基于就地数据采集模型的架空输电线路动态增容方法.pdf

信息技术 年第 期基于就地数据采集模型的架空输电线路动态增容方法王喜全 潘 臻 苏军虎(国网甘肃综合能源服务有限公司 兰州)摘 要:为有效提升电路传输容量增强供电可靠性降低温度与风速对架空输电线路载流量的影响提出基于就地数据采集模型的架空输电线路动态增容方法 构建就地数据采集模型依据选取的就地监测范围按时测定杆塔周围温度、电压、电流以及弧垂数据等多种信息计算弧垂变化量得到弧垂的实时变化情况衡量输电线路的传输功率是否超出线路传输极限实现架空输电线路的动态增容 实验结果表明:所设计方法就地采集数据误差较低增容后不同风速下具有较高载流量增容效果好且导线载流量未随着温度大幅下降关键词:数据采集模型 架空输电线路 动态增容 弧垂计算 传输容量中图分类号:文献标识码:文章编号:():./.作者简介:王喜全()男硕士高级工程师研究方向为电力系统设计、规划、运行及综合能源服务 (.):.:引 言各城市用电量持续增加大量输电线路输电容量已达到极限 当处于夏季用电高峰时输电线路负荷变大容易出现线路故障 国内外通常采取提升导线温度等方式提升线路输电能力但该方法消耗资源较多且耗时较长因此现基于就地数据采集模型的架空输电线路动态增容方法 王喜全 等阶段通常采取动态增容方法改善线路的输电功能通过动态增容能够有效提升电路传输容量增强供电可靠性符合大量用电需求时的电力传输众多学者针对动态增容方法进行设计例如官澜等研究基于数字化三维模型的架空输电线路设计方法建立输电线路走廊 及 数据采用 技术对输电线路进行建模形成数字化三维模型完成架空输电线路设计李军辉等提出考虑径向温差的架空输电导线的动态增容方法分析输电线温度场电磁耦合有限元绞合模型分析输电导线的动态增容效果胡臻达提出 与 多源数据融合模式下的架空输电线路选线方法实现了一套基于/集成技术的架空输电线路选线方法但当环境温度逐渐上升时载流量会迅速下降 通过就地数据采集模型能够分析需动态增容的架空输电线路的实时数据依据这些数据能够设计出相应的增容方案 因此本文研究基于就地数据采集模型的架空输电线路动态增容方法通过构建就地数据采集模型采集实时电压变化情况并依据弧垂计算结果构建弧垂与传输容量的数学模型实现动态增容 方法构建.动态增容方案设计在架空输电线路动态增容过程中涉及电、热、力等物理量知识 现阶段动态增容通常采用安装监测装置在线监测输电线路的气候条件、弧垂、温度等变化情况然后采用载流量分析输电线路的最大传输容量 但这种流量计算方式需依靠线路的热平衡方程存在一定的限制例如当天气出现降雨时或环境温度高于导线温度热平衡计算方法则无法计算线路传输容量且监测系统情况复杂需监测的参数较多导致热平衡计算时精度变低导线的热稳定性是决定最大传输容量的重要因素为缩短导线生热后对地、交叉跨越的距离本文通过实时测量弧垂构建基于弧垂的传输容量数据模型完成动态增容图 为动态增容过程图 动态增容过程根据图 所示首先准备起始数据开启增容构建就地数据采集模型开始采集数据然后分析计算弧垂变化量并依据已采集的数据引入到弧垂传输容量数学模型中最后对现阶段输电线路的最大传输容量进行分析实现线路动态增容.就地数据采集模型.模型数据采集终端利用就地数据采集模型进行架空输电线路的就地数据采集 选取监测范围在每个高压杆塔上安装就地数据采集模型的采集终端按时测定杆塔周围气候与温度参数后台规范实时采集条件依据已采集到的气候数据进行分析 当气候符合条件时则开始采集电流、电压与图像在每个采集终端中安装防盗报警设备若杆塔材料存在被盗则向采集终端发送报警信号终端开启摄像头抓拍实时情况 通过/实现后台监控中心与采集终端的数据传输已采集的数据可由采集终端传输至后台在后台进行查询与修改数据等操作 图 为输电线路就地采集模型数据采集终端的整体框图就地数据采集模型的数据采集终端采用 微处理器与 单片机作为核心其中 微处理器的主要任务是采集现场图像数据、泄露电流特征量等信息单片机采用 处理器控制当固定采集间隔周期结束时呼叫基于就地数据采集模型的架空输电线路动态增容方法 王喜全 等图 数据采集终端整体框架 处理器单片机能够采集防盗与微气候数据等可降低 处理器负担 通过锂电池与太阳能板构成该数据采集终端的电源设备并持续提供 电源该电源系统通过 系列单片机进行管理.绝缘子分布电压监测就地数据采集模型内置多种传感器可以有效采集架空输电线路的多种信息如输电线路温度、电压、电流以及后期弧垂计算所需的弧垂数据 其中接地端绝缘子分布电压监测如下:在测量分布电压时设置电容和电阻并通过串接形式使地端某块瓷片的金具与地端之间连接通过测算阻容分布测量电阻端电压值得出该瓷片的分布电压 ()式中 表示瓷片的分布电压 表示电容表示空气介质 设 为最后阶段绝缘子承担分布电压则:()式中表示电压表示电阻设采样电阻为则采样电压为 当进行就地数据采集时可根据现有电压计算得到相应的值并依据已测到的采样电阻中的电压计算出最终的绝缘子电压通常情况下分布电压只存在低频通路中所以处理泄露电流的电路同样能够处理分布电压的低频信号 为减少元器件数目可重复使用泄露电流低频处理通路并通过模拟开关选择泄露电流与分布电压的低频分量 分布电压的低频分量与泄露电流低频分量较为相似.计算弧垂若对架空输电线路进行动态增容会使得该线路流动电流变大根据电阻焦耳效应可知导线温度会升高 导线长度变长线路档距的弧垂也会因此增大所以本文通过计算弧垂来设计动态增容通过抛物线法对弧垂变化量进行计算设两悬挂点、之间均匀摆设架空线单位长度自重力其中设架空线 段为隔离段 段在各方作用 力 下 形 成 平 衡 情 况 取 隔 离 体 点 力距则:()()式中 其中 表示斯蒂芬波尔茨曼常数 与 均表示受力方向架空线水平张力为 悬挂点高差角由 表示架空线单位长度自重力由 表示计算悬挂点、之间架空线的最大弧垂:()式中弧垂长度由 表示架空线档距长度为.基于弧垂与传输容量的数学模型通过以上弧垂的计算可知()其中表示工作条件为 时架空线的水平张力 表示架空线的最终弹性系数 表示架空线的截面积 表示温度线膨胀系数、分别表示工作条件为、基于就地数据采集模型的架空输电线路动态增容方法 王喜全 等时的线路温度引入 因此:()()式中 表示雷诺系数 通过、指代上述公式参数通过公式()简化一些参数因此能够得出 同时进一步对公式()进行变换可得:()由于公式()的计算需要大量系数因此提取关键因素 温度并通过字母表示固定系数对以上公式进行简化设导线温升为 为导线温度减去环境温度即 设 为传输容量则结合后的公式可通过公式()表示:()公式()即为传输容量与弧垂之间的数学模型 其中表示载流量 表示送电容量根据电网实际运行状态能够得到 与 可知温度与弧垂、温度与电流均呈正比与现实状况十分符合 因此能够依据线路弧垂的测量值得到线路传输功率衡量输电线路的传输功率是否超出线路传输极限完成线路动态增容 实验分析为分析所设计的基于就地数据采集模型的架空输电线路动态增容方法的效果将本文方法应用至某架空输电杆塔上的线路中分析该线路动态增容后的效果同时选取选取文献的基于数字化三维模型的架空输电线路设计方法文献考虑径向温差的架空输电导线的动态增容方法作为对比方法 实验具体流程如图 所示图 基于场景局部特征的社交网络位置近邻查询流程对某天部分时段就地采集数据结果进行分析分析应用本文方法后采集数据的误差情况分析结果如表 所示表 采集数据误差分析时间导线温度/导线长度/电流/实际值测量值实际值测量值实际值测量值:根据表 可知不同时间段采集到的导线温度的实际值与测量值完全一致导线长度的测量基于就地数据采集模型的架空输电线路动态增容方法 王喜全 等仅在:、:时存在 的误差电流误差最高仅为 因此本文方法采集到的输电线路数据误差较低能够实现较为精确的采集分析三种方法在一天之内就地采集环境温度数据时的误差分析结果如图 所示图 三种方法的环境温度采集误差根据图 可知一天内的环境温度呈现先上升后下降趋势三种方法采集的温度变化与实际温度变化趋势一致 文献方法采集到的环境温度均低于实际温度文献方法采集的环境温度明显高于实际温度而本文方法所采集的环境温度均与实际温度十分接近并未出现较大误差因此本文方法能够精确采集输电线路周边环境温度分析应用本文方法动态增容后在一天之内不同时间段的电流变化情况 其中额定值为分析结果如图 所示图 增容后电流变化根据图 可知负荷电流在 之间波动负荷始终处于额定值以下经本文方法增容后电流保持在 之间明显高于额定值因此本文方法具有较高的增容效果分析应用不同方法后随着风速变化时的导线载流量扩充情况结果图 所示图 不同方法导线载流量分析根据图 可知随着风速的不断增大应用三种方法后的导线载流量随之增加 当风速为 时文献方法导线载流量为 文献方法导线载流量为 而本文方法载流量达到 当风速达到 时三种方法载流量存在较大差距文献方法载流量最低在 左右文献方法的载流量也仅为 而本文方法的导线载流量到达 因此本文方法在不同风速下具有较高载流量说明本文方法的增容效果较好分析不同方法随着环境温度变化时的导线载流量变化分析结果如图 所示图 不同环境温度下导线载流量变化根据图 可知随着环境温度不断上升导线的载流量会随之下降但本文方法载流量下降程度在三种方法中保持最低说明本文方法增容后能够有效防止环境温度对载流量的影响基于就地数据采集模型的架空输电线路动态增容方法 王喜全 等 结束语本文研究基于就地数据采集模型的架空输电线路动态增容方法通过就地采集输电线路温度、电流、电压以及弧垂数据等相关信息计算弧垂并构建基于弧垂与传输容量的数学模型实现弧垂的实时测量完成架空输电线路的动态增容 在未来阶段可将该方法继续优化使增容后的输电线路运行效率更高参 考 文 献:胡剑熊小伏王建.基于热网络模型的架空输电线路径向和周向温度计算方法.电工技术学报():.王孟夏韩学山韦志清等.电网运行环境下基于电热耦合潮流的架空线路应力预估.电工技术学报():.林世治温步瀛张斌.基于气象参数预测的输电线路输送容量概率模型研究.电工电能新技术():.谢桦陈俊星郭志星等.基于随机森林算法的架空输电线路状态评价方法.现代电力():.王吉岱徐东晓孙爱芹等.基于多传感器信息融合的输电线路巡检机器人自主越障方法研究.机床与液压():.梁宇周腊吾魏瑞增等.基于雷达组合反射率的架空线路走廊雷电风险预警.南方电网技术():.官澜李奥森韩念遐等.基于数字化三维模型的架空输电线路设计.电测与仪表():.李军辉贾思棋杜冬梅等.考虑径向温差的架空输电导线的动态增容分析.湖南大学学报:自然科学版():.胡臻达黄典祖凃道勇.与 多源数据融合模式下的架空输电线路选线方法.勘察科学技术():.白天明曹咏弘薛凯允等.架空输电线路脱冰跳跃模拟试验研究.中北大学学报:自然科学版():.蔡彦枫黄增浩吴新桥等.基于测风激光雷达的沿海架空输电线路台风观测方法.南方电网技术():.周恩泽黄勇陈洁等.基于图模型的架空输电线路山火风险等级预测模型.南方电网技术():.胡志鹏李忠魁高峰等.考虑时变故障率的架空输电线路最优巡检策略研究.电力系统保护与控制():.吕征宇陈培智史健勇.基于 的输电工程架空线路参数化设计及其应用研究.四川建筑科学研究():.袁肖雷周羽生王永安等.基于电磁 热耦合场的输电线路高频激励融冰分析与计算.电力系统保护与控制():.(责任编辑:丁晓清)(上接第 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