基于动态增容技术的输变电调度监控系统设计

基于动态增容技术的输变电调度监控系统设计

顾翔瑜，魏中原

国网安徽省电力有限公司宣城供电公司 安徽宣城 242000

摘要：输电线路和变压器是输电网络的两个重要组成部分。随着我国经济的快速发展，电力需求越来越大，电网负荷也越来越大。为了满足电力需求，特别是为了降低n-1运行模式下的运行风险，需要新建或改造大量的输电线路，增加变压器的输电能力，以适应这种情况。然而，新建线路和新建变电站设备的成本是巨大的，因此有必要在不改变电网结构的基础上考虑提高现有设备的输电能力，从而提高电网的输电能力。

关键词：动态增容技术；输变电调度；监控系统设计

一、动态增容技术原理简介

早在20世纪70年代，就提出了动态热整定的概念和实现体系结构，最早主要应用于输电线路。由于输电线路动态增容技术具有巨大的经济效益，国内外许多高校和企业对其进行了大量的研究。目前，输电线路的热稳定电流基本上采用单一环境温度来确定，导致线路容量管理的无能为力。对于变压器，规定根据变压器的运行环境温度和初始负荷，通过查询曲线得到其超载倍数和持续运行时间。但目前调度部门很难掌握实时的环境情况，很难确定变压器的过载倍数和时间。应该注意,在输电线路的容量增加动态容量增加技术的应用,变电站设备的传输容量(变压器、断路器、隔离开关等)应进行相应的调整,以便它可以适应输电线路的容量。

1、输电线路动态增容技术原理

输电线路运行规程规定的输电线路承载能力值是在非常恶劣的环境条件下(温度保持不变，风速为0m/s，光功率为1kW/m2，不考虑其他良好的散热条件)计算的，实际运行裕度较大。而随着输电线路运行的环境参数(如环境温度、湿度、风、光等)的变化，这个裕度也会发生变化。在考虑实时环境参数和线路运行参数的基础上，对需要扩容的线路进行动态分析、跟踪和报警。分析结果可指导故障处理和运行方式的合理安排，从而最大限度地提高输电能力，提高输电线路的动态容量。输电线路动态增容技术的核心是求解输电线路的热容方程。将实时监测的参数分别代入稳态热容方程和瞬态热容方程，分别求解最大稳态载流容量和瞬态载流容量。根据输电线路的最大承载能力，可以动态地提高输电线路的输电能力。

2、变压器动态增容技术原理

电网目前的变压器负荷管理是依据GB/T1094.7-2008《油浸式电力变压器负载导则》。由于调度部门难以掌握环境实时情况，无法根据运行导则给出的曲线确定变压器的过负荷的倍数和时间。因此通用负荷运行管理方式是按1.3～1.5倍的额定电流可持续运行30min执行；此外为满足N-1运行的要求，变电站内两台主变压器（主变）运行容量低于50%额定容量。变压器的动态增容技术是基于变压器等效热场计算模型通过实时监测和分析变压器当前环境条件和变压器运行参数，计算出变压器在当前环境和负荷情况下的绕组及热点温度，在确保变压器使用寿命和安全运行的前提下，实时给出当前环境和负荷情况下变压器的长期安全运行时间、短时安全运行时间以及N-1运行方式下安全运行时间，实现变压器运行负荷的精细化、智能化管理，达到动态增容的目的。

二、输变电调度监控系统设计

输变电调度监控系统架构如图1所示。输电线路和变压器分别配有输电线路数据采集装置和变压器数据采集装置，采集和处理后的数据分别上传到输电线路负荷管理系统和变压器负荷管理系统两个子系统。子系统将分析数据上传至输变电调度监测平台(以下简称平台)。该平台以综合控制系统实时大数据信息为支撑，集成传输的实时数据，实现了电力系统分析软件、继电保护在线整定仿真系统、电力气象信息管理系统和动态负荷智能管理系统之间的数据传输。

图1 输变电调度监控系统的架构

1、输电线路负荷管理系统

在每条输电线路的三相线路上沿线（比如每隔20km）安装输电线路数据采集装置，采集每个安装点的线路实时环境温度、光照强度、风速、导线温度、线路电流等参数，通过无线网络(如GPRS)将数据传输给安装在后台主站的输电线路负荷管理系统，从而掌握电网每一条线路的实时状况。后台系统通过求解热容方程可计算出输电线路的稳态允许载流量、30min允许载流量、给定载流量下的安全运行时间，实现线路输送容量的动态管理、高温预警和数据积累。

2、变压器负荷管理系统

在电网每个变电站的主变安装变压器数据采集装置，采集每台主变实时的环境温度、风速、光照强度、变压器顶油温度以及每相电压电流等参数，通过RS485接口和信号传输电缆将数据传输给变压器负荷管理系统，从而掌握电网每一节点的实时状况。后台系统通过变压器等效热场计算模型实现对变压器过负荷能力的动态评估。

3、输变电调度监控平台

输变电调度监控平台根据子系统上传的数据，可将电网以拓扑图展示，方便调度人员及时了解电网整体结构，和具体被监测设备的实时状态；结合电网中所有监测节点，给出整个电网的过负荷能力预测，实现整个电网输变电设备容量的动态管理。

三、输变电调度监控系统的功能

传输调度监控系统的工作过程如图2所示,根据实时数据采集终端子系统的分析的动态热稳定极限电力传输和转换设备,变压器热温度、最高安全负载电压和时间最长的安全运行,如高温预警预报信息,分析平台的,结果显示；平台将监控范围内各主变、各输电线路的实时运行数据、环境数据、过载能力等详细数据显示在网格拓扑图中。结合网格拓扑中各监控节点所显示的过载能力信息，给出了整个网格的过载能力预测。此外，根据电力天气预报信息，可以预测输变电设备未来3天、1周甚至1个月的动态热稳定电流极限值。根据区域调度数据库采集的实时电力气象信息和输变电设备的运行方式，电力系统分析软件系统可计算出输变电设备的动态稳定极限Id；It与Id中较小值将作为输变电调度监控系统的主要依据，为电网运行方式的制定和优化提供技术支撑。平台还建立与系统保护及安全自动装置整定系统的信息贯通交互，探索电网系统保护定值自适应策略。通过本平台提供的输变电设备动态热稳定极限预测值，可以直观反映在确保电网安全运行的条件下变压器变送容量与输电线路输送容量是否匹配。

图2 输变电调度监控系统工作流程

结束语

针对部分地区输变电设备容量难以满足电力负荷增长的问题，提出了一种基于动态增容技术的输变电调度监控系统。这个系统通过实时信息收集子系统,管理集成系统,气象信息管理系统,电力系统分析软件,继电保护设置在线仿真系统的信息交互,将监控范围内的每个主变压器和输电线路的详细数据(包括实时运行数据、环境数据、负载容量)显示网络拓扑,并能根据电网节点信息，给出整个电网的电力负荷预测，实现输变电设备负荷控制的智能化管理，实现动态调节。该系统的开发应用，可以挖掘现有输变电设备的潜力，更好地解决输变电设备容量瓶颈问题。它不仅能带来可观的经济效益，而且为电网调度运行安排负荷极限提供有力的辅助决策支持，对保证电网安全高效运行起到积极的作用。

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