修时间为5天(一般为2至7天)，线路运行时间为8640h(360天×24小时)，上网电价以0.4元/kw·h计算，以增容650MVA计算，功率因数0.9，每年可增加产值20亿(＝650MVA×0.9×8640h×0.4元/kw·h)，每1元动态监测增容技术改造投资可新增产值500元(＝20亿/400万)。

从以上分析可看出：本发明动态增容技术可在原有的基础上提高线路输送限额，如得以推广应用，可少建大量输电线路。不仅节约了大量的建设用地，为电网公司带来可观的经济效益，也符合国家节约型社会和环保型社会建设的要求，从而实现电网和地区经济的协调可持续发展。

本发明利用动态监测增容技术提高输电线路输送能力，优点是在不突破所有现行输电线路的技术和管理规程的规定，无需对线路做任何改造，在保持线路现有安全性的条件下，进行输电线路的增容运行，并具有速度快、投资低、安全性高的优点。该动态监测增容技术既可以应用在现有的输电线路，也可以应用在新建输电线路，提高输电线路动态输送容量。提高其输送容量，这样可以达到增加小量投资，大大提升原投资效益的目的。

Claims (16)

1、输电线路动态监测增容系统，其特征在于，包括：调度EMS系统、增容系统主站、输电线路以及多个在线监测装置；所述的调度EMS系统的输出端与系统主站的输入端连接；所述的多个在线监测装置分别间隔设置在所需增容的输电线路沿线，各在线监测装置与系统主站之间通过无线通信网络传输连接。

2、根据权利要求1所述的输电线路动态监测增容系统，其特征在于，所述的系统主站包括中心数据库、数据处理/模型计算单元、应用服务单元、WEB服务单元、前置通信单元、系统管理单元；其中：

所述的中心数据库存储和管理系统的所有数据；

所述的数据处理/模型计算模块对系统采集到的数据进行数据筛选、归档处理，并根据系统模型进行计算；

所述的应用服务模块为WEB服务单元应用提供业务逻辑处理；

所述的WEB服务单元为用户提供系统操作界面；

所述的系统管理模块监视系统工况，召测、设置设备工况；

所述的前置通信单元是负责与现场设备通信，并与相关系统接口。

3、根据权利要求2所述的输电线路动态监测增容系统，其特征在于，所述的前置通信单元通过普通短消息、企业短信平台、GPRS/CDMA与现场设备通信，获取输电线路导线温度、气象信息；通过系统接口从电网运行部门调度的实时系统获取线路电流。

4、根据权利要求1所述的输电线路动态监测增容系统，其特征在于，所述的系统采用B/S结构，用户通过IE访问系统。

5、根据权利要求1所述的输电线路动态监测增容系统，其特征在于，所述的各在线监测装置包括：辐射传感器、输电线路导线温度传感器、环境温度传感器、高压取电电路、数据采集和控制电路、数据通讯电路；所述的辐射传感器、输电线路导线温度传感器、环境温度传感器的输出端分别与数据采集和控制电路的输入端连接；所述的高压取电电路输入端获取输电线路导线上的电源，该高压取电电路的输出端与数据采集和控制电路的电源端连接；所述的数据采集和控制电路与数据通讯电路之间双向连接；所述的数据通讯电路通过天线收发信号。

6、根据权利要求5所述的输电线路动态监测增容系统，其特征在于，所述的高压取电电路包括一取电电路、一控制电路、一保护电路以及一装置电源组；所述的取电电路用于从高压线上取得电能；所述的控制电路完成对取电电路的控制；所述的装置电源组为装置提供不同电压的电源；所述的保护电路用于在高压线路短路时保护取电电路。

7、根据权利要求5所述的输电线路动态监测增容系统，其特征在于，所述的数据采集和控制电路包括：监控电路、模数转换电路和微处理器；所述的监控电路完成对微处理器的监控；所述的模数转换电路将辐射传感器送来的模拟信号转换成数字信号后，送到微处理器；所述的微处理器用于将高压传输线温度传感器、环境温度传感器、辐射传感器送来的信号计算处理后，送数据通讯电路。

8、一种输电线路动态监测增容的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、在高压传输线上合理布置监测点，配置在线监测装置，设置线路参数；

b、从在线监测装置获取输电线路导线温度和气象信息，从调度EMS系统获取线路电流数据，并将所有现场检测数据利用无线通信网络和有线网络进行传输到系统主站；

c、实时计算稳态限额；

d、设定规避风险系数；

e、在设定的规避风险系数下，确定数学模型，实时地计算电网“N-1”运行状态下，安全目标时间下的安全电流值或安全目标电流值下的安全时间，以及在出现相关线路因故障或无故障跳开的运行状态后，显示输电线路导线温度实时跟踪模式；

f、根据上述合理布置的监测点所配置的监测装置上传的实时数据，按设定的规避风险原则和数学模型，进行实时计算和显示，指示输电线路的增容运行，使线路的动态增容运行具有可操作性。

9、根据权利要求8所述的一种输电线路动态监测增容的方法，其特征在于，步骤a所述的配置还包括在线路两端的变电站或发电厂配置小型气象站，以及在线路各测点配置可在线监测输电线路导线温度、环境温度和太阳辐射强度的测试装置。

10、根据权利要求8所述的一种输电线路动态监测增容的方法，其特征在于，步骤a所述的线路参数设置包括：

1)设置本线路导线目前运行规程允许工作的温度限额；

2)输入增容运行前运行规程规定的输电线路导线的运行电流限额；

3)相关线路因故障或无故障跳开后，转移到本线路的潮流转移比；

4)用于计算线路有功潮流的线路电压和功率因数。

11、根据权利要求8所述的一种输电线路动态监测增容的方法，其特征在于，步骤a所述的线路参数设置还包括对控制的安全目标进行设置，包括：

1)设定安全目标时间：

相关线路因故障或无故障跳开后，潮流转移到本线路，本线路不突破设置的“导线允许工作温度”的运行时间；

2)设定电流或潮流的安全目标限额：

相关线路因故障或无故障跳开后，潮流转移到本线路，本线路不突破设置的“导线允许工作温度”的运行电流或潮流限额。

12、根据权利要求11所述的一种输电线路动态监测增容的方法，其特征在于，设定安全目标时间中的时间是指处理故障的时间，根据上述设置的参数和实时监测的线路运行状况和环境气象条件，系统主站进行实时计算安全目标时间下，本线路不突破设置的“导线允许工作温度”的安全电流或潮流值。

13、根据权利要求11所述的一种输电线路动态监测增容的方法，其特征在于，设定安全目标限额中的限额是指相关线路因故障或无故障跳开后的状态下本线路最大的电流或潮流限额，根据上述设置的参数和实时监测的线路运行状况和环境气象条件，系统主站进行实时计算安全目标限额下，本线路不突破设置的“导线允许工作温度”的安全时间。

14、根据权利要求8所述的一种输电线路动态监测增容的方法，其特征在于，步骤c所述的实时计算稳态限额是利用摩尔根公式计算各测点处的等效风速，进而计算各测点的限额值，给出最小值作为该线路的限额值。

15、根据权利要求8所述的一种输电线路动态监测增容的方法，其特征在于，步骤d所述的设定规避风险系数是指：为了输电线路的安全运行，考虑在线路处于相关线路因故障或无故障跳开状况后可能出现的风险，和设定规避这个风险的系数；所述系数是：以当前的气象条件为基准，将其做劣化处理，代入数学模型中进行计算，以确保线路处于相关线路因故障或无故障跳开状况后，导线温度不突破原规定的温度限额。

16、根据权利要求8所述的一种输电线路动态监测增容的方法，其特征在于，步骤e所述的数学模型是指：在设定的规避风险系数下，结合摩尔根公式和导线温升特性，确定“时间限额下的安全电流”、“电流限额下的安全时间”以及“导线温度实时跟踪模式”的数学模型。

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