CN113109384A - 一种输变电混合线路动态增容量评估方法及系统 - Google Patents

一种输变电混合线路动态增容量评估方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种输变电混合线路动态增容量评估方法及系统,包括控制中心以及若干监控子站，所述监控子站包括通讯模块、电缆检测模块、环境检测模块以及计算控制模块，所述通讯模块、电缆检测模块以及环境检测模块均与所述计算控制模块连接，所述电缆检测模块检测电缆当前温度Tw，所述环境检测模块检测环境热散效率vi，所述计算控制模块根据Tw以及vi计算电缆可增容电流ΔI，所述控制中心统计所述监控子站反馈的可增容电流并根据结果进行配电。本发明的实质性效果是：在地下敷设电缆上增设微环境监测装置，现有输电线路运行环境难以准确数据化模型化的技术问题以及地下敷设电缆运行环境难以测量的技术问题。

Description

一种输变电混合线路动态增容量评估方法及系统
技术领域
本发明涉及电力系统动态增容领域，尤其涉及一种输变电混合线路动态增容量评估方法及系统。
背景技术
随着城市建设的发展，新区建设正迅速进行，伴随着新区的开发建设，城市配电线路网络需要配套建设，以满足城市建设发展的需要，配电线路由架空线路和电缆线路两种，架空线路在空中架设，以绝缘子串固定在铁塔上，以空气为绝缘。优点是投资少，工期短，但同路径上可架设线路数量较少，影响总体供电容量，同时影响城市规划、美观，电缆线路一次性投资较多，施工周期也较架空线路长，但可以在同一路径上一次建成多回路电缆通道，节约用地，提高总体供电容量，且不影响城市景观，因此在城市建设中电缆线路已经越来越多的被采用，尤其是在线路通道受限制的地方，电缆线路的优越性更能得到体现，电缆敷设的方式很多，如直埋敷设、穿管敷设、电缆沟敷设等，直埋敷设电缆易受外力破坏，且敷设数量较少，电缆沟敷设，可以一次性建成多通道，但投资相对较高，穿管敷设可以一次建成多路电缆通道，且投资相比较电缆沟要低，比较适合城市配网线路。
事实上，输电线路运行中往往留有较大的余量，而且随着输电线路运行环境的不同(如环境温度、湿度、风力、光照等综合参数)，这种余量会随时改变。在综合考虑环境参数的基础上，利用调度实时监测等数据，对需要扩能运行的线路进行运行监测、动态分析、跟踪与报警，供线路、调度等人员参考，便于处理故障和合理安排运行方式，力争最大限度地提高输送容量，达到输电线路动态增容的目的。现有技术中，存在输电线路运行环境难以准确数据化模型化的技术问题。
公开号为CN111458769A的专利文献公开了一种用于输电线路环境气象数据预测的方法及系统，涉及气象模型预测技术领域，解决了传统气象预测方法抗扰能力差、易受数据干扰的技术问题，其技术方案要点是采集输电线路的环境气象数据和对应时间的天气预报数据，再将这些数据划分为训练集和测试集，将训练集投入到结合加权通道的TCN模型进行训练获取气象预测模型，再使用测试集对所述气象预测模型进行测试，从而对气象预测模型的超参数Θ进行调整，然后重复模型训练直至气象预测模型收敛或达到最大迭代次数得到最终预测模型。但该发明是基于地面以上的气象数据进行预测，架空线内芯温度难以获取，也没有考虑地下敷设电缆的情况，存在不够准确的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：输变电系统架空线温度难以准确测量的技术问题以及地下敷设电缆运行环境难以测量的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种输变电混合线路动态增容量评估方法,包括以下步骤
B1.通过传感器获取架空线接头处温度T1；
B2.通过传感器获取架空线支撑点处温度T2；
B3.根据架空线安全温度上限T架空max，当前架空线载流量I，接头处电阻R1，支撑点处电阻R2，架空线接头处温度T1以及架空线支撑点处温度T2，计算架空线可扩容载流量ΔI架空；
B4.获取输变电线路电缆部分的温度及散热效率，计算可扩容载流量ΔI电缆；
B5.根据电网连接关系以及用电侧需求统计各级输电线路可扩容载流量。
作为优选，所述步骤B4具体包括
B401.在电缆内芯与绝缘层之间通入介质，通过介质换热获取电缆内芯温度T电缆；
B402.将介质导出，在电缆外将介质加热至所述T电缆后停止加热；
B403.将加热后的介质静置时间t并计算电缆当前温度平均变化率；
B404.根据B3得到的温度平均变化率、介质散热面积、介质比热容、电缆内芯材料比热容构建输变电线路电缆部分的散热效率Vi的数学模型；
B405.根据输电线路散热效率Vi、当前电缆内芯温度T电缆、电缆内芯安全温度上限T电缆max计算可扩容载流量ΔI电缆。
作为优选，所述B1.在两根架空线压接时将包裹铝外壳的温度传感器一并压入接头部分，通过所述包裹铝外壳的温度传感器获取架空线接头处温度。
本发明还提供一种输变电混合线路动态增容量评估系统，包括控制中心以及监控子站，其特征在于:所述监控子站沿输电线路每隔距离L设置一座，所述监控子站包括通讯模块、架空线检测模块、电缆检测模块、环境检测模块以及计算控制模块，所述通讯模块、电缆检测模块以及环境检测模块均与所述计算控制模块连接，所述电缆检测模块检测电缆当前温度Tw，所述环境检测模块检测环境热散效率vi，所述计算控制模块根据Tw以及vi计算电缆可增容电流ΔI，所述控制中心统计所述监控子站反馈的可增容电流并根据结果进行配电，所述通讯模块用于与所述控制中心信息交互。本发明的核心思想是通过直接检测与电缆内芯导线相同温度的模型的散热效率，从而排除传统方法中检测风速、温度、空气湿度以及光照等其他因素的繁琐步骤，准确、高效的计算计算电缆可增容电流；本发明另一创造点在于综合统计各级架空线温度，根据温度、电流、发热量的关系统筹各级输变电线路，避免各级输变电线路温度过高导致事故。每隔距离L设置一座监控子站，获取各段多个电缆可增容电流ΔI数据，根据其中的最小值进行增容，可以保证输电线路增容的安全性。
作为优选，所述电缆检测模块包括安装在电缆绝缘层与内部导线之间的一号通气管路、气泵、第一连接阀以及热敏电阻，所述热敏电阻安装在所述一号通气管路内，所述第一连接阀透过电缆绝缘层连接所述一号通气管路与所述环境检测模块，所述气泵安装在所述一号通气管路入口处。
作为优选，所述环境检测模块包括安装在承载电缆的所述管道内的二号通气管路、加热模块、热敏电阻，所述二号通气管路一端与所述第一连接阀连接，所述热敏电阻以及加热模块均安装在所述二号通气管路内。所述计算控制模块检测到电缆内芯的当前温度后进行记录，然后控制所述连接阀打开将一号通气管路内的高温气体导入二号通气管路，随后关闭所述连接阀并控制所述加热模块将所述二号通气管路内的气体加热至与记录的电缆内芯温度相同，随后停止加热，在承载电缆的管道环境内，经过时间t，记录温度变化ΔM，随后根据气体能量与温度的关系计算散热ΔQ，根据二号通气管路表面积S即可算得单位面积散热速率ΔQ/(t*S),代入钢芯铝绞线热量-温度模型，热量由焦耳定律Q＝I2RT可算得，导线的温度与周围环境温差越大、热交换速率越快，因此由在较低温度下算得的散热效率用于较高温度的导线模型预测可以留出安全裕量，根据设定的电缆安全温度即可算出电缆可增容电流ΔI。根据计算式
Figure BDA0002961206860000031
计算散热面积为S2的输电线路散热效率Vi，式中c1为介质比热容，m1为介质质量，S1为介质容器的表面积，ΔT为时间t内介质温度变化量；
实验测得电缆内芯比热c2,计算当前输电线路散热效率Vi下，不考虑线路自发热的温度变化率V1；
在露天环境下，实验测得0-30℃、31-60℃、61-90℃、91-120℃情况下，相同温度的电缆内芯材料和介质经过时间t后温度变化量之比，获得线路对照温度变化率V2；
将V1与V2进行比较，当二者在数值上绝对差值超过阈值X时，说明环境条件恶劣，需对工作人员报警。在形成实验室-实际环境大量数据对比后，根据实际环境因地制宜修正本方案的数学映射关系。
作为优选，还包括储气瓶以及第二连接阀，所述储气瓶中盛有六氟化硫气体，所述气泵与所述储气瓶连接，所述二号通气管路一端与所述第一连接阀连接，另一端通过第二连接阀与所述储气瓶连接，所述第一连接阀的控制端以及第二连接阀的控制端均与所述计算控制模块连接。
作为优选，所述加热模块包括直流电源以及电阻丝。所述加热-散热-计算过程设置周期T，能够在保证测试实时性的同时减少能源浪费。
作为优选，所述架空线检测模块包括RFID无源温度传感器，所述RFID无源温度传感器检测架空线支撑点处温度以及接头处温度并将检测到的数据通过RFID发信传入所述通讯模块。
作为优选，所述环境检测模块还包括红外探测单元，所述红外探测单元监测电缆表面温度分布情况并将数据传入所述控制计算单元，所述控制计算单元将所述电缆表面温度分布情况通过所述通讯模块传递给控制中心，当某段电缆红外频谱成像过亮时所述控制中心进行报警。虽然一号通气管路流经整段电缆，但所测得的温度实际是电缆的平均温度，并不能保证精确检测每一点的温度，为了防止局部温度过高造成事故，所述红外探测单元十分必要。
本发明的实质性效果是：能够统筹规划电缆和架空线混合的输变电线路可增容量，解决了架空线电缆内芯温度难以测量以及地下敷设电缆运行环境难以测量的技术问题。
附图说明
图1是实施例一的组成示意图。
图2是实施例一监控子站的结构示意图。
图中：1.控制中心、2.通讯模块、3.电缆检测模块、4.环境检测模块、5.计算控制模块、6.一号通气管路、7.储气瓶、8.第一连接阀、9.第二连接阀、10.二号通气管路、11.电缆。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。
如图1所示，实施例一包括控制中心1以及监控子站，所述监控子站沿输电线路每隔距离L设置一座，所述监控子站包括通讯模块2、架空线检测模块、电缆检测模块3、环境检测模块4以及计算控制模块5，所述通讯模块2、电缆检测模块3以及环境检测模块4均与所述计算控制模块5连接，所述电缆检测模块3检测电缆11当前温度Tw，所述环境检测模块4检测环境热散效率vi，所述计算控制模块5根据Tw以及vi计算电缆11可增容电流ΔI，所述控制中心1统计所述监控子站反馈的可增容电流并根据结果进行配电，所述通讯模块2用于与所述控制中心1信息交互。通过直接检测地下管道中与电缆11内芯导线相同温度的模型的散热效率，从而排除传统方法中检测风速、温度、空气湿度以及光照等其他因素的繁琐步骤，准确、高效的计算计算电缆11可增容电流。每隔1000米或遇到线路转弯处设置一座监控子站，获取各段多个电缆11可增容电流ΔI数据，根据其中的最小值进行增容，可以保证输电线路增容的安全性。
如图2所示，电缆检测模块3包括安装在电缆11绝缘层与内部导线之间的一号通气管路6、气泵、第一连接阀8、热敏电阻、储气瓶7以及第二连接阀9，热敏电阻安装在一号通气管路6内，第一连接阀8透过电缆11绝缘层连接一号通气管路6与环境检测模块4，气泵安装在一号通气管路6入口处。环境检测模块4包括安装在承载电缆11的管道内的二号通气管路10、加热电阻丝、热敏电阻，二号通气管路10一端与第一连接阀8连接，热敏电阻以及加热电阻丝均安装在二号通气管路10内。储气瓶7中盛有六氟化硫气体，气泵与储气瓶7连接，二号通气管路10一端与第一连接阀8连接，另一端通过第二连接阀9与储气瓶7连接，第一连接阀8的控制端以及第二连接阀9的控制端均与计算控制模块5连接。计算控制模块5检测到电缆11内芯的当前温度后进行记录，然后控制第一连接阀8打开将一号通气管路6内的高温气体导入二号通气管路10，随后关闭第一连接阀8以及第二连接阀9并控制加热电阻丝将二号通气管路10内的气体加热至与记录的电缆11内芯温度相同，随后停止加热，在承载电缆11的管道环境内，经过时间t，记录温度变化ΔM，随后根据气体能量与温度的关系计算散热ΔQ，根据二号通气管路10表面积S即可算得单位面积散热速率ΔQ/(t*S),代入钢芯铝绞线热量-温度模型，热量由焦耳定律Q＝I2RT可算得，导线的温度与周围环境温差越大、热交换速率越快，因此由在较低温度下算得的散热效率用于较高温度的导线模型预测可以留出安全裕量，根据设定的电缆安全温度即可算出电缆可增容电流ΔI。
以上的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种输变电混合线路动态增容量评估方法,适用于电缆以及架空线组合而成的输变电混合线路,其特征在于:包括以下步骤
B1.通过传感器获取架空线接头处温度T1；
B2.通过传感器获取架空线支撑点处温度T2；
B3.根据架空线安全温度上限T架空max，当前架空线载流量I，接头处电阻R1，支撑点处电阻R2，架空线接头处温度T1以及架空线支撑点处温度T2，计算架空线可扩容载流量ΔI架空；
B4.获取输变电线路电缆部分的温度及散热效率，计算可扩容载流量ΔI电缆；
B5.根据电网连接关系以及用电侧需求统计各级输电线路可扩容载流量。
2.根据权利要求1所述的一种输变电混合线路动态增容量评估方法，其特征在于：所述步骤B4具体包括
B401.在电缆内芯与绝缘层之间通入介质，通过介质换热获取电缆内芯温度T电缆；
B402.将介质导出，在电缆外将介质加热至所述T电缆后停止加热；
B403.将加热后的介质静置时间t并计算电缆当前温度平均变化率；
B404.根据B3得到的温度平均变化率、介质散热面积、介质比热容、电缆内芯材料比热容构建输变电线路电缆部分的散热效率Vi的数学模型；
B405.根据输电线路散热效率Vi、当前电缆内芯温度T电缆、电缆内芯安全温度上限T电缆max计算可扩容载流量ΔI电缆。
3.根据权利要求2所述的一种输变电混合线路动态增容量评估方法，其特征在于：所述B1.在两根架空线压接时将包裹铝外壳的温度传感器一并压入接头部分，通过所述包裹铝外壳的温度传感器获取架空线接头处温度。
4.一种输变电混合线路动态增容量评估系统,用于监控并合理分配架空线与电缆混合形式的输电线路载荷，实现如权利要求1所述的输变电混合线路动态增容量评估方法，包括控制中心以及监控子站，其特征在于:所述监控子站沿输电线路每隔距离L设置一座，所述监控子站包括通讯模块、架空线检测模块、电缆检测模块、环境检测模块以及计算控制模块，所述通讯模块、电缆检测模块以及环境检测模块均与所述计算控制模块连接，所述电缆检测模块检测电缆当前温度Tw，所述环境检测模块检测环境热散效率vi，所述计算控制模块根据Tw以及vi计算电缆可增容电流ΔI，所述控制中心统计所述监控子站反馈的可增容电流并根据结果进行配电，所述通讯模块用于与所述控制中心信息交互。
5.根据权利要求3所述的一种输变电混合线路动态增容量评估系统，其特征在于：所述电缆检测模块包括安装在电缆绝缘层与内部导线之间的一号通气管路、气泵、第一连接阀以及热敏电阻，所述热敏电阻安装在所述一号通气管路内，所述第一连接阀透过电缆绝缘层连接所述一号通气管路与所述环境检测模块，所述气泵安装在所述一号通气管路入口处。
6.根据权利要求4所述的一种输变电混合线路动态增容量评估系统，其特征在于：所述环境检测模块包括安装在承载电缆的所述管道内的二号通气管路、加热模块、热敏电阻，所述二号通气管路一端与所述第一连接阀连接，所述热敏电阻以及加热模块均安装在所述二号通气管路内。
7.根据权利要求5所述的一种输变电混合线路动态增容量评估系统，其特征在于：还包括储气瓶以及第二连接阀，所述储气瓶中盛有六氟化硫气体，所述气泵与所述储气瓶连接，所述二号通气管路一端与所述第一连接阀连接，另一端通过第二连接阀与所述储气瓶连接，所述第一连接阀的控制端以及第二连接阀的控制端均与所述计算控制模块连接。
8.根据权利要求5所述的一种输变电混合线路动态增容量评估系统，其特征在于：所述加热模块包括直流电源以及电阻丝。
9.根据权利要求3所述的一种输变电混合线路动态增容量评估系统，其特征在于：所述架空线检测模块包括RFID无源温度传感器，所述RFID无源温度传感器检测架空线支撑点处温度以及接头处温度并将检测到的数据通过RFID发信传入所述通讯模块。
10.根据权利要求3所述的一种输变电混合线路动态增容量评估系统，其特征在于：所述环境检测模块还包括红外探测单元，所述红外探测单元监测电缆表面温度分布情况并将数据传入所述控制计算单元，所述控制计算单元将所述电缆表面温度分布情况通过所述通讯模块传递给控制中心，当某段电缆红外频谱成像过亮时所述控制中心进行报警。
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