賈伯巖，何瑞東

(河北省電力研究院，石家莊 050021)

河北省南部電網(wǎng)(簡稱“河北南網(wǎng)”)北聯(lián)京津唐電網(wǎng)，西接山西電網(wǎng)，南聯(lián)河南電網(wǎng)，東接山東電網(wǎng),是我國“西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)”的重要通道。2012年，我國第一座1 000 kV特高壓變電站(冀南變電站)將在河北南網(wǎng)建成。到2015年，河北南網(wǎng)的西部將維持南北雙回500 kV主干通道，依托冀南特高壓變電站，東部網(wǎng)絡(luò)將形成多環(huán)的“目”字結(jié)構(gòu)。2020年以后，隨著滄州特高壓變電站的建成投產(chǎn)，河北南網(wǎng)500 kV線路將擴(kuò)建為雙回，形成以2座特高壓變電站為中心的500 kV多環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

特高壓輸電線路在河北南網(wǎng)的建設(shè)和投運(yùn)，對線路的運(yùn)行維護(hù)提出了更高的要求，但目前河北南網(wǎng)輸電設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)與裝備管理較為粗放；線路巡視檢測、評估診斷和輔助決策的技術(shù)手段還不夠完善；對線路運(yùn)行狀態(tài)、局部微氣象和走廊環(huán)境監(jiān)測不足，500 kV主網(wǎng)仍需要不斷完善。因此，推進(jìn)河北南網(wǎng)輸電環(huán)節(jié)智能化建設(shè)，積極應(yīng)對未來電網(wǎng)發(fā)展所面臨的新形勢，是適應(yīng)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、清潔、安全的現(xiàn)代能源供應(yīng)體系的客觀需求。

1 輸電環(huán)節(jié)智能化建設(shè)的目標(biāo)及規(guī)劃

1.1 建設(shè)目標(biāo)

河北南網(wǎng)輸電環(huán)節(jié)智能化建設(shè)，應(yīng)按照線路運(yùn)行維護(hù)的實(shí)際需要，并結(jié)合已開展的相關(guān)工作，體現(xiàn)技術(shù)前瞻性，注重?cái)U(kuò)展性和可操作性，堅(jiān)持功能明確、重點(diǎn)突出、試點(diǎn)先行的原則，實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：綜合運(yùn)用輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)和數(shù)字化地理信息系統(tǒng)(GIS)，建成輸電線路運(yùn)行、監(jiān)測、檢修及管理一體化平臺，實(shí)現(xiàn)對線路輸送功率的實(shí)時(shí)監(jiān)測、預(yù)測和對輸電環(huán)節(jié)的集約化管理。采用靜止無功補(bǔ)償器(SVC)等柔性輸電技術(shù)提高線路輸送能力，提高電網(wǎng)運(yùn)行的靈活性、快速性，降低網(wǎng)損，實(shí)現(xiàn)更可靠、更安全、更節(jié)能、更經(jīng)濟(jì)的電力輸送。

1.2 建設(shè)規(guī)劃

按照國家電網(wǎng)公司建設(shè)統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的總體安排，河北南網(wǎng)輸電環(huán)節(jié)智能化建設(shè)將在“十二五”全面展開，并在“十三五”進(jìn)一步引領(lǐng)提升。

第一階段(2009-2010年)，試點(diǎn)應(yīng)用輸電線路狀態(tài)監(jiān)測裝置，制定狀態(tài)監(jiān)測裝置的安裝原則，建設(shè)示范工程；實(shí)現(xiàn)各類狀態(tài)監(jiān)測裝置與數(shù)字化GIS的對接；開展石門220 kV變電站SVC安裝試點(diǎn)工作。

第二階段(2011-2015年)，在河北南網(wǎng)主網(wǎng)架上安裝狀態(tài)監(jiān)測裝置；構(gòu)建基于三維GIS的數(shù)字化輸電線路運(yùn)行管理、狀態(tài)檢修平臺，并與狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)部分業(yè)務(wù)板塊一體化集成；推廣應(yīng)用SVC技術(shù)，解決滄州臨港工業(yè)區(qū)鋼鐵負(fù)荷集中區(qū)域的渤海變電站、保定淶源風(fēng)電集中接入的白石山變電站的電壓波動問題，以及邢臺特高壓變電站投產(chǎn)初期，特高壓電網(wǎng)薄弱對河北南網(wǎng)500 kV網(wǎng)絡(luò)電壓的不利影響。

第三階段(2016-2020年)，建立全面的狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)，建成輸電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中心；使基于三維GIS的輸電運(yùn)行管理、狀態(tài)檢修平臺，實(shí)現(xiàn)全數(shù)字、全網(wǎng)絡(luò)、高清晰、精細(xì)模型的多維數(shù)字集約化管理，為輸電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中心的建設(shè)服務(wù)；全面應(yīng)用SVC和靜止無功發(fā)生器(SVG)，并試點(diǎn)應(yīng)用故障電流限制器(FCL)。

2 輸電環(huán)節(jié)智能化建設(shè)的主要技術(shù)支撐方式

2.1 輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)通過收集和分析安裝在輸電線路鐵塔、導(dǎo)地線和絕緣子等設(shè)備上狀態(tài)監(jiān)測裝置的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對輸電線路設(shè)備狀態(tài)參數(shù)、氣象條件和通道環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測。該系統(tǒng)對提高線路的安全運(yùn)行水平，改善系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，構(gòu)建堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)意義重大。

目前，河北南網(wǎng)輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用處于試點(diǎn)階段，僅在河北超高壓輸變電分公司所屬500 kV潞辛Ⅰ線N236塔，500 kV潞辛Ⅱ線N214塔、N215塔裝設(shè)了3套桿塔傾斜狀態(tài)監(jiān)測裝置。由于狀態(tài)監(jiān)測裝置應(yīng)用較少，缺乏相關(guān)的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，其選擇和布點(diǎn)安裝原則還有待進(jìn)一步的研究。

在河北南網(wǎng)輸電環(huán)節(jié)智能化建設(shè)中，一是，增加輸電線路監(jiān)測參數(shù)種類，完善現(xiàn)有監(jiān)測技術(shù)，提高運(yùn)行中狀態(tài)監(jiān)測設(shè)備長期運(yùn)行的可靠性，改進(jìn)數(shù)據(jù)通信方式，統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口，為線路生產(chǎn)管理及運(yùn)行維護(hù)提供種類齊全、格式統(tǒng)一的共享數(shù)據(jù)；二是，通過先進(jìn)的狀態(tài)監(jiān)測，以及診斷手段、可靠性評價(jià)手段、壽命預(yù)測手段判斷設(shè)備的狀態(tài)，識別故障的早期征兆，對故障部位及故障程度、發(fā)展趨勢做出判斷，并提出安全預(yù)警，主動實(shí)施維修；三是，建立輸電線路狀態(tài)監(jiān)測中心，將全網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)集中分析，統(tǒng)一管理，與生產(chǎn)MIS緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)信息的全網(wǎng)共享，最終建立具有自檢測、自評估、自診斷的智能輸電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)體系。

2.2 數(shù)字化GIS

GIS應(yīng)用于智能電網(wǎng)建設(shè)，可以滿足電網(wǎng)統(tǒng)一資產(chǎn)管理，生產(chǎn)、營銷等業(yè)務(wù)系統(tǒng)整合的需求，具有對電網(wǎng)、設(shè)備及其屬性的直觀顯示、快速查詢、有效統(tǒng)計(jì)等功能，進(jìn)行實(shí)時(shí)信息連接功能，能準(zhǔn)確地進(jìn)行用電負(fù)荷定位、線路查詢及為維修該線路提供合理方案等，能很好地滿足電力供應(yīng)的需求及供電網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)行的需要。GIS是智能電網(wǎng)的重要組成部分和基礎(chǔ)信息平臺，可以結(jié)合其他信息系統(tǒng)，共同構(gòu)筑智能電網(wǎng)的信息支撐系統(tǒng)，為打造堅(jiān)強(qiáng)的智能電網(wǎng)奠定信息化的基礎(chǔ)。

目前，河北南網(wǎng)已初步建成了輸電線路GIS。該系統(tǒng)已完成河北南網(wǎng)35 kV及以上電壓等級輸電網(wǎng)的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)了圖形化管理，為電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理提供各種輔助性工具和實(shí)用的規(guī)劃設(shè)計(jì)專業(yè)功能，可以直觀查詢、動態(tài)瀏覽電網(wǎng)建設(shè)成果，指導(dǎo)電力設(shè)計(jì)、規(guī)劃和管理。但該系統(tǒng)在輸電網(wǎng)的應(yīng)用仍局限于規(guī)劃設(shè)計(jì)等局部范圍，多維可視化程度低，利用GIS系統(tǒng)整合信息資源，深度分析業(yè)務(wù)及空間數(shù)據(jù)的功能還有待進(jìn)一步開發(fā)。

河北南網(wǎng)在數(shù)字化GIS建設(shè)中，主要側(cè)重于以下技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用：一是，輸電線路設(shè)備、通道環(huán)境和地理信息的3D建模技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和三維GIS技術(shù)，進(jìn)行直觀的三維可視化展現(xiàn)；二是，建立基于三維GIS的數(shù)字化輸電線路運(yùn)行管理平臺，實(shí)現(xiàn)線路設(shè)備管理、運(yùn)行管理、檢修管理、應(yīng)急管理和仿真培訓(xùn)等功能；三是，建立數(shù)字化和智能化的輸電線路運(yùn)行管理中心，實(shí)現(xiàn)基于三維GIS的輸電線路運(yùn)行、維護(hù)、檢修，以及數(shù)字化的輸電線路設(shè)備管理；四是，建成3D模型的智能化輸電線路全景展示平臺，為調(diào)度和運(yùn)行人員掌控輸電線路運(yùn)行狀況提供形象直觀的觀察分析手段。

2.3 SVC等柔性輸電裝置

采用先進(jìn)、成熟的SVC等柔性輸電裝置，將提高線路的輸送能力，電網(wǎng)電壓、潮流的控制能力將更加靈活。SVC使用晶閘管來快速調(diào)整并聯(lián)電抗器的容量及投切電容器組，通過動態(tài)無功功率調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)無功功率的就地平衡，避免遠(yuǎn)距離輸送無功功率，從而提高系統(tǒng)有功功率輸送容量，有效降低網(wǎng)損，并可在故障發(fā)生時(shí)起到維持電壓水平，消除電壓閃變、平息系統(tǒng)振蕩等作用，從而提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

河北南網(wǎng)系統(tǒng)無功功率補(bǔ)償絕大部分采用固定容量的電容器組和電抗器，不能靈活快速補(bǔ)償系統(tǒng)的無功損耗或充電功率，特別是在負(fù)荷變化較大(如鋼鐵、電鐵負(fù)荷)的區(qū)域，存在電壓波動大、電能質(zhì)量差等問題。同時(shí)，隨著河北南網(wǎng)電源容量和負(fù)荷密度的增加，特別是特高壓變電站投運(yùn)后，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加堅(jiān)強(qiáng)，短路電流增加較大，越來越難以控制，特別是位于樞紐地位的廉州、彭村、石北500 kV變電站，其500 kV側(cè)短路電流水平接近63 kA，220 kV側(cè)在采取加裝中性點(diǎn)小電抗、分段運(yùn)行的措施后仍接近50 kA，臨近或超過設(shè)備短路水平，抗短路能力有待提高。

目前，河北南網(wǎng)正在試點(diǎn)應(yīng)用SVC，已在滄州劉屯220 kV變電站投運(yùn)，該套設(shè)備安裝在10 kV母線上，采用固定容量的補(bǔ)償電容器以及10 MVar的動態(tài)感性補(bǔ)償電抗器。在河北南網(wǎng)輸電環(huán)節(jié)智能化建設(shè)中，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)SVC的試點(diǎn)推廣工作，并在500 kV樞紐變電站試點(diǎn)應(yīng)用FCL技術(shù)。

3 結(jié)束語

輸電線路智能化涉及領(lǐng)域較廣，許多技術(shù)尚未成熟，許多問題有待進(jìn)一步研究，但隨著輸電線路狀態(tài)監(jiān)測、GIS和SVC等新技術(shù)的應(yīng)用，輸電環(huán)節(jié)智能化建設(shè)將不斷推進(jìn)，會大大提高輸電線路檢修的工作效率和運(yùn)行管理水平，并使輸電網(wǎng)成為堅(jiān)強(qiáng)可靠、經(jīng)濟(jì)高效、清潔環(huán)保、透明開放、友好互動的新型電網(wǎng)，使電力工業(yè)在服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中發(fā)揮更加重要的作用。

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