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输电线路防雷设施工作状态在线监测系统(技术产业化)

  • 申请人:王铁流、徐健
  • 发布时间:2018.08.09
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  • 是否专利:有专利
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  1. 输电线路防雷设施工作状态在线监测系统
    一、研究课题概述:
    输电线路是电力系统的重要组成部分,对其状态进行实时监测是智能电网建设的目标之一。为提高输电线路的管理水平,通过使用全面的传感器网络、通信网络、嵌入式技术以及实时应用程序实现全网的实时监测、控制和预警,有利于实现系统自愈。该课题以高压输电线路杆塔为中心,采用状态变量检测方法和新一代嵌入式技术,实现高压输电线路的安全监测,实时记录输电线路雷击情况、避雷器参数变化、接地电阻的变化趋势,并将数据传输到后台专家系统进行分析与决策,为输电线路的检修、维护和接地改造提供科学依据。
    二、主要研究工作如下:
    (1)以输电杆塔为中心,充分调研了影响输电安全的因素,给出安全监测系统总体框架,其涵盖雷电防护、接地电阻、避雷器故障、线路覆冰舞动监测以及塔材防盗,符合智能电网要求的全网监测理念。
    (2)利用状态量检测的基本原理,设计符合电力检测标准的传感器,给出接地线雷电闪络电流、接地电阻的在线检测、避雷器阻性电流检测。
    (3)采用以Cortex-M3内核ARM处理器为核心的终端机硬件设计方案,兼顾了低功耗、电磁兼容性能,打造能够在恶劣的环境下稳定、可靠运行的硬件平台。
    (4)采用模块化、标准化的设计思想,实现各终端机软件设计,以方便系统软件升级及其不同平台间的移植。
    (5)采用无线射频网络通信方式,使各个功能终端的安装、维护更加灵活、方便。独立的模块化供电方式,且对数据安全进行了初步探讨,让监测系统永远在线。
    三、主要技术要点:
    1.系统由管理中心、移动读取和在线采集三个部分组成。
    (1)计算机数据管理机接收数据,可以进入管理软件系统进行分析和统计。
    (2)手持设备进行现场数据读取,显示采集存储信息,通过数据线回放到中央机中。
    (3)无线终端安装在输电杆塔上,实现全线雷电防护状态信息的实时采集与存储。
    2.设计了三种传感器
    (1)避雷器雷电传感器,自动监测和记录三相避雷器泄放时间和强度。并利用红外技术自动上传。
    (2)雷电闪络电流传感器,将雷电对地泄放能量分三个等级输出,并记录发生时间。
    (3)接地电阻测量传感器,实时检测杆塔接地电阻的数值和变化趋势,自动记录存储,超标自动报警。     
    3. 支持网络信息的扩展
    系统处理中心软件可以采用WebGIS平台,在输电网地理底图上,实时显示雷电信息、输电塔杆参数以及防雷设备工作情况,对定位雷击故障点和防雷设备故障点及时报警;提供基于GIS的防雷设备监管方式。
    四、技术应用背景     
    南方电网的都勻供电局地处贵州省南部,地质情况复杂,使线路的接地电阻不够稳定,给雷电防护工程的设计带来一定难度。为此近年来,都勻供电局线路管理所技术人员对电网沿线的有典型特征的杆塔进行了细致的考察和分析,并根据地质情况、线路薄弱区位和雷电多发地进行布点监测,希望能够按着获取的数据作为参考,给出指导性的有效的防范措施,规划新的接地工程方案施工,此项工作自2008年以来至今已经取得良好的效果。
    五、主要技术难点与创新点
    (1)接地线雷击泄放电流的检测,利用电流互感器的基本原理。方法是将不同能量的雷电感应信号通过限幅保护和转换电路变成宽度不同的脉冲,利用嵌入式处理器高速测量脉宽检测雷击信号强度。
    (2)避雷器保护动作的检测,利用线路上原有氧化锌避雷器上的计数器动作信号进行采集,同时能够自动区分ABC三条线路避雷器的动作,能够根据雷电能量大小实现强、中、弱分级记录。
    (3)接地电阻变化趋势的在线检测,采用钳形阻抗测试仪的基本原理,通过数字信号处理器计算出耦合电路中的反映阻抗来推算接地电阻。但要解决的是雷电强信号和测量弱信号电路的隔离技术问题。
    (4)新型嵌入式处理开发技术,监测系统的终端机采用最新推出的工业级32微处理器。功耗低处理能力强。但是雷电发生的瞬间恰恰是电磁干扰最强的时刻,要求信号采集瞬间处理器能够可靠工作,需要有极高的光电隔离和过压保护技术。
    (5)无线数据采集端机的低功耗电源与光伏供电系统。系统采用电力系统专用的ISM频段工业级无线模块。处理模块主要功能是实时检测阻抗测量和雷电传感器信号。最终形成的发送的编码和报文。为了降低无线发送功耗,需要利用模块的休眠功能并且另行配置太阳光伏供电,确保无光照连续工作10天以上。
    六:主要技术指标:
    1.系统指标
    无线采集工作频段:470MHz。
    每站监测最大端机点数:256点。
    无线移动设备读取距离:500米。
    收发功率:50mW
    2.无线端机:
    静态功耗:4mA
    工作电压:5V
    工作温度:-40℃--55℃
    电池板功率:3.5W
    无阳光待机时间:15天
    重量:2.8KG
    体积:245X180X80(mm3)
    防护等级:IP67
    3.电流检测器
    分级检测电流:5KA—50KA
    最大耐受电流:100KA
    尺寸:380X50X28(mm3)
    工作温度:-40℃--55℃        
            
  2.     中科高技术企业发展评价中心于2011年8月26日在北京主持召开了北京工业大学、黑龙江恒电防雷工程有限公司和南网贵州省公司都匀供电局自主研发的“输电线路防雷设施工作状态在线监测系统”项目的科技成果鉴定会。鉴定委员会听取了课题组的技术工作报告,审查了测试报告、查新报告、用户使用报告等鉴定资料,经质疑答辩、认真讨论形成意见如下: 
    1.鉴定资料完整齐全,符合技术鉴定要求。
    2.输电线路防雷设施工作状态在线监测系统采用电气检测、无线传输系统和新一代嵌入式处理器,实现了高压输电线路雷电流分级测量、避雷器雷电计数及杆塔接地电阻的实时监测。
    3. 课题研制了雷电闪络电流测量传感器、避雷器雷电流计数器、接地电阻测量传感器,实现了雷电参数的远程数据采集、数据分析和信息管理。解决了强电磁场干扰下的电磁兼容问题。
    4. 项目成果已在贵州都匀地区5条110kV输电线路运行,并成功采集到了7处(次)雷电参数。项目成果可以指导杆塔雷电故障准确判断,减少现场工作量,提高事故处理效率。
    专家组一致认为:项目成果在技术上具有自主创新性,应用上具有实效性,产品达到了国内领先水平。
    建议:尽快对应用情况进行总结,加快推广使用。