QGDW 242《输电线路状态监测装置通用技术规范》及编制说明之欧阳术创编.docx
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QGDW242《输电线路状态监测装置通用技术规范》及编制说明之欧阳术创编
ICS29.240
时间:
2021.02.02
创作:
欧阳术
国家电网公司企业标准
Q/GDW242—2010
输电线路状态监测装置通用技术规范
Generaltechnicalspecificationforconditionmonitoringdevice
onoverheadtransmissionlines
2010-12-27发布2010-12-27实施
国家电网公司发布
目 次
前言II
1 范围1
2 规范性引用文件1
3 术语和定义2
4 总则3
5 装置分类及组成3
6 功能要求4
7 技术要求6
8 供电电源要求7
9 试验方法10
10 检验规则12
11 安装调试13
12 验收14
13 标志、包装、运输和储存15
附录A(规范性附录)状态监测方案设计17
附录B(规范性附录)平均无故障工作时间20
附录C(规范性附录)应用层数据传输规约21
附录D(规范性附录)监测类型代码56
编制说明57
前 言
输电线路状态监测系统是智能电网建设输电环节的重要组成部分,是实现输电线路状态运行检修管理,提升生产运行管理精益化水平的重要技术手段。
为科学规范地建设坚强智能电网输电线路状态监测系统,确保输电线路状态监测系统技术标准和平台统一,装置数据有效、稳定可靠、先进适用,特制定本标准。
本标准的附录A、B、C、D为规范性附录。
本标准由国家电网公司生产技术部提出并解释。
本标准由国家电网公司科技部归口。
本标准主要起草单位:
中国电力科学研究院。
本标准参加起草单位:
国网电力科学研究院、华北电网有限公司、华中电网有限公司、重庆市电力公司、山西省电力公司、安徽省电力公司、浙江省电力公司。
本标准主要起草人:
于钦刚、黄志江、李红云、郭志广、李红旗、刘亚新、张予、徐焜耀、周国华、陈自年、龚坚刚、刘振宇、杨玉金、林峰、王睿、王毅、裴冠荣、倪康婷。
输电线路状态监测装置通用技术规范
1 范围
本标准规定了架空输电线路状态监测装置的基本功能、技术要求、检验方法、检验规则、安装调试、验收及包装储运要求等。
本标准适用于交流66kV~1000kV、直流±400kV~±800kV架空输电线路。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB191包装储运图示标志
GB2314电力金具通用技术条件
GB2887电子计算机场地通用规范
GB4208外壳防护等级(IP代码)
GB6388运输包装图示标志
GB9361计算站场地安全要求
GB9969.1工业产品使用说明书总则
GB11463电子测量仪器可靠性试验
GB12632单晶硅太阳电池总规范
GB50545110kV~750kV架空输电线路设计规范
GB/T2317.2—2000电力金具电晕和无线电干扰试验
GB/T2423.1—2001电工电子产品环境试验第2部分:
试验方法试验A:
低温
GB/T2423.2—2001电工电子产品环境试验第2部分:
试验方法试验A:
高温
GB/T2423.4—1993电工电子产品基本环境试验规程 试验Db:
交变湿热试验方法
GB/T2423.10—1995电工电子产品环境试验 第二部分:
试验方法 试验Fc和导则:
振动(正弦)
GB/T3047.1-1995高度进制为20mm的面板架和柜的基本尺寸系列
GB/T3797-2005电气控制设备
GB/T3859.2-1993半导体变流器应用导则
GB/T3873-1983通信设备产品包装通用技术条件
GB/T6587.6—86电子测量仪器运输试验
GB/T6593电子测量仪器质量检验规则
GB/T7027-2002信息分类和编码的基本原则与方法
GB/T9535-1998地面用晶体硅光伏组件设计鉴定和定型
GB/T14436工业产品保证文件总则
GB/T15464仪器仪表包装通用技术规范
GB/T16611—1996数传电台通用规范
GB/T16723-1996信息技术提供OSI无连接方式运输服务的协议
GB/T16927.1高电压试验技术第一部分:
一般试验要求
GB/T17179.1-2008提供无连接方式网络服务的协议第1部分:
协议规范
GB/T17626.2—1998电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验
GB/T17626.3—1998电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验
GB/T17626.8—1998电磁兼容试验和测量技术工频磁场抗扰度试验
GB/T17626.9—1998电磁兼容试验和测量技术脉冲磁场抗扰度试验
GB/T19064-2003家用太阳能光伏电源系统技术条件和实验方法
QX/T1—2000Ⅱ型自动气象站
YD/T799—1996通信用阀控式密封铅酸蓄电池技术要求和检验方法
DL/T548电力系统通信站防雷运行管理规程
DL/T741—2010架空送电线路运行规程
DL/T5154—2002架空送电线路杆塔结构设计技术规定
DL/T5219—2005架空送电线路基础设计技术规定
QJ/T815.2-1994产品公路运输加速模拟试验方法
Q/GDW561-2010输变电设备状态监测系统技术导则
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本标准。
3.1
数据采集单元dataacquisitionunit
安装在导线、地线(含OPGW)、绝缘子、杆塔、杆塔基础等上的基于各种原理的信息测量装置,通过信道将测量信息传送到系统上一级设备(数据集中器),并响应数据集中器的指令。
按照传输方式,分为无线数据采集单元和有线数据采集单元。
3.2
数据集中器dataconcentrator
指收集各数据采集单元的信息,并进行现场存储、处理,同时能和状态监测代理装置或输电线路状态监测主站系统进行信息交换的信息处理与通信装置,也可以向数据采集单元发送控制指令。
3.3
输电线路状态监测装置 conditionmonitoringdeviceonoverheadtransmissionlines
满足测量数字化、输出标准化、通信网络化特征,具备自检、自恢复功能,能够实时采集输电线路本体运行状态、气象、通道环境等信息,并通过通信网络,将信息传输到状态监测代理装置或输电线路状态监测主站系统的测量装置,简称CMD。
3.4
状态量criteria
指对原始采集量进行加工处理后,能直观反映输电线路本体运行状态、气象、通道环境的物理量。
3.5
受控采集方式dataacquisitionmodeundercontrol
状态监测装置按照状态监测代理装置或输电线路状态监测主站系统发出的指令进行数据采集、存储、传输。
3.6
自动采集方式automaticdataacquisitionmode
状态监测装置按照设定的时间进行数据的采集和存储,并将数据上传到状态监测代理装置或输电线路状态监测主站系统。
3.7
平均无故障工作时间 meantimebetweenfailures(MTBF)
状态监测装置两次相邻故障间的工作时间的平均值。
3.8
年故障次数 faulttimeperyear
状态监测装置年故障的平均次数。
3.9
系统平均维修时间 meantimetorepair(MTTR)
状态监测装置修复故障所需时间的平均值。
3.10
数据缺失率missingmeasurerate
未能测得的有效数据个数与应测得的数据个数之比,用百分数表示。
4 总则
a)输电线路状态监测装置的功能应满足建设坚强智能电网“信息化、自动化、互动化”的总体要求,以及线路运行“状态化、标准化、安全化”的要求;
b)输电线路状态监测装置应实现测量数字化、输出标准化、通信网络化,及状态可视化,同时体现功能集成化、硬件小型化的特征;
c)应输出能直接识别的标准状态量;
d)应提高数据准确性、装置稳定性以及可靠性,降低监测装置的功耗;
e)应具备自检、自恢复的功能。
5 装置分类及组成
5.1 分类
5.1.1 按功能分类
5.1.1.1电气类
监测与线路电气有关的数据,如电压、电流、放电、电气距离、雷电等状态监测装置。
5.1.1.2机械类
监测与线路机械力学有关的数据,如有导线温度、微风振动、舞动、次档距振荡、覆冰、弧垂、张力、杆塔倾斜、绝缘子串风偏和偏斜、杆塔振动、杆件应力分布、基础滑移、不均匀沉降等状态监测装置。
5.1.1.3运行环境类
监测与运行环境有关的数据,如有气象、污秽、大气质量、通道环境、图像/视频等状态监测装置。
5.1.2 按安装位置分类
5.1.2.1导线类
状态监测装置安装在导线上,如导线温度、微风振动、舞动、次档距振荡、覆冰、风偏、张力、图像/视频类。
5.1.2.2地线类
状态监测装置安装在地线上,如微风振动、舞动、覆冰、张力类。
5.1.2.3金具类
状态监测装置安装在金具上,如金具温度、微风振动类。
5.1.2.4绝缘子类
状态监测装置安装在绝缘子上,如污秽、放电、风偏类。
5.1.2.5杆塔类
状态监测装置安装在杆塔上,如杆塔倾斜、杆塔振动、杆件应力分布、气象条件、大气环境、外力破坏、通道状况、图像/视频、雷电类,也包括安装在杆塔上的非接触式导线测温、非接触式测距仪等。
5.1.2.6杆塔基础类
状态监测装置安装在杆塔基础上,如基础滑移、不均匀沉降类。
5.2 状态监测装置组成
a)一般由数据采集单元、现场通信网络以及数据集中器组成。
当现场只存在单个状态监测装置(含同一厂家多参数集成监测装置)时,由单个集成CMA功能模块的状态监测装置直接将信息发送到输电线路状态监测主站系统;当现场存在多个状态监测装置时,可由各状态监测装置先将信息发送至状态监测代理装置(CMA),再由状态监测代理装置通过统一的通信端口将信息发送至输电线路状态监测主站系统。
b)现场实施方案的设计内容及要求宜参考附录A。
6 功能要求
输电线路状态监测装置从采集、处理到传输的各环节应具备以下功能。
6.1 数据采集要求
6.1.1 采集参量要求
应能采集线路本体、气象、通道环境等信息,及电源电压等。
6.1.2 采集方式
状态监测装置应同时具备自动采集方式与受控采集方式。
6.1.3 测量周期
专项标准明确装置测量周期。
可根据客户需求设定。
6.1.4 数据采集集成化要求
适宜于现场多参数监测的,状态监测装置宜具备多点多参数采集功能,能实现对线上和塔上多监测点、相同或不同类型监测信息的采集,能通过有线或无线接口自动识别参数类别,接收和自动识别数据采集单元的信息。
6.2 数据处理与判别
6.2.1 数据预处理
在干扰情况下,应对数据进行预处理。
6.2.2 一次状态量计算
应具备对原始采集量的一次计算功能,得出能直观反映采集量特性的数据。
6.2.3 二次状态量计算
在不降低装置供电及运行可靠性的前提下,应具备对线路状态参数数学模型的分析计算功能,提供能直观反映线路状态的状态量。
如采用称重法或倾角法进行等值覆冰厚度监测,输入综合悬挂载荷、风偏角、偏斜角等一次状态量,装置内部包含进行等值覆冰厚度等二次状态量分析的数学模型。
6.3 数据存储
a)应能至少循环存储30天以上的状态量数据;
b)对状态数据有追溯要求时,状态监测装置宜具有存储原始数据的能力。
6.4 标准化状态数据输出接口
状态监测装置与CMA之间的应用层数据传输规约应遵循附录C,对各类型数据(标准化状态数据)的输出要求如下。
6.4.1 状态监测数据
状态监测装置应具备标准化状态量输出功能。
必要时,能输出原始量数据。
a)本体信息:
导线温度、等值覆冰厚度、微风振动、舞动、导线弧垂、污秽度、风偏、杆塔倾斜等;
b)气象:
风速、风向、气温、湿度、气压、雨量、光辐射等;
c)通道环境:
图像等。
6.4.2 报警信号
应具备输出状态监测报警信息的功能,按照设定的阈值报警。
6.4.3 装置工作状态输出
应具备将心跳包、电源电压等装置自身软硬件工作状态,以及应答信息输出到远程和本地接口的功能。
a)心跳包:
表明装置在线和维持通信链路的信息包,单向固定格式,发送周期应不大于5分钟;
b)工作状态信息包:
表明装置工作状态,如电源电压、工作温度、电池浮充放电状态、电池电量等工作状态的信息包。
6.5 通信接口
6.5.1 与CMA通信接口
状态监测装置应具备下列通信接口之一或多接口组合,适应不同监测环境的需求。
a)网络RJ-45接口;
b)RS485串行通信接口;
c)WiFi无线通信接口;
d)长距离微波传输或中继接口;
e)具备光纤通信能力及接口。
6.5.2 远程通信接口
对于集成CMA模块功能的状态监测装置,通信接口应符合“Q/GDWxxx-2010输电线路状态监测代理(CMA)技术规范”。
6.5.3 与数据采集单元通信接口
a)宜具备短距无线传感器网络接口,便于在现场一定距离内组成微网(IEEE802.15.4、Zigbee、WiFi、WiMax等),接入无线数据采集单元;
b)宜具备RS485串行通信接口。
6.5.4 参数配置接口
状态监测装置应具备对装置编号、校准参数等各类参数的配置接口。
6.5.5 数据传输安全性
对集成CMA模块功能的状态监测装置,数据传输安全性应符合“Q/GDWxxx-2010输电线路状态监测代理(CMA)技术规范”。
6.6 监测装置硬件和软件
a)状态监测装置使用寿命应不少于12年,应确保使用过程中的数据准确性、装置可靠性及稳定性;
b)实现对传感器和硬件工作状态、软件工作状态、数据采集、处理、存储、通信等的管理,通常包括以下模块:
系统管理模块、平台监控模块、通信模块、规约解释模块、数学模型模块、异常告警处理模块、参数配置模块、用户认证模块;
c)实现装置自检、自恢复功能;
d)状态监测装置硬件应具备低功耗、通用化、模块化的特征,宜具备双电源供电、自动切换功能;
e)对塔上监测装置,宜采用分体式供电电源,电源标称电压为12V,电源插口型式为五针航空防水插头(1-负,2-正,3-接地,4-RS485(+),5-RS485(-));
f)状态监测装置应达到IP65防护等级,具备阻燃、防爆、防腐等功能,装置颜色与杆塔相近。
6.7 远程更新、配置与调试
6.7.1 基本信息输出
输出可识别的统一格式的装置基本信息表(电子数据表),标明监测装置类型、组成与型号、出厂信息等内容的数据表,用于装置注册和认证。
6.7.2 远程更新
应具备身份辨认、远程更新程序的功能,具备完善的更新机制与方式。
6.7.3 远程配置
应具备按远程指令修改采样频率、采样时间间隔、网络适配器地址等信息的功能。
6.7.4 动态响应
应具备动态响应远程时间查询/设置、数据请求、复位等指令的功能。
6.7.5 远程调试
宜能按远程指令进入远程调试模式,并输出相关调试信息。
7 技术要求
7.1 工作条件
7.1.1 户外
a)环境温度:
-25℃~+45℃(普通型)或-40℃~+45℃(低温型);
b)相对湿度:
5%RH~100%RH;
c)大气压力:
550hPa~1060hPa。
7.1.2 室内
a)环境温度:
+15℃~+35℃;
b)相对湿度:
≤85%RH;
c)大气压力:
550hPa~1060hPa;
d)工作电源:
交流220(1±10%)V;频率:
50Hz±1Hz。
7.2 基本技术要求
7.2.1 装置性能要求
7.2.1.1 准确度
装置的测量准确度满足工程要求,具体装置应满足相关仪器设备检测标准。
7.2.1.2 环境适应性
装置应具有较强的环境适应性,具备防雨、防潮、防腐蚀、抗振、防雷、抗电磁干扰等性能。
7.2.2数据采集单元
7.2.2.1工作温度
-25℃~+70℃(工业级)或-40℃~+85℃(工业扩展级)。
7.2.2.2外壳防护
应符合GB4208中规定的外壳防护等级IP65的要求。
7.2.2.3 自检
应具备自检和故障隔离等功能。
7.2.2.4 机械和安全性能
a)导、地线类数据采集单元应能承受导地线的振动;
b)导、地线类数据采集单元质量应小于2.5kg;
c)导、地线类数据采集单元结构应不对导地线有磨损或其他机械伤害;
d)导、地线类数据采集单元应不降低导线对地距离和对杆塔的电气间隙;
e)导、地线类数据采集单元应满足金具标准相关条款;
f)绝缘子串类数据采集单元应不降低绝缘子串的绝缘特性和机械强度,且满足风偏要求;
g)导线以及绝缘子串类数据采集单元的结构不应产生局部放电;
h)作为替代金具或其他部件使用的数据采集单元,应满足原金具技术要求。
如串联接入绝缘子串应尽量减小对悬垂串电气性能的影响,而且标称破坏载荷应大于相应悬挂金具标称破坏载荷的1.2倍;
i)杆塔类数据采集单元应采取防盗、防振、防松措施,而且不降低杆塔的机械特性和电气性能;
j)杆塔基础类数据采集单元应采取防盗、防松措施,应不破坏杆塔基础的完整性。
7.2.2.5 可靠性
a)应能够连续、准确、可靠地工作,在使用寿命期内能适应工作环境,平均无故障工作时间(MTBF)应不低于25 000h;
b)年均数据缺失率应不大于1%。
7.2.3 数据集中器
7.2.3.1工作温度
-25℃~+70℃(工业级)或-40℃~+85℃(工业扩展级)。
7.2.3.2外壳防护
应符合GB4208中规定的外壳防护等级IP65的要求。
7.2.3.3时间同步
应能够接收状态监测代理装置或状态监测系统的对时命令,对时误差应不超过5s。
时钟24h内走时误差应小于1s。
7.2.3.4技术要求
a)具有测控功能和数据存储功能;
b)具有同数据采集单元和向状态监测代理装置或状态监测主站系统进行通信的功能;
c)可响应和转发状态监测代理装置或状态监测主站系统的命令;
d)具有电池供电、断电保护和防雷保护功能。
7.2.3.5 通信方式
a)数据集中器与数据采集单元之间的无线通信宜采用IEEE802.15.4、Zigbee、WiFi、WiMax等短距通信方式;
b)与状态监测代理之间的数据通信应符合附录C应用层数据传输规约;
c)对集成CMA模块功能的状态监测装置,与状态监测主站系统之间的数据通信符合“Q/GDWxxx—2010输变电状态监测主站系统数据通信协议(输电部分)”。
7.2.3.6 可靠性
a)平均无故障工作时间(MTBF)应不低于25 000h;
b)年均数据缺失率应不大于1%。
8 供电电源要求
8.1 基本要求
a)在输电线路野外现场,应优先采用硅太阳能光伏发电电源系统;必要时可选择风光互补供电电源系统;但应避免选用故障率高、可靠性差、结构复杂的电源系统;
b)野外太阳能电源系统应具备宽动态、高效率的供电特性。
在低负载的环境下能够高效率供电,在通信设备收发信息时能够短时大容量供电;
c)野外太阳能电源系统中的储能蓄电池应选择环境适应能力强,使用寿命长的电池。
应充分考虑电池容量受温度和使用时间的影响;
d)野外太阳能电源系统安装在输电线路杆塔上,应控制系统整体功耗,避免部署大容量的电源和电池系统;
e)监测装置在正常工作模式下,要求蓄电池至少可以维持30天供电;考虑到电池容量受温度和使用时间的影响,应预留一定的余量;
f)在有条件的场所,应依托可靠的供电系统,如变电站供电、就近市电等,电源要求应参见相关国家交流供电电源标准。
本标准不包含这种技术供电要求;
g)对于安装在导地线上的通信设备,可考虑采用感应电源、太阳能、高能电池等供电。
8.2 技术要求
8.2.1 环境条件
8.2.1.1 正常使用条件
a)太阳能电池组件:
-40℃~+45℃;
b)控制器:
-30℃~+45℃;
c)蓄电池:
-10℃~+55℃;-30℃~+55℃;可根据地区特点进行蓄电池的选择;
d)相对湿度:
≤90%(40℃±2℃);
e)海拔高度:
≤2000m;
f)机柜与蓄电池无剧烈振动和冲击,垂直倾斜度不大于5%;
g)工作环境应无导电爆炸尘埃,无腐蚀和破坏绝缘的气体或蒸汽。
8.2.1.2 特殊使用条件
a)电源系统在异于正常使用条件下使用,应在订货时提出,并与厂家商定;
b)在海拔高度大于2000m环境下使用的电源系统,可参照GB/T3859.2—1993规定,降容使用。
8.2.2 结构及外观
a)电源机箱的外形结构应考虑到设备成套性的要求,应统一考虑电源设备、通信和监测装置的安装位置,应考虑杆塔安装特殊要求;
b)应充分考虑温度的影响,采取保温或降温措施;
c)电源系统设备单体质量宜不超过35kg,对普通线路单基杆塔上安装的电源设备及监测装置的总体质量宜不超过220kg;
d)机箱防护等级应达到IP65;
e)箱体与箱体之间以及箱体与外置设备之间连接电缆接口应采用防水航空插头;
f)机箱表面镀层牢固,漆面匀称,无剥落、锈蚀及裂痕等现象;
g)机箱面板平整,所有标牌、标记、文字符合要求,功能显示清晰、正确;
h)机箱各种开关便于操作,灵活可靠;
i)太阳能电池组件前表面应整洁、无破碎、无裂纹;背表面不得有划痕、损伤等缺陷。
8.2.3 太阳能电池组件要求
8.2.3.1 太阳能电池组件的选型
a)宜选用单晶硅或多晶硅太阳能电池组件;
b)单块太阳能电池组件应不超过800mm×700mm。
在满足监测装置供电要求的情况下,尽量减小单块太阳能电池组件的体积。
c)对普通线路单基杆塔上安装的太阳能电池组件的总面积应不超过2.8m2;
8.2.3.2 功率配置的影响因素
功率配置一般应综合考虑以下因素:
a)电源安装地点的经纬度、海拔等地理位置数据,日照强度、气温及风速等气象数据;
b)负载特性(阻性负载、容性负载、感性负载)、负载平均功耗以及最大功耗、运行时间等;
c)根据负荷用电量进行太阳能电池与蓄电池容量匹配优化设计;
d)蓄电池深放电后的回充时间;
e)杆塔上的安装条件。
8.2.4 蓄电池要求
a)蓄电池选型应考虑自身充放电特性以及环境温度对蓄电池容量影响特性。
应着重考虑浅放电能力、深放电能力、温度、使用年限等因素,特别需要考虑高温对蓄电池寿命的影响,以及低温对蓄电池放电容量的影响。
应选用适合太阳能供电系统充放电特性的电池;
b)蓄电池(组)在连续阴雨天气情况下,配置容量应满足负载设备正常工作情况下不少于30天的供电时间;
c)蓄电池组并联组数一般不宜超过2组;
d)当密封铅酸蓄电池在海拔2000m以上条件下使用时,应经蓄电池生产厂商确认该蓄电池适合于在这样的条件下使用。
8.2.5 风力发电机要求
风力发电机分类方法有两种:
a)以接受风能的形式,可以分为升力式和阻力式;
b)以风轮回转轴的方向,可以分为竖直轴式和水平轴式。
电源系统应选择目前技术成熟、可靠的的机型,如水平轴风机或垂直轴达里厄型风机。
8.2.6 电源系统控制器
8.2.6.1 标称电压
+12VDC。
8.2.6.2 电压输入范围
+8VDC~
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