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摘要：随着我国经济的不断发展，高压电力电缆已经处于高负荷运转状态。本文拟对高压电力电缆动态增容问题进行研究，以期为提高电力输送技术提供有价值的参考。
关键词：高压电力电缆；动态增容；分析计算
近年来，随着我国经济规模的持续增长，各行各业对于电力的需求与日俱增，使得电力输送的压力越来越大。目前，负荷密集区的高压电力电缆的运行已经面临着电力输出的瓶颈阶段，现有高压电力电缆经常处于满负荷甚至超负荷运行状态，对于电力系统和电力设备造成了极大的负担，大大提高了电缆线路的维修保养成本，缩短了供电设施的使用寿命。在现有的技术条件及外界环境下，探索对高压电力电缆进行动态增容分析，挖掘电力电缆的潜在能力，有利于提升电缆的输电能力，使电力输送压力得到一定范围缓解，对我国供电行业的改进与发展有着十分重要的意义。
一、电力电缆增容的可行性及其会产生的问题
在我国部分地区，电网的架构设计，是结合建设电网所在时期的地区经济发展水平及电力需求实际来决定导体的截面积，在建设初期基本能够满足地方负荷需求的实际情况。然而，随着经济的持续不断发展，特别是一些地方经济发展迅猛，工业、服务业等各行各业的用电量快速增长，使得高压电力电缆的实际增涨负荷，远远超过了电网规划时所预测的负荷，给已建成的电力电缆造成了极大的负担。有的地区电缆在用电高锋时，甚至已经无法承担实际所需的供电量，致使电缆处于过载运行状态，电力供应难以得到有效的保障，甚至个别地区不得不采取限电的方式来缓和工业与生活用电的压力。
针对原有电缆线路难以随所需电量负荷的现状，电网公司一般采取增加线路回数等措施，对原有线路所承担的负荷压力进行分割承担，从而减轻电缆主线路的供电压力，起到了非常好的成效。然而，该方法需要重新兴建电力设施，不仅要投入大量的资金、人力和物力，而且建设周期少则一两年，长期五六年，不能快速及时地解决现有的供电难题。同时，建设费用和规划走廊受到经济和空间的影响，数目十分有限，随着经济的进一步增长和用电量的继续增加，用电压力仍然会出现，使得电力需求与电网输送能力之间的矛盾日益突出，亟需采取有效方法予以解决。
动态增容技术就是在这样的情况下，所提出来的应对供电压力的技术手段。动态增容指的是在电缆线路上，通过设置在线监测装备，对电缆敷设环境温度、导体温度等电缆状态，以及湿度、光照、风速等外部气象条件进行监测，在遵循现行规程规范情况下，即电缆导体最高温度不得超过90℃的条件下，以合理的数学模型为基础，对电缆所能允许的最大载流量进行精确计算。在目前明确的技术规程范围内，导线的载流量可以增加10%至20%。
高压电力电缆实现动态增容主要过程如下：在电缆终端头、中间头及线路中间安装的温度监测仪，能够对电缆导体温度、敷设环境温度进行测量，同时将所测得的温度数据发送至线路监测设备；温度监测仪附近的气象环境监测装置实时采集环境温度、光辐射、风速等数据，发送给线路监测设备；而线路监测设备可以将所接收到的线路及气象数据进行分析，处理后，将数据传送到后台主站；后台主站接收到数据后，结合线路所负荷情况，整合一天中负荷曲线数据及负荷预测数据，通过已建立的计算模型进行及时计算，从而算出该高压电缆所能承受的最大载流量，进而得到线路能够传输的最大容量，通过调度部门开关控制进行线路动态增容工作。然而，动态增容并不是一件容易操作的事，通过对导线载流量所涉及的边界条件进行分析，发现导体温度对动态增容具有较大影响。由于边界条件的差异，不同地区的环境条件造成高压电缆载流量的情况等也各不相同。
二、电力电缆增容问题的解决办法
动态增容的前提条件是测量出影响导线载流量的因素，从而分析判断出电力电缆载流量可增加的数值。针对动态增容计算的影响因素，选取适用于本区域的计算边界条件是极其重要的工作。
首先，要适当考虑到电力电缆的实际情况。不同的高压电缆导体，受到导体的新旧程度、外介环境因素、运行条件、材质等诸多因素的影响，影响电缆导体载流量的主要因素为温度。
电缆导体电流升高是瞬时过程，根据传热学理论，电流的变化引起导体吸、散热的不平衡，导体温度升高。导体在未达到终极温度前，其吸收功率大于耗散功率，剩余功率用于导体温升。到终极温度时，其耗散功率已经很接近吸收功率，可供升温的剩余功率很少，升温变得越来越慢，称为稳态。理论上到达终极温度的时间无限长，实际中，设定一个终极温度上限即稳态温度，可认为升温终止，在整个升温过程中，从初始温度达到稳态温度需要的时间即称为温升时间。根据电缆的表皮温度、环境温度、所施加的电流值以及电缆的物性参数，就可以得到该电流值下电缆导体的温升时间。
电缆在升温过程中，只要电缆在新的负荷状态下，运行时间小于温升时间，则电缆就未达到稳态温度。也即若因供电需求，电缆从正常负荷突变到满负荷运行时，只要在满负荷状态下，电缆运行时间未达到电缆导体的温升时间，那么电缆导体的温度就不会达到电缆导体满负荷时对应的额定工作温度90°Ｃ，增大电缆电流也就有了操作空间。
三、动态增容的计算过程
对于高压电力电缆动态增容的计算，考虑到上述诸多的影响因素，必须先对相关数值进行固定，才能进行实际的计算，即使如温度等时刻处于变化状态的数值，也应根据现场情况给出一定的数值范围，避免因数值的不断变化使得测量与计算过程无法正常进行。
首先我们假定高压电力电缆的导线材料已经确定，导线的几何截面数值也固定不变，并且外界的环境如日照、温度等维持恒定状态。可以对动态增容进行最为简单的计算，即：
Qc+Qr=Qs+I2R（Tc）
公式中的Qc表示单位长度导体的对流散热值，Qr表示单位长度导线辐射散热值，Qs表示单位长度导线日照吸热值，I为高压电力电缆输电导线的电流数值，而R指的是单位长度导线交流电阻。
通过上述公式，针对相对稳定状态下的高压电缆，对其载流量应按照以下公式进行计算：
I2=（Qc+Qr-Qs）/R（Tc）
如果更加精确计算，则需要考虑到高压电力电缆导线的固有属性，包括质量m及热容系数c，并通过以下公式进行进一步计算：
DT/dt=[I2R（Tc）+Qs-Qc-Qr]/mc
经过上述测算，基本可以测算出高压电力电缆在外界条件平衡的条件下所具有的最大载流量，从而为进一步挖掘电缆导线的供电潜能、进行动态增容奠定基础。
四、结束语
高压电力电缆的动态增容，可以有效地防止电缆导线的超负荷运行，减少对高压电缆及相应电力设备的损坏，有助于调度人员及时掌握电力的运行情况，通过及时有效的电力调度工作来提升电网的总体运营效率，使供电网络得到更大限度地利用。特别是当部分线路出现异常情况时，可以借助动态增容的方式进行短时间增容，使其他线路能够分担故障线路的供电压力，使其得到抢修和调整的宝贵时间，避免因维修线路造成电力过载并导致限电等情况发生，使供电活动保持平稳进行。同时，动态增容技术还有助于供电公司及时发现影响供电效率和容量的外界问题，对于因外界温度、运行情况等情况变化造成电缆导线载流量下降的情况，及时赴现场进行核查并解决问题，使供电能够保持畅通和高效。
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