关键配电设备移动式在线监测技术研究科技项目申请书及可行性研究报告Word文件下载.docx
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信息技术
电网建设
输电技术
用电技术
通信技术
继保自动化
[]
变电技术
电网运行技术
物资管理技术
其它
项目起止时间
2016年9月——2017年7月
申请经费总额
47万元
是否重点项目
项目摘要(500字以内):
随着城市用户对供电可靠性和电能质量的要求不断提高,供电部门对配电网电气设备运行状态重视程度越来越高。
配电网与用户直接连接,配电网设备运行状态直接影响用户的用电体验,良好的配电网设备运行状态关系用户的用电体验。
配电网设备长期重过载运行,电气设备长期保持高温状态下引起设备损坏,导致线路停电而影响用户体验。
由于配电网分布广泛,变压器及开关设备数量多。
依靠人工巡检不仅效率低及巡检周期长,同时也无法准确的获取设备真实运行情况。
本项目针对上述情况,将对配电设备运行温度在线监测系统进行研究。
配电设备运行温度在线监测系统可以随时掌握着配电网电气设备实时运行情况,并对电气设进行分析。
该系统同时解决了人工巡检效率低及巡检周期长问题,同时也给供电部门提供掌握配电网不同背景下实时电气设备运行情况,为用户用电体验保驾护航。
项目研究内容:
1)调研配电网运行设备的运行现状,着重对于运行薄弱点,例如电缆接头、开关柜母排、断路器以及配电变压器等进行调研;
2)搭建在线式温度监测系统,实时监测配电网设备的运行温度情况;
3)利用监测的配电网设备运行温度数据,建立设备运行数据库,并研究运行温度与用电背景、用户类型、负荷等级等方面的关系模型;
4)利用运行温度数据,提出配电网设备差异化运维策略。
预期效益:
研制移动式在线监测设备1套,申报知识产权1项,发表科技论文1篇。
预期成果成熟度水平
8级(1-9级)
项目负责人意见:
(签字)年月日
申请单位意见:
(公章)年月日
总部部门、直属机构、分子公司意见:
项目分工与计划进度安排
1、项目相关单位及具体分工
单位
具体分工
项目申请单位
1)制定项目研究技术路线;
2)总体负责项目的计划、实施与成果推广总结,根据实际需要,提出各阶段关键技术思路和创新技术,对项目进行全面协调管理。
协作单位
1)负责项目理论研究、关键技术攻关;
2)完成需求分析、系统设计与实现,系统集成测试与部署,用户培训;
3)撰写项目相关论文、专利和报告编制。
2、计划进度安排
任务名称
开始时间
完成时间
主要内容及交付项
整体方案和工作计划制订
2016.09
内容:
(1)项目的整体方案制订;
(2)调研收资,合作方确定;
交付项:
开题报告。
硬件研发
2016.10
2016.12
主要内容:
完成所需设备的研发,同时完成设备的检测。
研究报告。
软件研发
2017.01
2017.4
完成所需系统软件的研发,同时完成系统的检测。
调试试验
2017.05
2017.07
完成系统的调试
调试报告。
安装
2017.08
工程试点
试运行报告
项目验收
2017.09
项目结题验收。
研究报告、专利、论文
项目推广
安排项目推广事宜。
推广方案。
编写要求:
1.列出分时间段计划研究内容;
2.分时间段提供成果的内容和形式,要求具有可检查性。
项目组成人员情况
序号
姓名
职称、职务
工作单位
任务分工
1
工程师、分局副局长
南宁供电局青秀分局
项目指导
2
助理工程师、班长
总体负责
3
工程师、副班长
现场协调
4
工程师、作业师
现场实施
5
工程师、高级工
6
助理工程师、高级工
7
工程师、中级工
8
助理工程师、中级工
数据总结
9
助理工程师、初级工
10
11
12
13
一、目的和意义
1.描述与项目研究内容紧密相关的公司实际生产力水平和今后的发展方向;
配电网作为电力供应链条上面向电力客户的最后一个环节,直接承担向电力客户提供优质电能和服务的重要功能,其表现直接影响电力客户的用电体验。
另一方面,从发展智能电网的角度而言,发展配网自动化也是发展智能配电网的主要内涵与重要途径。
总而言之,发展配电网,特别是发展配网自动化是提升供电企业优质服务的必要保障,也是电力系统发展智能电网的必然趋势。
城市用户对供电可靠性和电能质量的要求不断提高,供电部门对配电网馈线自动化的重视程度越来越高,而城市配网供电的可靠性主要体现在对馈线故障的处理上。
目前城市配电网馈线自动化主要采用集中式故障诊断和处理,即配网主站系统根据断路器保护动作信息,在用电负荷的高峰期,配电设备常常发生重载运行或过载运行,长期的重过载运行,会使得电气设备产生高温,一旦没有对高温情况及时发现和处理,将会引起设备损坏,引起供电中断。
同时,由于配电网架复杂,涉及配电变压器数量和开关设备众多,如果单纯依靠运维人员对设备进行离线式巡检,不仅效率低下,而且无法实时获知设备的真实运行情况。
配电网直接面向用户,其内部任何故障、扰动都会影响供电质量,给用户带来经济损失。
结合将来智能配电网的发展需求,现有配电网的保护与控制技术面临诸多问题:
1)现有配电网的配电变压器数量和开关设备众多,炎热的天气导致用电高峰时期配电设备产出高温引起设备损坏。
2)配电设备分布广泛巡检周期长,某些配电设备因未能巡检及时发现问题,导致因故障停电引起用户用电体验,同时增加巡检人员工作量及经济损失。
南宁市作为广西壮族自治区首府,承办中国-东盟博览会等众多国际会议及其他重大外交、经济、文化活动,南宁供电局承担着广西电网公司一半以上的重大活动保供电任务,而青秀供电分局在南宁供电局内承担了80%以上的重大活动保供电任务。
传统保供电依靠人力现场值守,对人力、物力要求较高,已不能满足日益增多的保供电任务需求。
2.阐述项目成果对该现状和技术发展的作用
本项目将对配电设备运行温度在线监测系统进行研究,搭建一套在线式的配电设备运行温度监测系统,同时利用该系统,对配电设备的运行情况进行分析,以此了解配电网设备在不同用电背景下的实时运行情况,而对设备的差异化运维提供依据。
利用差异化运维方式使故障仅影响故障所在区段的线路,而不会蔓延到其它正常区段的线路,达到缩小停电范围,减少停电时间,快速查找到故障位置以便快速抢修的目标。
该技术使得配网故障隔离范围最小化,结构简单,相关性小,可靠性高,能够在变电站出口断路器不跳闸的状态下进行故障的诊断、隔离,从而最大化的减小非故障线路区段停电。
关键配电设备移动式在线监测技术的实施,将解决电网存在的各类问题,提高服务质量、提高供电可靠性、提高电网和设备安全性、显著节能降损、提升供电企业的社会效益。
随着城市用户对供电可靠性和电能质量的要求不断提高,供电部门对配电设备运行状态的重视程度越来越高。
目前城市配电设备分布广泛与数量多,人工巡检投入资金大、巡检周期长。
如巡检时不能及时发现问题或未能等到巡检,电气设备出现故障导致停电。
造成用户不能在良好的条件下体验用电,同时也给供电企业带来经济上的损失。
配电设备移动式在线监测技术对配电设备实时在线监测,如配电设备某个关键设备如断路器、电缆头等。
因重过载引起高温设备面临发生故障及停电的风险,移动式在线监测系统及时发现并提示即将发生故障设备点,供电企业第一时间对设备进行有效处理。
提高电网管理和监控工作的效率,降低管理、维护费用,提高供电公司的经济效益根据用户负荷重要性和对供电可靠性的需求不同,实现精细到台区的自动化分级用电管理。
做到有序、可控、合理调度和生产,在有限的资源下做到少停供电、高效节能,实现最优供电效益。
项目实施后,可在执行重要活动保供电任务时,对保供电设备实行实时监测,减少大量的人力、物力需求,有效提高工作效率,更好的开展保供电工作。
此外,本项目将对用户等级类型进行分类,以此将供配电设备进行等级划分,通过等级划分,使得差异化运维具备判断基础。
3.分析成果应用和推广的途径
推广途径:
本项目采用试点、小范围使用、大面积推广三步走的模式。
在试点过程中,选择具有代表性的一些配网线路,对配网的各种需求、功能进行试用、验证和效果分析,并不断完善和改进。
在试点项目成功的基础上,可以进行小范围使用,检验系统的各项功能和客户的需求是否能够相互协调统一。
如果效果良好,具备推广价值,则在条件具备的地区可进行大面积推广。
本项目的研究延展了保护的概念,采用将复杂的问题简单化的处理方法,从而使配网线路上的故障第一时间发现第一时间处理。
防止故障发生后导致用户用电体验,同时也为重要用户用电保驾护航。
4.分析成果推广后的直接和间接效益
关键配电设备移动式在线监测技术的实施可提高供电服务质量,降低因故障停电影响用户用电体验。
提高供电可靠性,大幅提升用电管理水平,同时具有较好的经济效益。
直接效益:
通过本项目研制的移动式在线监测设备,可以对关键的供配电设备进行温度监测,获取设备运行情况,使得运维人员可以及时掌握设备运行情况,作出运维措施应对。
在设备因高温导致故障以前,便可以发现故障趋势,提前应对,提升供电可靠性。
间接效益:
本项目将结合试点范围内的用户类型情况,对用户的重要程度、用电规模、对供电可靠性的要求等进行分类,以此对相应的供配电设备进行重要性划分,得出差异化的判断依据。
通过本项目的研究,能够提出基于设备运行温度数据的差异化运维方式,为日后公司提高运维水平提供帮助。
经济效益分析:
本方案实施后,有效提高巡检效率、减少巡检周期及停电时间。
为客户用电体验提高良好环境,保障重要客户不间断用电需要保驾护航。
二、项目研究的背景
1.国内外研究水平的现状和发展趋势
配电设备在线测温方式,从大的方向分为接触式测量和非接触式测量两种,按照监测手段的主要特征可分为红外测温法、热电阻测温法、热电偶测温法以及近些年兴起的无线测温与光纤测温法。
传统的配电测温方法除了在10kV高压开关设备触头粘贴试温腊片外,红外测温法是主要的温度测试手段。
红外测温法为非接触式温度测量,早在60年代中期,AGA公司便研发出第一套工业用实时成像系统(THV),但该设备重量大、不易携带;
九十年代中期,美国有公司将军用技术转民用商业化,研究出新一代的红外成像仪(CCD),这种设备已经可以将设备目标进行成像并储存在机内的PC卡上,还可以利用软件进行结果分析并生成报告。
我国的第一代电力设备测温仪器诞生于60年代,由东北的一些企业联合研制,其局限在于设备本身不具备有扫描功能和本身距离系数的限制而没有大规模运用。
红外测温法的主要原理是:
开关设备表面温度的不同,其对外辐射能量的大小和波长分布也相应改变,根据这个原理,对辐射能量进行测量便可以获得被测设备的表面温度,红外波长范围为0.7微米~1000微米,在实际测量中,常将0.7微米~14微米波带用于红外测量。
红外测温为非直接接触式测温,对运行设备本身不产生任何影响,但其需要人工操作,容易受人员操作技术、经验等人为因素影响,在测试时必须要正对被测试设备,10kV开关柜由于其密闭性,部分开关设备无法用红外测仪正对着进行测量,只能凭借经验对其温度进行评估,且人工测试只能在一个周期内对设备进行测温,无法实时进行监控,这样便导致一些开关设备的故障无法被及时发现并进行处理,导致开关设备长期“带病”运行,严重影响着设备、电网的安全运行。
目前在电力设备检测方面有着多种技术手段,但是在如何利用检测到的温度数据进行针对性的运维策略,则没有更多的研究。
南方电网管辖区域面积广泛,用户类型众多,在不同的区域,不同的时间段内,用户对供电可靠性的需求都是不一样的,因此,本项目将利用配电设备的温度检测数据,结合用户的特性划分,对针对性的差异化运维策略进行研究。
2.介绍国外研究机构对本项目的研究情况
美国早在60年代中期,AGA公司便研发出第一套工业用实时成像系统(THV),但该设备重量大、不易携带;
开关柜内的空间非常狭小,无法安装红外测温探头,因为探头必须与被测物体保持一定的安全距离,并需要正对被测物体的表面。
因为是非接触型测温,所以不存在无线测温和光纤测温所面临的问题。
但也有其本身的问题,主要是受气象条件(如风、雨、雪、雾、大风等),大气衰减,环境温度及湿度,太阳福射等不同将影响检测结果。
3.介绍国内研究机构对本项目的研究情况
温度的测量在温度控制系统中同样有着很重要的作用,温度测量的测量周期和精确度能够为温度控制的快速化提供精确的预判和数据。
在早期的温度测量技术中,首先发展起来的是膨胀式测温方法。
这种方法的优点是使用简单、价格低廉等,一般能够测得真实温度;
但由于客观条件的限制,对热容量小的物体难以实现精确的测量,对有腐蚀性的介质不适宜测温,对高、低温物体的测量也会有限制等。
随着技术的发展,测量要求的多样化发展,新型温度传感器被越来越广泛的代替膨胀式温度传感器,这一类传感器具有响应速度快、测量范围广等优点。
4.项目研究的技术关键与难点。
本项目研究的技术关键也是本项目研究的难点如下:
(1)关键配电设备在线监测系统;
(2)根据采集数据提供差异化运维策略;
(3)建立一套运行温度与用电背景、用户类型、负荷等级等方面的关系模型;
三、项目申请单位具备的研究基础和条件
四、项目研究内容、技术路线与实施方案
1.项目研究内容的详细说明(分专题或按内容序号描述)
主要研究内容
1主要技术内容
1.1调研配电网运行设备的运行现状,着重对于运行薄弱点,例如电缆接头、开关柜母排、断路器以及配电变压器等进行调研;
1.2搭建在线式温度监测系统,实时监测配电网设备的运行温度情况
1.3利用监测的配电网设备运行温度数据,建立设备运行数据库,并研究运行温度与用电背景、用户类型、负荷等级等方面的关系模型
1.4利用运行温度数据,提出配电网设备差异化运维策略。
2主要技术难点
2.1开发及试点应用预期技术难点:
(1)关键配电设备在线监测系统;
(2)根据采集数据提供差异化运维策略;
(3)建立一套运行温度与用电背景、用户类型、负荷等级等方面的关系模型;
2.项目研究拟采用的技术路线的详细说明。
要描述具体的理论研究步骤,现场试验的地点和试验计划。
需要建设试验手段的项目,要给出试验手段的结构和作用;
2.1温度检测的技术手段
2.1.1热敏电阻无线测温
1.测量精度
铂电阻型测温器的测量精度是由两个方面决定的,即D/V转换电路的精度与销电阻的精度。
铂电阻的制造一般来说是IEC751制定的国际标准制造,因而按统一的标准测定即可。
目前釆用的工业级B级Pt(lOO),其测量阻值误差为±
0.12%,在温度变化范围较小时,阻值变化基本上呈线性,温度变化范围较大时,例如升高至100℃,会出现非线性特征,这时,我们可以用软件根据Pt(lOO)铂电阻分度表查表修正。
包括8位A/D转换电路误差在内的最大误差在0.5%以内,即在200℃时测量误差不超过士±
1℃。
这一测温精度完全满足电力系统测温精度的要求。
稳定度方面,因铂电阻良好的温度稳定性,它已被国际温度标准化组织以ITS-90标准,规定作为961.78°
C以下标准温度计使用。
2、使用与维护
测温探头装于高压带电设备测温处,无线测温系统是按分布化设计的,测温设备与数据接收可以任意组合,单个测温器的故障不影响整体,用户可在停电时自行更换。
2.1.2系统构成主要设备
(1)无线温度传感器
在设备的关键节点安装无线测温传感器,设定好传感器的编号和自动发射周期(例如30S),传感器的数据发送到测温通信终端。
(2)测温通信终端
接收传感器数据,并将温度数据在收到后台管理工作站的命令时,讲数据传输到工作站,在工作站中对数据进行进一步处理。
(3)后台管理工作站
工作站的作用在于收集通信终端的数据,通过专业软件实现对测温通信终端的管理。
2.2差异化运维策略
差异化运维第略,是指基于设备管控级别确定的日常巡维、特别巡维(包括专业巡维、特殊巡视、停电维护和动态巡维)、工作周期、工作内容及工作要求。
也就是对运行工况较差、重要度高的设备,适当加强运维力度,对运行工况较好、重要度低的设备,适当减少运维工作的投入,最终实现综合运维效益最大化的目的。
而设备管控级别是依据设备健康度和重要度两个维度综合判定。
2.2.1设备健康度的确定
设备的健康度,直接引用设备状态评价结果,分为“正常、注意、异常、严重”4个级别。
而设备状态评价的结果有4个级别,即正常状态、注意状态、异常状态及严重状态。
当各状态量稳定,且在标准限值内,设备可以正常运行的,视为正常状态;
状态量朝接近标准限值方向发展,应加强设备运行监测的,视为注意状态;
当重要状态量略超标准限值,应采取措施,适时停电检修的,视为异常状态;
当重要状态量严重超标准限值,应尽快安排设备停电检修的,视为严重状态。
设备健康度的“正常、注意、异常、严重”4个级别,分别对应设备状态评价的“正常状态、注意状态、异常状态、严重状态”4个级别。
2.2.2设备重要度的确定
依据电力调度机构发布的年度运行方式,评估设备故障可能造成的事件后果,结合设备价值及对重要用户供电情况确定设备的重要度,将其分为“关键、重要、关注、一般”4个级别。
(1)关键设备
符合以下条件之一者,为关键设备:
1)在正常运行方式下,设备故障存在引发一般及以上电力安全事故可能的;
2)输变电设备价值在1000万及以上的;
3)设备故障将直接引发特级重要用户供电中断的。
(2)重要设备
符合以下条件之一者,为重要设备1)在正常运行方式下,设备故障存在引发一级电力安全事件可能的;
2)输变电设备价值8~10万的;
3)设备故障将直接引发一级重要用户供电中断的。
(3)关注设备
符合以下条件之一者,为关注设备1)在正常运行方式下,设备故障存在引发二、三级电力安全事件可能的;
2)输变电设备价值5~8万的;
3)设备故障将直接引发二级重要用户供电中断的。
(4)一般设备
除上述设备外的设备。
2.2.3设备管控级别的确定
设备管控级别是根据设备健康度和重要度评价结果,按照设备风险矩阵确定的,设备管控级别从高到低分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级和IV级(见表1)。
设备级别
设备状态
关键设备
重要设备
关注设备
一般设备
正常
Ⅱ
Ⅲ
IV
注意
异常
Ⅰ
严重
表1:
设备风险矩阵
(1)Ⅰ级管控:
状态评价属于异常、严重的关键设备,状态评价属于严重的重要设备,纳入Ⅰ级管控。
由省公司层面督导,电科院(电力研究院)及所属供电单位负责,提高现行运维要求并制定设备管控措施落实卡,共同参与措施的执行,对各项措施进行闭环管理。
(2)Ⅱ级管控状态评价属于正常、注意的关键设备,状态评价属于注意、异常的重要设备,状态评价属于异常、严重的关注设备及状态评价属于严重的般设备,纳入Ⅱ级管控。
由所属供电单位负责,提高现行运维要求并制定设备管控措施落实卡,负责措施的执行,对各项措施进行闭环管理。
(3)Ⅲ级管控状态评价属于正常的重要设备,状态评价属于正常、注意的关注设备,状态评价属于注意、异常的一般设备,纳入Ⅲ级管控。
由所属供电单位负责,依据现有运维要求完成措施的执行。
(4)Ⅳ级管控状态评价属于正常的一般设备,纳入Ⅳ级管控。
3.理论研究和试验内容与项目总目标的因果关系;
进行大量的广西配电网存在配网运行方式、配网构架、设备型号、检修方式、线损等问题的详实数据的调研收资,在调研的基础上进行深入的理论研究,是达到项目总目标的重要基础。
在深入进行实地调研和理论研究的基础上,开发关键配电设备移动式在线监测技术研究,并验证其可行性,同时对可能出现的问题制定相应对策,是实现项目总目标不可或缺的重要环节和保障。
4.需要多家单位共同承担的项目,需要写明各家的分工、职责和提供的成果;
项目的组织方式;
合作方式、知识产权和成果分享的初步方案;
(1)项目组织架构
(2)各单位分工、职责和预期成果
单位
分工、职责
交付成果
(3)合作方式、知识产权和成果的分享方案
5.外委的工作内容和工作量
研究子任务
工作量预计(详细表述,具体到人)
工作量合计
6.需要国际合作,要写明与外方的合作方式、知识产权和成果分享的初步方案,及以前的工作联系;
无
7.对于装置、设备开发的项目,要提出装置或设备的开发计划及设计方案。
硬件设计
硬件设计部分:
一是,设计足够的端口,既要满足标准工程的需要,还要有一定的预留裕度;
二是,硬件要有足够的抗干扰能力,要性能稳定;
三是,要有足够的处理速度。
装置用于配电变压器、环网柜,所需接入的量很多。
如此多的量接入,对硬件设计而言是巨大的挑战。
硬件设计最终使得装置既能满足标准工程的需要,还有一定的预留裕度。
五、预期目标和成果形式
1.阐明项目研究预期达到的目标、技术经济指标;
预期目标及创新点
预期目标
(1)配电关键设备状
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