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智能电网输电线路在线监测技术较新进展(一)

作者:admin 发布日期:2017/12/6 关注次数: 二维码分享

2009年国家提出进行智能电网建设,极大地促进了在线监测技术的大发展。2010年初,国家智能电网建设规划报告中提出加大对输电线路状态监测装置及其系统的研发,全面建成国家电网公司和各网省公司的输变电设备状态监测中心系统,实现对特高压线路、跨区电网、线路大跨越、灾害多发区线路的环境参数和运行状态参数的实时监测,开展输电线路运行状态评估,及时给出预警信息和状态检修策略。目前,输电线路在线监测技术监测对象涵盖了线路运行的主要方面,包括:1)导线、绝缘子、避雷器、杆塔等设备自身故障;2)自然灾害对输电线路造成的破坏;3)人为因素对输电线路的破坏等。

1 技术发展

国外美国、加拿大、日本等发达国家较早开展输电线路在线监测技术研究,并进行了大量的试验和理论研究,取得了丰硕的成果,如澳大利亚红相公司开发的绝缘子泄漏电流在线监测系统等。国内输电线路在线监测技术起步较晚,自1990年开始,大体可以分为三个阶段:

第一阶段(1990~2000年),国内清华大学、西安交通大学、中国电科院、武高所等科研单位陆续开展在线监测技术方面的理论研究工作,进行了绝缘子泄漏电流在线监测技术的探索与研究。但此阶段由于对在线监测的作用认识不足,且受制于电源技术、通信技术和传感器技术等,输电线路在线监测技术多处于实验研究阶段,尚没有大范围应用的商业化产品。

第二阶段(2001~2009年),随着国家输电线路运行维护的需求以及通讯技术、传感器技术的快速发展,国内科研院所和专业厂家陆续开发了部分在线监测产品。如武高所和中国电科院等单位研发了雷击定位系统;西安金源、西安同步、珠海泰坦等公司陆续开发了输电线路覆冰、导线舞动、线路防盗、图像监控、导线测温等在线监测装置,并逐步在电力系统推广应用,取得了较理想的应用效果。2008年,南方电网冰灾事故使人们越发认识到了在线监测技术在线路状态检修中的巨大作用,此后,澳门太阳集团2007登录网址-[老品牌值得信赖]成立了专门的线路覆冰研究中心,并积极推广应用覆冰监测与融冰装置。2011年贵州电网再次发生大面积覆冰事件,基于上述装置实施300余次线路融冰避免了线路倒塔等事故,保证了贵州电网的正常运行。在这十年里,在线监测技术发展迅速,但在实际运行中也存在一些问题,如厂家之间缺乏交流、系统架构不规范、装置接入不统一、相关标准不健全、装置运行不稳定、孤岛运行等问题。

第三阶段(2010~至今),2010年国家智能电网建设全面实施,依据线路运行实现“状态化、标准化和安全化”的总体要求,国家电网公司积极致力于建立并不断完善状态监测标准体系,颁布了《输电线路在线监测装置通用技术规范》等14项标准,并委托中国电科院建设了输变电设备状态监测装置入网检测实验室。同年8月,国家电网公司基于生产管理信息系统(PMS)完成了输变电设备状态监测主站程序开发,实现输变电设备状态监测信息汇总、展示、统计分析等功能,为状态检修辅助决策提供监测数据。从2011年10月开始,国家电网公司启动了状态监测系统与空间信息服务平台(GIS)、电网视频统一平台、安全接入平台等的集成工作。

截至2012年10月,27家省公司和国网运行分公司已完成主站系统部署工作,其中陕西公司等17家单位已切换至正式服务器,初步具备开展监测数据分析、设备状态预警的条件,已在电网迎峰度夏和应急抢险中逐步发挥作用。目前,各在线监测生产厂家依据行业标准,不断加大研发力度,努力提高产品质量,在线监测技术得到了快速发展。

2 技术架构

智能输电线路在线监测系统架构设计如图1,其主要分为网省侧PMS、状态信息接入网关机(CAG)、输电线路状态监测代理(CMA)、状态监测装置(CMD)和通信网络等。CMD种类包括:微气象监测、绝缘子污秽监测、避雷器监测、导线温度监测、图像监测(不包括视频)、覆冰监测、舞动监测、微风振动监测、风偏监测、杆塔防盗监测、杆塔倾斜监测和导线弧垂监测等;CMA通过I1协议接收CMD发送的采集数据,进行数据分析和加密并通过I2协议发送至网省侧状态信息接入网关机(CAG)。CAG重点发展各种集约、高效、智能的信息汇总、信息标准化和信息安全接入技术,CAG以标准方式远程连接CMA,接收并校验各类在线监测信息,并可以对CMA进行远程控制。国网监控中心通过工程生产管理系统(PMS)对接入的各类在线监测信息,集中存储,分析和处理。对比传统输电线路在线监测技术,智能电网输电线路在线监测技术为解决不同在线监测装置之间缺乏统一的标准、规范和数据安全等问题,增加了输电线路CMA,其将输电线路相应监测装置的采集数据汇总后,统一发送至CAG;对前期已经运行的传统在线监测装置,通过增加前置子系统实现协议转换,将非标准装置以标准协议接入CMA。


输电线路在线监测系统设计



这里需要注意的是:输电线路视频监控系统结构与图1中的数据类监测系统不一样,其系统架构见图2。前端视频设备通过3G网络,走VPN通道将数据发送到安全隔离平台,在安全隔离平台上以端口映射方式,进入统一视频监控后台的内网,以实现内外网的物理隔离。安全隔离平台通过采用端口映射方式来保证前端视频装置及视频后台通讯的畅通。或者前端设备通过OPGW网络直接接入统一视频监控平台。尽管国网标准已经定义了标准的数据接入方案,但在视频接入工程中发现各个省公司的统一视频后台搭建并不一致,由此引起视频接入方案存在多种形式。


输电线路在线监测系统



传统输电线路在线监测技术在抵御灾害、保障电网安全运行方面发挥了积极的作用,但也存在一定的问题,比如,由于不同的在线监测装置缺乏统一的标准和规范,造成各个生产厂家的设备不能互联、互通,无法将输电线路上的不同厂家、不同种类监测设备接入到统一的在线监测中心,无法满足智能电网集中监视、分析诊断和评估预测的要求。智能电网输电线路在线监测系统的特点和优势在于:

(1) 标准化:通过增加CMA实现线路各类在线监测装置的标准化接入;

(2) 全面化:系统监测信息更加全面,可以实现线路、杆塔、绝缘子、微气象等线路运行状态的全面监测,有利于提高特高压输电线路在线监测水平;

(3) 智能化:基于PMS进行输电线路运行状态评估与预警,并可将各类计算下,模型嵌入到状态监测终端实现其智能化。

在线监测技术是真正实现状态检修的重要基础,但在线监测装置由于发展时间短、运行条件恶劣等原因还存在一些问题。例如,2008年冰灾后,南方电网安装了大量覆冰监测和图像/视频监测等在线监测装置,在线路运行监测中发挥了很大的作用。但在实际运行中也存在一些问题,2012国家电网公司初步统计输电线路在线监测产品的故障比例高达32%,比如:覆冰监测装置能较准确的监测线路拉力的变化,但监控中心覆冰厚度计算模型的计算精度差,电力公司工作人员往往只能根据线路的拉力变化,粗略估计线路覆冰情况;此外,图像/视频监测装置在大风、冰雪等恶劣天气下,拍摄到的图片模糊不清甚至拍摄不到图片。总之,在线监测装置在可靠性、使用寿命、准确性方面与用户要求尚存在一定差距,上述问题既有装置本身的原因,也有用户管理维护的原因以及产品缺乏行业标准无法指导生产等原因。为了使在线监测技术真正成为防止电网大面积停电事故的关键技术,2012年9月,受国家电网公司运维检修部的委托,中国电力科学研究院在北京组织召开了“制定输电线路在线监测装置工程化应用措施会议”。主要对目前在线监测装置设计开发流程中的问题、不同在线监测装置存在的问题以及设备后期运行维护存在的问题进行了深入研究,分析了问题存在的原因并提出了相应的解决措施。下面将从技术标准、入网检测等方面进行相关分析。

3 技术标准

由于早期行业没有统一的技术规范,各厂家各自为政,往往在同一监控中心出现多家监测主机,系统存在架构不规范、装置接入不统一、孤岛运行、系统不稳定等问题,对用户使用和系统维护造成很大麻烦。2008年南方冰灾事故后,澳门太阳集团2007登录网址-[老品牌值得信赖]迅速对在线监测通用技术规约及通讯协议做出了规定。2009年国家智能电网规划中指出:在线监测装置应满足“信息化、自动化和互动化”以及线路运行应实现“状态化、标准化和安全化”。随后,国家电网公司积极致力于建立并不断完善状态监测标准体系,研究制定了《输电线路在线监测装置通用技术规范》、《输电线路气象监测装置技术规范》、《输电线路导线温度监测装置技术规范》、《输电线路微风振动监测装置技术规范》、《输电线路等值覆冰厚度监测装置技术规范》、《输电线路导线舞动在线监测装置技术规范》、《输电线路导线弧垂监测装置技术规范》、《输电线路风偏监测装置技术规范》、《输电线路现场污秽度监测装置技术规范》、《输电线路杆塔倾斜监测装置技术规范》、《输电线路图像视频监测装置技术规范》、《输电线路状态监测代理技术规范》、《输电线路在线监测系统数据库技术规范》和《输电线路监测系统集成技术规范》等14项。这些规范的制定为监测装置的标准化研制创造了良好条件,对于规范行业发展,提高系统可靠性,更好地保障高压输电线路的安全运行具有重要的意义。但产品标准制定工作相对智能电网发展来说较为滞后,已制定的标准还存在很多的不明确之处,相关通讯协议在不断完善试行,造成产品标准、生产厂家、运行单位在产品的技术要求和需求理解上的脱节,很大程度上影响了产品的质量和可靠性。综上所述,建议国家电网公司相关部门进一步细化相关技术标准,如统一传感器接口标准,对设备的体积重量做出明确规定,对设备的无阳光工作时间做强行测试,对入网设备的耐候性进行长期模拟测试等以提高设备的可靠性。

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