增加架空线路输电能力—高自然功率技术
电力设计
增加架空线路输电能力
—高自然功率技术
孙寿广 编译
(北京国电华北电力工程有限公司, 北京 100011)
摘 要:提高架空线路的输电能力已经成为当今的一个主题。提高输电能力的常用做法是通过增加导线截面或对地距离来改善输电线路的载流容量或热额定值。这些做法不能减少线路的串联阻抗和改善自然功率, 也就不能因更高的输电功率带来更好的系统条件, 例如电压性能和稳定水平。关键词:架空线路; 输电能力; 高自然功率1
中图分类号:T M75 文献标识码:B 文章编号:2(205
I ncreasi n g the Overhead L i n es
—I Loadi n g Techn i que
S UN Shou 2guang
(B eijing S tate Po w er N orth China Po w er Engineer L i m ited Co m pany, B eijing 100011, China )
Abstract:The request f or increasing the trans m issi on capacity of overhead lines has turned int o a maj or subject 1Previ ously, a usual p ractice ai m ing t o raise the line trans m issi on capacity was t o i m p r ove its a mpacity or ther mal rating by means of increasing the conduct or cr oss secti on or its clearance t o terrain 1These acti ons however are not effective in redducing the series reactance and i m p r oving the Surge I m pedance Loading (SI L ) , both of which could result in better syste m conditi ons f or a higher trans m itted power, such as voltage p r ofile and stability 1Key words:overhead line; trans m issi on capacity; high surge i m pedance l oading 1
全世界的输电工程师都面临一个共同的问
题:经济和环境的限制使新线路的建设越来越困难。困难导致了对技术的探索集中在:增加新投资建设线路的单位输电容量; 升级现有线路, 使现有系统的能力最大化; 减少环境影响, 特别是输电系统对土地的占用, 进而提出增加新建和现有输电线路输电能力的要求。
1990年巴西启动了一个特殊项目, 项目的主要关注点是研究长距离和高容量架空输电线路(OHT L ) 。这一项目特别对具有范围巨大的
3收稿日期:2006201204
作者简介:孙寿广, 北京国电华北电力工程有限公司。
水电优势, 而这些水电通常远离负荷中心的国
家具有重大的意义, 项目与俄罗斯研究人员合作开发, 包括其他技术在内的高自然功率输电线路。同时, 在俄罗斯用同样的方法设计330k V 以上的线路。
1 基本概念
—架空输电线路容量
111 输送容量的追求
在讨论增加线路输电容量技术时, 考虑物理的及其他相关因素是重要的。评价架空输电
66电力勘测设计2006年02月第1期
电力设计
线路(OHT L ) 的容量应该考虑它是在一个输电系统内部, 因此用全局和系统的方法分析它的性能。控制OHT L 传输的最大电力包括三个主要方面:
第一个方面与线路自身的热-机特性有关, 通常称作热额定值或载流容量。考虑电流和热的平衡来确定导体的温度。最大值是由不能超过破坏导体自身的温度上限, 和导体的弧垂不能小于安全距离来决定。
第二个方面反映了OHT L 参数的相互作用, 例如串联(XL ) 和并联电抗(XC ) , 与输电系统。线路的波阻抗功率(SI L ) 是由这些参数计算而来的, 它的物理意义是此时流过线路上的功率值, 与系统没有无功交换。SI L 也称作自然功率。(为便于理解, 本文均译作自然功率, 对高波阻抗功率均译作高自然功率)
发生电压降低, 。
当结合。受与之平行的架空输电线路运行的影响, 线路之间功率分布的不合理, 可能带来不均匀的电流密度, 进而增加热量损失, 或引起过早的破坏热额定值, 或加快线路相导线的老化, 而同时其相邻的线路并没有带满负荷。对这类线路参数施以特制的技术可以解决部分问题, 这一方法对长短线路都是适用的。112 平行架空输电线路间的功率分布—特殊的
增加架空线路输电能力—高自然功率技术
2 高自然功率的基本原理
211 电力输送
对给定电压等级OHT L 的自然功率取决于子导线的数目和表面电位梯度。因此就有可能通过导线布置和磁场的优化降低波阻抗Zc, 增加自然功率和同一导线上可输送的功率。
比较传统线路和高自然功率线路特性的简单方法是看它们的自然功率。表1表明了两种设计的典型值。
Table 1:Va lues of S I L i n MW
Voltage /kV/
69138Traditi
onal OHT L
9-800-1000
HSI L OHT L 3Up t o 36Up t o 120Up t o 360Up t o 1900
212 I m pedance approach 2i n crea si n g S I L 阻抗
方法-增加自然功率
自然功率与线路的波阻抗成反比, 可由公式SI L =V /Z c 表示, V 是电压。理论上自然功率随正序电抗Z 1起作用, 发生相应变化。
正序电抗Z 1=Z s -Z m , Z s 是相自身电抗, Z m 是相间互感电抗。
2
通过改变这些电抗值可以改变自然功率, 或通过减少自身电抗, 或者通过增加互感电抗, 都可以相应减少正序电抗Z 1, 进而增加线路的自然功率。213 紧凑化
参数
平行线路间的功率分配, 无论长线短线, 均与其串联电抗成反比。因此, 如果一条线路具有大的载流容量而没有相对应的低电抗, 它就不能输送理想的潮流, 并引起小载流容量线路的过负荷。
为了降低这种影响, 可以采用像串补或移相器这类特殊的设备。
另一方面, 对于OHT L, 可以使用高自然功率方法来减少线路的串联电抗并提高自然功率, 这样既没有增加输电系统的特殊设备又提供了合适的潮流分布。
首先应用的提高自然功率的技术是紧凑化线路设计, 它保持了通常的导线束的几何形状, 而把相间导线的距离拉近, 增加了相间的相互
耦合和互感电抗(Z m ) , 因此减少了Z 1。
紧凑化的程度受相间绝缘配合的限制, 某些子导线的表面将发生更强的电场梯度, 增加了电晕放电。通过紧凑型技术一般可以增加自然功率20%。
214 导线束的扩张技术(BEX)
根据高自然功率理论, 通过对导线束中子导线的重新布置, 扩张导线束提高OHT L 的自然功率。这种方法既可以用于新建线路也可用
电力勘测设计2006年02月第1期
67
增加架空线路输电能力—高自然功率技术于现有线路的升级。
通过适当的设计可以做到仅仅改变线路金具配置而不改变现有的结构。BEX 的一个重要特性就是以低的费用改变OHT L 导线束几何形状。
这项技术相对于高自然功率线路在原始概念上没什么复杂性, 且易于研究、试验和实施。相对于全高自然功率可以提高30%的能力比, 它对自然功率的增加相对要小。然而, 无论对于新建项目还是现有线路, 其费用效益比是很有吸引力的。新的子导线将明显提升这一优点。最重要的变化是传统上普遍采用的18英寸子导线间距被彻底抛弃了。215 全高自然功率概念
电力设计
划、科研、设计、建设和维护人员在项目开始阶段就在各学科之间形成适当的交流, 项目的
进展会更容易。因此, 建议OHT L 专家在开发阶段就提供帮助以找出合适的解决方案。
对这些新的几何设计不再推荐使用过去常用的简化方法。例如, 广泛应用的表面梯度平均值和无线电干扰计算不再应用在不对称的导线束, 而是推荐采用更为精确和通用的工具。
由于需要考虑多种不同的解决方案, 实验室和试验设备是必要的。试验线路可以帮助检验设计概念、建设和检修程序。217 高自然功率线路—第一步和应用
199269k V 到V 。
Chesf V 高自然
在一个完整的高自然功率解决方案里,
更
多地增加自然功率可以通过减少自电抗和增加互感电抗两个方面实现, 更为明显。
假。
, , 每相有三个子导线。
, 在一个全规模模型上进行了。然后又进行了现场测量。
1995年Chesf 测试了用BEX 技术升级一条3k m 长的230kV 双回路, 每相采用了两根导线。
1996年一条长180k m , 在两条电路上采用同样BEX 设计的线路被升级。1997年同一输电走廊的其余480k m 线路被升级, 因此形成了660k m 长的双回路BEX 解决方案。
一旦230k V BEX 被测试并被看作是可靠的技术, 研究就继续被指向500kV 输电线路。Chesf 和制造商开发了几种适合四分裂导线金具原型并在Cepel 进行了试验。
另一个原型则安装在了一条119km OHT L 右侧的外相, 用于测试和培训建设及检修人员。218 系统研究分析
Ca macari 是位于巴西Bahia 州的州府萨尔瓦
F i g 11 S i n gle c i rcu it 230kV HS I L li n e
desi gn concepti on (Braz il)
图1所示为一条单回230kV 概念线路, 此
线路具有传统OHT L 双倍更高的自然功率, 当然最好的解决方案必须考虑系统的因素。216 专家和设计工具的结合
高自然功率方法对相导线的几何形状和导线束的排列提出了改进建议, 对传统的设计和实践是一个突破。
即使对变化较小的BEX 方法, 如果系统规68电力勘测设计2006年02月第1期
多市的一个主要变电站, 由三条230kV , 两条500k V 线路供电。500k V 线路的数据列于图2-A 。两条OHT L 线路具有传统的18英寸间距对称的导线束, 尽管具有不同的导体类型, 但提供可比的电抗。
因为OHT L 的潮流分布与电抗成反比, 尽管两条线路的铝导体截面不同, 但在O lindina -Ca 2macari (图2-B ) 之间的平行部分的负荷基本相同。这意味着不平衡的电流密度(J
) , 线路C1比线路C2的电流密度高了30%。线路C1具有更
电力设计
低的热容量却不合理的运行在更高的温度上。
增加架空线路输电能力—高自然功率技术角, HSI L 线路可以满足系统的需要, 为获得可观的经济效益提供帮助。
3 500kV O HTL BEX 的实际应用
311 基本设计考虑
Chesf 准备建设它与巴西北部公司Eletr o 2norte 第二条联网线。第一条是传统的500k V OHT L 线路, 采用拉线式V 型塔, 4×636MC M ACSR 导线束, 对称形状, 01457m 间距, 自然
功率1000MW 。(图3a )
系统条件要求新的OHT L 具有比第一条线路更高的自然功率。传统的研究倾向于使用4×954MC M 18(图3b )
, Eletr o 2。
F i g 13 Support desi gn s
随着BEX 技术的发展和试验设备的安装完成, 最后决定采用这种新技术。同时要求满足某些约束条件:
(1) 原来的规划和动态研究已经考虑了紧凑型塔的电气参数(线路参数) , 因此, 新的OHT L 方案应该特殊设计以保证具有类似的正序
F i g 12 Sa lvador 500kV supply syste m
为了加强线路C2, 考虑采用高自然功率/BEX 方案, 由于电抗XL2的减少, 自然功率提
高了20%。图2表示了新的潮流分布, 线路C2带了更多的潮流和更均衡电流密度。总的有功功率增加了53MW , 说明这一走廊上230kV 线路上的潮流减少, 以及线路损失的减少。
这证明了HSI L /BEX的应用可以对输电系统整体带来效益。
这项技术的应用为系统规划工作开拓了视
参数。
(2) 由于没有足够的时间开发新的结构设计方案, 因此应该采用已有的塔型。
最后决定采用传统的“V ”型拉线塔(Chesf 公司的500kV 标准) 和尝试开发一种新的导线束以获得此项研究的理想的线路参数。
排列的优化和导体表面电场的均衡处理得出了两组不对称导线束, 中心相为矩形, 外相为梯形。改变布置尺寸可使自然功率从1100MW 到1400MW 变化。
(图3c ) 312 工程与硬件装置方面
为获得所期望的导线束形状和自然功率
电力勘测设计2006年02月第1
期
69
增加架空线路输电能力—高自然功率技术(1200MW ) 需要设计和特制的联板。
电力设计
单根电缆防振增加的费用。
费用评价是以建设500kV 线路所用的不同的材料和元件为基础的。两个方案的费用评价采用相同的方法, 结果如表4, 采用1996年巴西货币对美元的汇率1R ＄/1US＄:
Table 4:Cost eva lua ti on
Soluti on
Compact self -supporting t owers
V -Guyedsupports BEX
US ＄/km315, 000280, 350
考虑到BEX 的尺寸, 由于风荷或短路引起的子导线间的机械上相互影响可能性减少了, 相间间隔棒只有在特别长的档距或OHT L 路径上可能有强风或向上的风且山坡地形时才需要。如是单导线, 由设计决定是否需安装防振锤。313 O HTL 电气参数对比
OHT L 导线束的电气参数列于表2。
Table 2:Positi ve sequence electr i ca l param eters
Para meters R1(Ω/km) X1(Ω/km) B1(μs/km) Zc1(Ω) SI L (WM )
Compact [***********]7
V -Bundle Expansi on
[***********]8
744km 采用V 拉线塔的BEX 线路, 节约费
用达2600万美元, 12%。
(译注, ) 316≈1200≈1200
, 减少, 自然地伴随线路并联电容的
可以看到线路参数是非常接近的,
314 。这就可能在某些情况下带来不好的影响, 例如负荷轻或没有负荷, 以及甩负荷的情况。
因此, 可能需要针对上述情况认真地加以研究并装设一些特殊的快速响应设备以减少线路产生的多余无功。
另一个应该关注的问题是大尺寸不对称的导线束, 具有不同导体的导线束受风以及严重负荷影响时的机电特性, 这些问题正在研究中并且需要在进一步的研发中做更多的工作。
, 而不是。表3表明V -BEX 子导线上两个较高的电磁场值比类似的紧凑型OHT L 还低10%。同样, 中心相的平均值低113k V /c m 。
Table 3:M ax i m u m Electr i c F i eld a t Conductors Surface
Phase positi on /sub -conduct or positi on Outer/upperexternal Outer/l ower external Outer/upper internal Outer/Lowerinternal
Central/upperCentral/l ower
Compact self -sup
(kV /cm) 16. [***********]716718164
Guyed V BEX (kV /c m ) [***********][1**********]6
4 结论
高自然功率技术是著名的, 所开发的数学模型在巴西输电系统的商业运行清楚地表明了这种方法在工程应用中的经济优势
在HSI L 研究工作中开发的技术原理为OHT L 升级和为追求最佳的系统性能而进行的优
化设计开拓了更加广泛的应用前景。
这意味着更低的电晕放电, 以及如同磁场测量中确认的那样, 更低的无线电干扰和可听噪声。作为额外的收获, 新的硬件实验室测试表明绝缘子串的电位梯度分布更加均衡315 费用评价
试图通过增加现有线路的载流容量而优化现有系统的输电能力做法可能是无效的。具有长线路的或者短的平行线路的系统都可能需要一个适当的自然功率。高自然功率方法对升级现有输电线路走廊提供了一个经济的有吸引力的选择, 优化和提供OHT L 适当的自然功率是它最突出的特点。
当使用BEX 时, 沿档距之间间隔棒节约的费用, 可以在很大程度上补偿扩张悬垂金具和70电力勘测设计2006年02月第1期
电力设计
增加适当的HSI L 线路或升级现有的线路, 对系统带来的好处不仅仅限于该线路本身, 范围要大得多。对系统的其他部分都要带来明显的影响, 例如, 增加无功, 减少串联电抗, 改善有功潮流, 提供更好的电压波形和增加系统稳定性。
BEX (导线束扩张) 的应用是针对区域气候和系统特点对OHT L 设计进行修正, 是特制的解决方案。要想取得成功需要常识和创造, 以及各个专业的紧密结合。在研发、实际应用、研发和设计工具的可用性工作中所获得的经验
增加架空线路输电能力—高自然功率技术证明这项技术具有巨大的潜力, 可以获得极好的投入产出效益。
紧凑型自立塔和BEX 拉线塔之间的比较表明后者可能费用更低, 具有可比的甚至更高的自然功率以及更低的电磁场。
参考文献:
[1]O s waldo REGI S J r 1I ncreasing the trans m issi on capacity
of overhead lines 2H igh surge i m pedance l oading techru 2que [J ]1E LECT RA, 2005, (8) 1
信 息
AS1910-15系列
奥地利微电子公司(austria m icr osyste m s ) 日前推出带手动重启和监视功能的双电压微处理器
监测电路AS1910-15系列。该系列I C 适用于手持式、电池驱动设备和所有双电压供电应用, 其
μA (典型情况下) , 可用于-40℃功耗仅518到+125℃之间的温度范围。
AS1913、AS1914和AS1915根据其出厂设定的极限值, 能监控118V 到316V 之间的初级电
压, 以及019V 到215V 之间的次级电压。对于AS1910、AS1911和AS1912, 用户可以通过一个
外置的电阻分压器将次级监控电压调低到0. 6V 。
奥地利微电子称, 新的系列I C 为从不降低微处理器功率的系统提供了一种手动复位输入方式。另外, 这些器件还设有一个115秒的超时周期的监视器, 这意味着如果不应用时钟, 就会激活复位功能。
“当两个被监测的供电电源中的一个电压降到出厂极限值以下时, AS1910-15系列监测I C 将激活复位功能; 当两个供电电压都超过复位极限值时, 能提供一个激活复位的最短停顿时间间隙。”奥地利微电子公司标准线性部市场总监W alterMosha mmer 说道, “此外, 该系列I C 设计的安全性可保证VCC 降到110V 时的正常状态。”
据介绍, 该系列适用于基于微处理器的系统, 其核心处理器的典型供电电压通常为118V 或118V 以下, 外设供电电压为3V
或313V 。在这些系统应用中, 必须对上述两种电压进行同步监测。
(摘自电力科技与管理)
电力勘测设计2006年02月第1期71