针对线路接头异常温升引起的发热问题 重庆大学专家提出解决思路

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为缓解高温天气及负荷高位运行情况下线路接头异常温升引起的持续发热，输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室（重庆大学）、国网四川省电力公司天府新区供电公司的研究人员周念成、兰雪珂等，在2021年第15期《电工技术学报》上撰文，提出一种计及线路接头温升约束的受端电网转供优化模型。

首先在电热耦合理论基础上分析了线路接头温升等效热模型及其参数估计方法，并以潮流变化量为中间变量，推导了在当前运行点负荷变化时线路接头温升线性方程。然后，结合220kV/110kV受端电网拓扑，构建了潮流转移下的线路接头温升约束，并与有功功率平衡约束、线路最大允许载流量动态约束和电网辐射型结构组成约束集，以电网运行方式调整的开关动作总次数为优化目标，提出计及线路接头温升约束的受端电网转供优化模型，该模型为混合整数线性规划问题，采用CPLEX工具箱进行求解。最后，通过对实际220kV/110kV受端电网进行仿真分析，验证了该模型的有效性。

在迎峰度夏期间，大型中心城市负荷中心的220kV/110kV电网线路长时间高负荷运行。在极端高温天气的持续作用下，架空线线夹、电缆线路的接头、电缆穿墙导管、变压器导管、绝缘子、隔离开关等发热现象会非常严重。其中，架空线耐张线夹耐受高温能力较低、电缆线路的接头工艺不良或者电流过大引起的发热最为常见，其温升也较高、较快。

在恶劣天气或者负荷高位运行下，由于长期运行的线路接头存在老化现象，其温升将持续异常升高，导致线路绝对温度超过其最大允许温度，严重影响线路的运行安全。在负荷高位运行期间，电网调度中心为保证输变电设备的运行安全，会对电网进行一定方式的调整，将部分负荷进行转供。

随着动态热定值方法（Dynamic Thermal Rating, DTR）的研究和发展，电力系统可以通过测量得到导线实际运行的表面风速、光照、环境温度等数据，并根据IEEE标准和CIGRE标准，计算线路最大允许载流量及温度。

为反映线路温度动态变化，有关学者在电热耦合及热路模型基础上，对线路温度的动态变化进行了研究，但并未与电网运行调度结合起来以充分挖掘线路的输电能力。针对电热耦合理论在电网运行与优化调度中的应用，有关学者在线路温度层面，已经将线路DTR物理建模成果及电热耦合理论与电网优化运行充分结合。但在当前实际电网还未应用DTR提升输电断面容量条件下，其对应允许的传输载荷还比较保守。

虽然计及导线温度显著提升了线路载荷能力，但是同一负荷条件下，架空线耐张线夹和电缆线路接头处比线路本体的运行温度更高，在负荷高位运行期间，即使进行了负荷转供，仍发生了多次由架空线耐张线夹温度长时间过高引起引流线断股导致的断线故障，以及由电缆线路接头高温发热引发爆炸起火导致的短路故障。为避免线路接头在异常温升情况下持续发热引起的电网安全问题，有必要在现有线路温度层面研究基础上，进一步开展计及线路接头温升约束的受端电网转供理论研究。

基于以上考虑，重庆大学等单位的科研人员提出一种计及线路接头温升约束的受端电网转供优化模型。首先，对架空线耐张线夹和电缆接头温升进行建模，并在DTR环境获取实时参数的基础上，建立线路接头温升线性化约束；然后，引入线路接头温升约束，与有功功率平衡约束、线路最大允许载流量动态约束和电网辐射型结构约束共同组成约束集，以电网运行方式调整的开关动作总次数为优化目标，建立转供优化模型；最后，用实际算例分析验证了提出模型方法的有效性。

图1 多个线夹、接头超温时转供方案

科研人员通过某220kV/110kV电网测试结果表明，当220kV线路或者110kV线路的耐张线夹、电缆接头异常温升持续发热时，仅考虑线路载流量动态约束并不能解决线路接头发热问题。本研究计及线路接头温升约束的模型，能够在保证不拉限负荷的前提下最大化利用受端电网的供电网络，从全局层面实现操作成本最少的转供方案，消除线路接头温度超限。

本研究所建模型是从实际运行的角度，将线路接头温升线性化约束引入了负荷转供中，在线路载流量允许温度的基础上进一步考虑接头处的温升安全约束，构建实时转供优化模型。本研究通过对线路潮流变化量与主变压器下网功率变化量的有功平衡推导，以潮流变化量为中间变量得到负荷变化时线路接头温升的线性变化量，并建立线性化的转供优化模型。在保证电网安全运行的基础上，本研究模型进一步从实际运行角度深挖了线路的供电潜力，为全面提升受端电网的转供互供能力提供了科学依据。

以上研究成果发表在2021年第15期《电工技术学报》，论文标题为“计及线路接头温升约束的受端电网转供优化模型”，作者为周念成、兰雪珂 等。