CN102313853B - 高压输电线路动态输送容量测算系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种高压输电线路动态输送容量测算系统，包括：一段设在输电线路附近的参考导线，其方向与输电线路平行；参考导线和输电线路都各设有自己的温度传感器连接有参考导线无线发送模块，各温度传感器以一定的时间间隔测量参考导线和输电线路的温度，各无线发送模块随即将温度发出；一计算机，接受数据并进行计算，得出导线的实时允许载流量。本发明能在不利用日照辐射传感器的情况下对日照辐射量进行代换而计算输电线路的允许载流量。它利用暂态热平衡公式方程组来求解热传递系数，并在此基础上利用稳态热平衡公式计算输电线路的实时允许载流量。本发明操作简便，劳动强度小，能够省去日照辐射传感器的使用，有利于成本的降低。

Description

高压输电线路动态输送容量测算系统及方法

技术领域

本发明属于高压输电线路输送容量计算领域，涉及一种采用参考导线和温度传感器来测量并计算高压输电线路的允许载流量的测算系统，本发明还涉及利用上述系统的测算方法。

背景技术

近年来，随着我国国民经济的持续快速增长，用电量的持续增加，输电能力瓶颈问题非常突出，尤其是在经济发达地区，如华东地区的苏南、上海、浙江沿海地区，伴随着电源容量、用电需求的急剧增长以及资源能源的日益紧张和环境保护的迫切要求，需要大量新建电网输送线路或改造已有的线路，大幅度提高电网的输电能力。目前，国内外对如何提高输电线路输送能力的研究较多。

制约高压架空输电线路最大载流容量的根本问题是导线温度问题和弧垂问题。当提高导线输送容量之后，导线温度升高，机械强度会略有下降；导线温度升高之后，长度增加，弧垂增大，绝缘安全裕度下降。由于用于计算线路最大载流量的气象条件比较严格，在实际运行中出现这样严酷的气象条件的概率很小，因此，输电线路的最大载流量非常保守。所谓动态增容，就是根据实际气象条件，挖掘导线潜力，提高输送功率。

现时常用的计算输电线路动态容量的模型有气候模型和导线温度模型等。在导线温度模型里，需要对导线的温度、日照辐射和环境温度等几个参数进行计算或测量。

目前的日照辐射可以通过几种方法来计算测量，一种是通过季节时刻、导线所处的地理位置、海拔高度和大气的透明度等来按照公式(IEEE2006-738或我国的《电力工程电气设计手册》里的公式)来计算，该方法虽然成本小，只通过计算即可，不需要采集任何现场实际数据；但是只考虑晴天的情况，当出现多云或者下雨等不良天气时，计算得出的日照辐射量偏大，会不符合实际，从而影响输电线路动态容量计算的准确性，使得允许载流量的值出现偏差。另一种方法是，通过传感器来计算测量日照辐射，市面上已经有很多种类的日照辐射传感器或者传感装置，其测量范围以及精度足够较准确地应用到导线温度模型中计算实时允许载流量。但由于其传感模块是独立的，因此会占用整个测量设备的空间以及加大功率的消耗；当遇到低功耗、空间小的情况下，其实现的难度就会增大。还有，该方法对日照辐射传感器有着极大的依赖，当有外物把日照辐射传感器遮挡起来的时候，它所测得到得值就会不符合实际的情况，从而导致整个计算结果的偏差。更甚的是，当遇到雷击损坏、元件故障的情况时，其测量就会立刻停止，影响整个允许载流量的计算。而在故障损坏发生之后，就有必要到现场更换日照辐射传感器，增大了其维护的成本。

另外，用导线所在的地理位置以及季节时间等信息来计算太阳辐射，当遇到雨天的情况的时候，其测量的结果不准确，从而影响后续的允许载流量计算。用独立的日照辐射传感器来测量，由于一整条输电线路所跨越的距离很大，如果只在一个地方安装日照辐射传感器，那会对日照辐射信息的判定会过于武断；而在每个杆塔都安装日照辐射传感器，那可能会造成成本的问题，且当其受到遮挡，甚至是雷击损坏、元件故障的时候，就需要去维修更换，增加成本。

因此有必要采用一种新的系统和方法，来对日照辐射信息进行计算测量并计算允许载流量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种高压输电线路动态输送容量测算系统，其无需日照辐射传感器来计算测量日照辐射，可降低成本，且测量计算结果准确，不影响后续的允许载流量计算。

解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种高压输电线路动态输送容量测算系统，其特征是：包括：

一段设在杆塔内部或在输电线路附近安装的参考导线，所述的参考导线型号与输电线路一致、方向与输电线路的方向平行，并且处于能受到与输电线路同样的日照辐射之处；

所述的输电线路设有输电线路温度传感器，所述的输电线路温度传感器连接有输电线路无线发送模块；

所述的参考导线设有参考导线温度传感器，所述的参考导线温度传感器连接有参考导线无线发送模块；

所述的各温度传感器以一定的时间间隔测量参考导线和输电线路的温度，所述的各无线发送模块随即将参考导线和输电线路的温度发出；

一附设有无线接受模块的计算机，接受所述的无线发送模块发出的数据并进行计算，得出导线的实时允许载流量。

所述的温度传感器精度需要控制在±0.1℃以内。

一种利用上述系统来测算高压输电线路动态输送容量的测算方法，步骤如下：

1)在杆塔内部或输电线路附近安装参考导线，要求参考导线的方向与输电线路的方向平行，并且能受到与输电线路同样的日照辐射；

2)利用温度传感装置以一定的时间间隔测量参考导线和输电线路的温度；

3)将测量得到的温度数据利用无线传感模块进行传输，计算机得到数据并进行计算，得出导线的实时允许载流量：

对于输电线路，根据暂态热平衡公式有

${\mathrm{MC}}_{p1}\frac{d{T}_{c1}}{\mathrm{dt}}=I^{2}R\left(T_{c1}\right)+Q_S-Q_{r1}-\mathrm{\πDh}\left(t\right)(T_{c1}-T_a)$

对于参考导线有

${\mathrm{MC}}_{p2}=\frac{{\mathrm{dT}}_{c2}}{\mathrm{dt}}=Q_S-Q_{r2}-\mathrm{\πDh}\left(t\right)(T_{c2}-T_a)$

式中MC_p是导线的比热容，T_c是导线的温度，t是时间，I是输电线路的运行载流量(参考导线的I为零)，R(T_c)是输电线路在温度为T_c时的交流电阻值，T_a是环境温度，Q_S是导线的日照辐射吸热量(由于参考导线装设于输电线路附近，方向相同，因此认为Q_S的值相等)，Q_r是导线的辐射散热量，πDh(t)是导线的对流散热量，D是导线的外径，h(t)表示环境温度和风速、风向的综合影响(由于参考导线与输电线路处于同一位置，因此其h(t)的值相等)；

利用温度传感器测得不同时间t的T_c1和T_c2，再联立上述的两个公式进行求解得出传热系数h(t)，进而利用稳态热平衡公式计算出输电线路在t时刻的允许载流量。

有益效果：本发明的优点是不需要运用日照辐射传感器去测量线路所在环境的实际日照辐射信息，通过温度的测量以及计算去获取实际的日照信息，免去了独立的日照辐射传感器的安装以及故障损坏后维修的可能性，减少了系统对日照辐射传感器模块测量的依赖性，当该模块出现故障的时候，也能继续正常工作，计算导线允许载流量。与通过季节时刻、导线所处的地理位置、海拔高度和大气的透明度等来按照公式得出的日照辐射相比，由于利用了当地实际的温度参数来计算，结合了当地实际的环境，更加准确。

本发明不涉及参考导线的具体放置位置。参考导线可以放置在杆塔上，也可以放置在与输电线路平行的位置上，只要其位置合适即可。

本发明不涉及温度传感器的具体设计。常用的热电阻温度传感器、热电偶温度传感器等均可按照实际的情况用于本发明。

本发明不涉及无线发送模块的具体设计。能进行长距离和短距离传输的无线发送模块等均可用于本发明。

附图说明

附图是本发明的测算系统具体实施例示意图。

图中：1-输电线路，2-参考导线，3-输电线路温度传感器，4-输电线路无线发送模块，5-参考导线温度传感器，6-参考导线无线发送模块，7-计算机。

具体实施方法

如附图所示，本发明的高压输电线路动态输送容量测算系统实施例，包括：

一段设在杆塔内部或在输电线路1附近安装的参考导线2，参考导线2的型号与输电线路1一致、方向与输电线路的方向平行，并且处于能受到与输电线路同样的日照辐射之处。

输电线路1上设有输电线路温度传感器3，输电线路温度传感器3以数据线连接有输电线路无线发送模块4；参考导线2上同样设有参考导线温度传感器5，参考导线温度传感器5以数据线连接有参考导线无线发送模块6。

各温度传感器3、5以一定的时间间隔测量参考导线2和输电线路1的温度，各无线发送模块4、6随即将参考导线和输电线路的温度发出；

一附设有无线接受模块的计算机7，接受无线发送模块4、6发出的数据并进行计算，得出导线的实时允许载流量。

先将参考导线安装在适当的位置，然后将温度传感器和无线发送模块安装在参考导线和输电线路上，不断地对参考导线和输电线路的温度进行检测，并通过无线发送模块把数据发送到计算计算机上。计算机在得到参考导线和输电线路的各个时刻的温度信息之后，先计算参考导线与输电线路的辐射散热量，

Q_r1＝πDεσ[(T_c1+273)⁴-(T_a+273)⁴]

Q_r2＝πDεσ[(T_c2+273)⁴-(T_a+273)⁴]

ε是导线的辐射系数，它取决于导线金属的型号及其老化和氧化的程度，光亮新线为0.23～0.43，旧线或涂黑色防腐剂的导线为0.90～0.95；σ为斯蒂芬-包尔兹曼常数，σ＝5.67×10^-8(W·m^-2·K^-4)。

对参考导线和输电线路利用暂态热平衡公式进行方程组得

${\mathrm{MC}}_{p2}=\frac{{\mathrm{dT}}_{c2}}{\mathrm{dt}}=Q_S-Q_{r2}-\mathrm{\πDh}\left(t\right)(T_{c2}-T_a)$

${\mathrm{MC}}_{p1}=\frac{{\mathrm{dT}}_{c1}}{\mathrm{dt}}=I^{2}R\left(T_{c1}\right)+Q_S-Q_{r1}-\mathrm{\πDh}\left(t\right)(T_{c1}-T_a)$

联立得

${\mathrm{MC}}_{p1}=\frac{{\mathrm{dT}}_{c1}}{\mathrm{dt}}-{\mathrm{MC}}_{p2}\frac{{\mathrm{dT}}_{c2}}{\mathrm{dt}}=I^{2}R\left(T_{c1}\right)-(Q_{r1}-Q_{r2})-\mathrm{\πDh}\left(t\right)(T_{c1}-T_{c2})$ --------①

通过测量两个时间点的T_c2和T_c1(时间间隔合适)和环境温度T_a，利用欧拉方法来求解，近似地认为Q_r1、Q_r2是与输电线路和参考导线的温度相关的，MC_p1、MC_p2和D都只是导线的参数，通过查询导线的数据手册可以知道它们值的大小；当上述的参数都通过测量、计算和查表得出之后，再代入到①中计算，最后得到在某个时刻的热传递系数h(t)。之后利用参考导线的暂态热平衡公式来求取日照辐射量吸热Q_S，

$Q_S={\mathrm{MC}}_{p2}\frac{{\mathrm{dT}}_{c1}}{\mathrm{dt}}+Q_{r2}+\mathrm{\πDh}\left(t\right)(T_{c2}-T_a)$

最后，根据计算得出的传热系数h(t)、日照辐射吸热量以及输电线路的温度和环境温度等数据，利用稳态热平衡公式

I²R(T₇₀)＝Q_S-Q_r70-πDh(t)(70-T_a)

计算出在某个时刻的允许载流量I。Q_r70为导线温度为70℃时的辐射散热量。

上述测算方法对温度传感器无特殊要求，其精度需要控制在±0.1℃以内。

Claims (1)

1.一种高压输电线路动态输送容量测算方法，步骤如下：

1）在杆塔上设一段参考导线，其型号与输电线路一致、方向与输电线路平行，且处于能受到与输电线路同样的日照辐射之处；

2）在所述的参考导线上设置参考导线温度传感器，所述的参考导线温度传感器连接有参考导线无线发送模块；在所述的输电线路上设置输电线路温度传感器，所述的输电线路温度传感器连接有输电线路无线发送模块；

3）所述的各温度传感器以一定的时间间隔测量参考导线和输电线路的温度，所述的各无线发送模块随即将参考导线和输电线路的温度发出；

4）一附设有无线接收模块的计算机，接受所述的无线发送模块发出的数据并进行计算：

对于输电线路，根据暂态热平衡公式有

$\stackrel{}{}{\mathrm{MC}}_{p1}\frac{{\mathrm{dT}}_{c1}}{\mathrm{dt}}=I^{2}R\left(T_{c1}\right)+Q_s-Q_{r1}-\mathrm{\πDh}\left(t\right)(T_{c1}-T_a)$

对于参考导线有

${\mathrm{MC}}_{p2}\frac{{\mathrm{dT}}_{c2}}{\mathrm{dt}}=Q_s-Q_{r2}-\mathrm{\πDh}\left(t\right)(T_{c2}-T_a)$

式中MC_p是导线的比热容，T_c是导线的温度，t是时间，I是输电线路的运行载流量，R(T_c)是输电线路在温度为T_c时的交流电阻值，T_a是环境温度，Q_S是导线的日照辐射吸热量，Q_r是导线的辐射散热量，πDh(t)是导线的对流散热量，D是导线的外径，h(t)表示环境温度和风速、风向的综合影响；

利用温度传感器测得不同时间t的导线的温度T_c1和T_c2，再联立上述的两个公式进行求解得出传热系数h(t)，进而利用稳态热平衡公式计算出输电线路在t时刻的允许载流量；

测算中用到的高压输电线路动态输送容量测算系统，其特征是包括：

一段设在杆塔上的参考导线，其型号与输电线路一致、方向与输电线路平行，且处于能受到与输电线路同样的日照辐射之处；

所述的参考导线设有参考导线温度传感器，所述的参考导线温度传感器连接有参考导线无线发送模块；

所述的输电线路设有输电线路温度传感器，所述的输电线路温度传感器连接有输电线路无线发送模块；

一计算机，附设有无线接收模块；

所述的各温度传感器精度控制在小于或等于±0.1℃。