- 頭條針對線路接頭異常溫升引起的發熱問題，重慶大學專家提出解決思路2022-03-30 作者：周念成、蘭雪珂等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語為緩解高溫天氣及負荷高位運行情況下線路接頭異常溫升引起的持續發熱，輸配電裝備及系統安全與新技術國家重點實驗室（重慶大學）、國網四川省電力公司天府新區供電公司的研究人員周念成、蘭雪珂等，在2021年第15期《電工技術學報》上撰文，提出一種計及線路接頭溫升約束的受端電網轉供優化模型。 首先在電熱耦合理論基礎上分析了線路接頭溫升等效熱模型及其參數估計方法，并以潮流變化量為中間變量，推導了在當前運行點負荷變化時線路接頭溫升線性方程。然后，結合220kV/110kV受端電網拓撲，構建了潮流轉移下的線路接頭溫升約束，并與有功功率平衡約束、線路最大允許載流量動態約束和電網輻射型結構組成約束集，以電網運行方式調整的開關動作總次數為優化目標，提出計及線路接頭溫升約束的受端電網轉供優化模型，該模型為混合整數線性規劃問題，采用CPLEX工具箱進行求解。最后，通過對實際220kV/110kV受端電網進行仿真分析，驗證了該模型的有效性。
在迎峰度夏期間，大型中心城市負荷中心的220kV/110kV電網線路長時間高負荷運行。在極端高溫天氣的持續作用下，架空線線夾、電纜線路的接頭、電纜穿墻導管、變壓器導管、絕緣子、隔離開關等發熱現象會非常嚴重。其中，架空線耐張線夾耐受高溫能力較低、電纜線路的接頭工藝不良或者電流過大引起的發熱最為常見，其溫升也較高、較快。
在惡劣天氣或者負荷高位運行下，由于長期運行的線路接頭存在老化現象，其溫升將持續異常升高，導致線路絕對溫度超過其最大允許溫度，嚴重影響線路的運行安全。在負荷高位運行期間，電網調度中心為保證輸變電設備的運行安全，會對電網進行一定方式的調整，將部分負荷進行轉供。
隨著動態熱定值方法（Dynamic Thermal Rating, DTR）的研究和發展，電力系統可以通過測量得到導線實際運行的表面風速、光照、環境溫度等數據，并根據IEEE標準和CIGRE標準，計算線路最大允許載流量及溫度。
為反映線路溫度動態變化，有關學者在電熱耦合及熱路模型基礎上，對線路溫度的動態變化進行了研究，但并未與電網運行調度結合起來以充分挖掘線路的輸電能力。針對電熱耦合理論在電網運行與優化調度中的應用，有關學者在線路溫度層面，已經將線路DTR物理建模成果及電熱耦合理論與電網優化運行充分結合。但在當前實際電網還未應用DTR提升輸電斷面容量條件下，其對應允許的傳輸載荷還比較保守。
雖然計及導線溫度顯著提升了線路載荷能力，但是同一負荷條件下，架空線耐張線夾和電纜線路接頭處比線路本體的運行溫度更高，在負荷高位運行期間，即使進行了負荷轉供，仍發生了多次由架空線耐張線夾溫度長時間過高引起引流線斷股導致的斷線故障，以及由電纜線路接頭高溫發熱引發爆炸起火導致的短路故障。為避免線路接頭在異常溫升情況下持續發熱引起的電網安全問題，有必要在現有線路溫度層面研究基礎上，進一步開展計及線路接頭溫升約束的受端電網轉供理論研究。
基于以上考慮，重慶大學等單位的科研人員提出一種計及線路接頭溫升約束的受端電網轉供優化模型。首先，對架空線耐張線夾和電纜接頭溫升進行建模，并在DTR環境獲取實時參數的基礎上，建立線路接頭溫升線性化約束；然后，引入線路接頭溫升約束，與有功功率平衡約束、線路最大允許載流量動態約束和電網輻射型結構約束共同組成約束集，以電網運行方式調整的開關動作總次數為優化目標，建立轉供優化模型；最后，用實際算例分析驗證了提出模型方法的有效性。
圖1 多個線夾、接頭超溫時轉供方案
科研人員通過某220kV/110kV電網測試結果表明，當220kV線路或者110kV線路的耐張線夾、電纜接頭異常溫升持續發熱時，僅考慮線路載流量動態約束并不能解決線路接頭發熱問題。本研究計及線路接頭溫升約束的模型，能夠在保證不拉限負荷的前提下最大化利用受端電網的供電網絡，從全局層面實現操作成本最少的轉供方案，消除線路接頭溫度超限。
本研究所建模型是從實際運行的角度，將線路接頭溫升線性化約束引入了負荷轉供中，在線路載流量允許溫度的基礎上進一步考慮接頭處的溫升安全約束，構建實時轉供優化模型。本研究通過對線路潮流變化量與主變壓器下網功率變化量的有功平衡推導，以潮流變化量為中間變量得到負荷變化時線路接頭溫升的線性變化量，并建立線性化的轉供優化模型。在保證電網安全運行的基礎上，本研究模型進一步從實際運行角度深挖了線路的供電潛力，為全面提升受端電網的轉供互供能力提供了科學依據。
以上研究成果發表在2021年第15期《電工技術學報》，論文標題為“計及線路接頭溫升約束的受端電網轉供優化模型”，作者為周念成、蘭雪珂 等。
