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動態(tài)增容技術(shù)（DTLR）作為一種有效提高輸電線路容量的方式有了快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。DTLR的顯著特征是輸電線路在保證安全運行條件下可即時動態(tài)調(diào)整輸送容量。實現(xiàn)線路動態(tài)增容的關(guān)鍵是能夠?qū)?dǎo)線所處的環(huán)境和其本體狀態(tài)進行實時監(jiān)測，對導(dǎo)線的運行狀態(tài)進行精確評估和預(yù)測。DTLR系統(tǒng)一般由三部分構(gòu)成，分別為環(huán)境及導(dǎo)線狀態(tài)的監(jiān)測裝置、數(shù)據(jù)通信傳輸及接收裝置、數(shù)據(jù)分析及容量評估系統(tǒng)。根據(jù)監(jiān)測對象，DTLR可分為間接法和直接法兩種。

DTLR的間接方法是測量或預(yù)測氣象數(shù)據(jù)，主要包括環(huán)境溫度、風(fēng)速、風(fēng)向、日照和降雨等，將氣象變量作為載流量計算的條件，對導(dǎo)線輸送容量進行限額計算。在實際應(yīng)用中，通常是沿著線路或在關(guān)鍵位置安裝微型氣象站來獲取氣象數(shù)據(jù)。除采用實時監(jiān)測的氣象參數(shù)計算導(dǎo)線載流量外，還可使用大量數(shù)據(jù)建立氣象數(shù)值預(yù)報模型，預(yù)測線路走廊的環(huán)境參數(shù)變化。國內(nèi)外已有眾多學(xué)者基于氣象歷史數(shù)據(jù)及氣象預(yù)測提出了導(dǎo)線的動態(tài)增容模型。

DTLR的直接方法是通過對導(dǎo)線本體狀態(tài)參數(shù)進行監(jiān)測來實現(xiàn)的。導(dǎo)線運行狀態(tài)參數(shù)主要包括導(dǎo)線溫度、弧垂、離地間隙和應(yīng)力等。在實際應(yīng)用中，直接法一般也需要實時環(huán)境狀態(tài)參數(shù)，但在建立增容計算模型時需要采用導(dǎo)線本體狀態(tài)數(shù)據(jù)。相比于間接法，直接法更直觀地呈現(xiàn)了導(dǎo)線的運行狀態(tài)，其增容評估系統(tǒng)主要基于導(dǎo)線測量狀態(tài)而非理論計算值。下面分別簡單介紹基于直接法的增容技術(shù)及其研究和應(yīng)用現(xiàn)狀。

① 基于導(dǎo)線溫度測量的增容技術(shù)

從導(dǎo)線容量理論模型可知，導(dǎo)線的載流量與導(dǎo)線的最高允許運行溫度直接相關(guān)，基于載流量與溫度之間的關(guān)系即可計算出 給定溫度條件下的導(dǎo)線容量。在線路運行時，已知導(dǎo)線即時溫度及線路電流，可推算出給定允許溫度下的導(dǎo)線額定容量?；趯?dǎo)線溫度測量是一種較為便捷的增容技術(shù)。

架空導(dǎo)線溫度在線測量有多種方式。傳統(tǒng)方式為點式接觸法測量溫度，由于該方法僅可代表線路上的某一具體位置溫度，在實際應(yīng)用中一般是在線路的關(guān)鍵位置布置多個測量溫度點。采用紅外熱成像技術(shù)對整條線路進行非接觸式掃描測量溫度，該種方式易受到天氣的影響，測量溫度精度相對較低。

近年來，分布式光纖測量溫度及光纖光柵測量溫度傳感技術(shù)在架空線路中也有了一定的應(yīng)用，其原理是基于光纖中背向反射光的強度及光纖光柵中波長變化與溫度之間的關(guān)系計算線路中光纖敷設(shè)位置的溫度，該方式的顯著優(yōu)點是無需對測量裝置提供外部電源。在上述測量方式中，目前應(yīng)用廣泛且成熟度較高的方式仍然是傳統(tǒng)點式溫度傳感器或接觸式測量溫度。

②基于弧垂或離地間隙測量的增容技術(shù)

導(dǎo)線運行時的熱膨脹效應(yīng)會導(dǎo)致導(dǎo)線離地或建筑物之間的距離變小，從而影響線路的安全運行。架空導(dǎo)線離地面或建筑物的高度是輸電線路設(shè)計及運行人員所需考慮的安全問題。在GB 50545—2010《110~750kV架空輸電線路設(shè)計規(guī)范》中，對導(dǎo)線弧垂的計算原則以及不同電壓等級、不同環(huán)境條件下導(dǎo)線對地面的最小距離進行了詳細的規(guī)定。

架空導(dǎo)線弧垂測量的傳統(tǒng)方法為采用經(jīng)緯儀進行弧垂測量，這一方法常用于線路敷設(shè)及緊線操作中，其原理示意圖見圖1。

圖1 經(jīng)緯儀測量示意圖

通過經(jīng)緯儀測量α角和β角，再結(jié)合懸掛點的已知高度即可計算導(dǎo)線弧垂（f）。該方法獲取的導(dǎo)線弧垂具有較高的精度，但需要在現(xiàn)場布置設(shè)備和人力。因此，在復(fù)雜地形條件下很難采用該方法對導(dǎo)線弧垂進行實時測量。

近年來，采用激光測距方法對導(dǎo)線弧垂的測量有了一定的應(yīng)用。該方法的特點是安裝簡單，但需要事先確定線路安裝點，并建立對應(yīng)地面水平面。隨著巡線機器人及無人機技術(shù)的發(fā)展，基于圖像識別的智能監(jiān)測技術(shù)在輸電導(dǎo)線的弧垂測量方面也有了初步應(yīng)用。通過機器人或無人機攜帶相機拍攝導(dǎo)線圖像，再通過圖像處理技術(shù)對線路進行重建，最終實現(xiàn)導(dǎo)線弧垂參數(shù)的計算。另外，隨著雷達探測及通信技術(shù)的快速發(fā)展，采用激光雷達和調(diào)頻連續(xù)波雷達通過對輸電線路的掃描，利用點云數(shù)據(jù)重建線路的三維空間模型，并實時計算導(dǎo)線的弧垂，也具有很高的精度。

③基于應(yīng)力測量的增容技術(shù)

導(dǎo)線的受力狀態(tài)直接決定其安全運行。對于運行的線路，導(dǎo)線的應(yīng)力與溫度及弧垂直接相關(guān)。通過實時監(jiān)測導(dǎo)線的應(yīng)力可以推算出導(dǎo)線的溫度和弧垂參數(shù)，以保證導(dǎo)線處于溫度及弧垂安全規(guī)程限制條件內(nèi)。導(dǎo)線應(yīng)力的測量主要采用應(yīng)力傳感器，主要包括應(yīng)變片式傳感器和光纖傳感器。美國Nexans公司開發(fā)的CAT-I輸電線路監(jiān)測系統(tǒng)通過測量線路的應(yīng)力及環(huán)境溫度等參數(shù)，對線路的可用容量進行實時估算，可在保證安全的條件下實現(xiàn)線路增容 10%～30%。

由于應(yīng)力傳感器裝置須經(jīng)過導(dǎo)線端部與鐵塔連接，在線路實際運行中，考慮到安全原因，國內(nèi)很少對導(dǎo)線的應(yīng)力狀態(tài)參數(shù)進行直接監(jiān)測。目前，我國輸電線路中的應(yīng)力監(jiān)測主要應(yīng)用于導(dǎo)線覆冰狀態(tài)的測量。

輸電導(dǎo)線增容技術(shù)研究及應(yīng)用已有20多年的歷史，經(jīng)歷了從靜態(tài)增容到動態(tài)增容，從單變量到多變量相互校驗的發(fā)展歷程。

2005年，我國華東電力試驗研究院對迎峰度夏期間的環(huán)境溫度、風(fēng)速和日照強度進行了連續(xù)監(jiān)測，依據(jù)實際環(huán)境參數(shù)核算輸送容量，提出了限額條件下的安全時間和限定時間內(nèi)的安全限額兩種動態(tài)增容方法。2006年，重慶電力公司在220kV線路上安裝了導(dǎo)線測溫系統(tǒng)，驗證了導(dǎo)線溫度上升在過渡時間內(nèi)線路的實際載流能力。廣東電網(wǎng)公司基于當(dāng)?shù)剡\行線路氣象數(shù)據(jù)及實測弧垂數(shù)據(jù)，由增容系統(tǒng)進行驗算，確認特定線路可多輸送30%～50%的檢修及應(yīng)急負荷，實現(xiàn)了線路安全增容運行。

另外，隨著新能源的快速發(fā)展，DTLR在風(fēng)電場送出線路中有著廣泛的應(yīng)用。利用風(fēng)速、輸電線路最大載流量和風(fēng)機發(fā)電容量之間的關(guān)系建立的增容技術(shù)，實現(xiàn)了風(fēng)機總功率和導(dǎo)線最大容量的動態(tài)匹配；特別是，可再結(jié)合風(fēng)電場儲能系統(tǒng)的容量和功率，實現(xiàn)了風(fēng)電場的經(jīng)濟運行和清潔能源的消納。目前，我國已在該領(lǐng)域進行了示范性項目的建設(shè)。英國在風(fēng)電場新能源送出中，使增容系統(tǒng)成為電網(wǎng)控制系統(tǒng)的一個組成部分，在電網(wǎng)安全運行的條件下，將線路輸送容量提高20%。

總的來看，世界各國在輸電線路的增容技術(shù)方面均已經(jīng)開展了大量的研究工作，但我國在新能源領(lǐng)域中增容技術(shù)的應(yīng)用相對于歐美國家較為滯后。從當(dāng)前國內(nèi)外應(yīng)用的現(xiàn)狀來看，增容技術(shù)無論是采用間接方法還是直接方法，均存在許多問題。

除監(jiān)測環(huán)境參數(shù)的設(shè)備可直接固定在鐵塔上外，其他輸電線路在線監(jiān)測設(shè)備均需要與導(dǎo)線本體相連。溫度、弧垂和應(yīng)力測量設(shè)備自身的精度直接決定了增容系統(tǒng)的精度及可靠性。雖然在GB/T 35697—2017《架空輸電線路在線監(jiān)測裝置通用技術(shù)規(guī)范》中，關(guān)于溫度及弧垂等在線測量設(shè)備的精度均有相應(yīng)的規(guī)定，但在實際線路中，這些測量設(shè)備受其自身精度及安裝位置的限制，并不能準確反映導(dǎo)線實際運行的狀態(tài)，因此，易造成測量的偏差。

當(dāng)前，大多數(shù)在線監(jiān)測裝置均需要提供外部電源。若采用蓄電池方式，則需要考慮電池更換的周期和便捷性。近年來，隨著在線取電技術(shù)的發(fā)展，測量裝置的自身質(zhì)量也在提高，還可能會產(chǎn)生其他安全問題。

輸電線路的增容技術(shù)除依賴測量設(shè)備外，還需要可靠的增容模型。目前，在溫升、弧垂及應(yīng)力與導(dǎo)線容量關(guān)系方面已有許多理論研究，但這些經(jīng)典公式中很多參數(shù)的取值與導(dǎo)線本體、地理位置及環(huán)境有關(guān)。為了獲得準確的參數(shù)，需要進行大量的試驗驗證工作；為了提高預(yù)測精度，也需要更為復(fù)雜精細的算法工具。

在實際應(yīng)用中，除需要采用導(dǎo)線監(jiān)測裝置的實時測量數(shù)據(jù)驗證增容模型外，還需要對未來時間段內(nèi)自然界溫度、風(fēng)速、風(fēng)向、日照和濕度等外部環(huán)境參數(shù)進行預(yù)測。增容模型系統(tǒng)涉及大量數(shù)據(jù)的采集、識別、通信及存儲等，而數(shù)據(jù)的即時處理對計算機硬件配置及軟件功能提出了更高的要求，只有在滿足這些條件后，才能保證增容系統(tǒng)的可靠性要求。

增容技術(shù)在實際應(yīng)用中需要考慮系統(tǒng)安全性問題。當(dāng)線路容量增加時，導(dǎo)線運行溫度升高，其連接終端甚至變壓器等線路關(guān)鍵器件的溫度也會升高。因此，需要考慮整個線路系統(tǒng)中所有器件可承受的耐溫能力，這也是當(dāng)前輸電部門對增容技術(shù)應(yīng)用持保守觀點的原因之一。

對于既有線路的增容技術(shù)應(yīng)用，需要增加監(jiān)測裝置、通信和終端數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，而保持系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行又需要投入大量人力和物力。因此，增容系統(tǒng)的成本與其為線路增加輸送容量所獲得經(jīng)濟效益的平衡也是電力企業(yè)關(guān)注的問題。

隨著架空導(dǎo)線材料性能的提高和監(jiān)測，以及通信技術(shù)水平的進步，近年來，輸電線路增容技術(shù)有了快速發(fā)展。如何充分挖掘現(xiàn)有線路的輸送能力和通過線路改建提高線路容量，已成為當(dāng)前輸電領(lǐng)域的熱點問題。

從線路容量理論模型可以看出，導(dǎo)線的允許運行溫度越高，其輸送容量越大?？紤]到線路整體的安全及壽命，電力運行部門對于提高導(dǎo)線允許運行溫度往往是謹慎的。提高既有線路的導(dǎo)線允許運行溫度需要對導(dǎo)線材料及連接金具的耐熱性能進行全面評估，以保證線路在增容時的安全性。

對于傳統(tǒng)的鋼芯鋁絞線，雖然不同國家對其允許最高運行溫度有所差異，但均不大于100℃。近年來，具有耐高溫、低弧垂特種性能的架空導(dǎo)線（包括殷鋼芯耐熱鋁合金絞線、間隙型特強鋼芯耐熱鋁合金絞線和鋁基陶瓷纖維芯耐熱鋁合金絞線等）在一些特定場合中有了一定的應(yīng)用，這些導(dǎo)線的允許運行溫度大于100℃，甚至可以達到200℃。采用這些導(dǎo)線直接替換原線路中的鋼芯鋁絞線，當(dāng)提高導(dǎo)線允許運行溫度時，其輸送容量可大幅度提高。

應(yīng)用各種設(shè)備對線路所處的環(huán)境及導(dǎo)線狀態(tài)進行實時監(jiān)測，并在遵循現(xiàn)有規(guī)程及保證線路運行安全的條件下，采用增容模型提高既有線路的輸送容量，已成為當(dāng)前電力領(lǐng)域一種重要的增容手段。采用DTLR可以評估線路短時過載能力，為線路超原負荷運行提供決策。特別是在風(fēng)力場輸電線路中，結(jié)合風(fēng)速變化、導(dǎo)線運行狀態(tài)和儲能系統(tǒng)，采用DTLR可以大幅度地提高線路的輸送容量。