智能电网在线监测与故障诊断

智能电网在线监测与故障诊断2/382001年开始研发输电线路在线监测与诊断系统。本项目涵盖的监测诊断内容：1）导线、绝缘子、MOA、杆塔等设备自身故障；2）自然灾害对输电设备造成的破坏（暴雪、台风、泥石流、雷击等）；3）人为因素对输电设备的破坏等。项目简介本项目解决了2个问题：确保了输电线路运行可靠性，成为防止电网大面积停电事故第一道防御系统的有力手段。推进了我国智能电网建设进程，成为智能电网重要组成部分。3/38GPRS/CDMA/GSM二、项目概况（1）自2001年起研发成功系列在线监测与故障诊断系统，并产业化，包括：1）输电线路覆冰监测与预测模型；2）输电线路导线测温及动态增容系统；3）输电线路导线舞动监测与诊断算法；4）输电线路导线风偏角监测与计算；5）输电线路导线微风振动监测与诊断算法；6）输电线路绝缘子污秽状况监测与诊断算法；7）输电线路MOA监测与诊断算法；8）输电线路杆塔倾斜监测与计算；9）输电线路微气象监测及微气象对线路运行的影响机理；10）输电线路防盗监控及报警策略；11）输电线路图像/视频监控及差异性分析;12）输电线路运行工况智能化故障诊断专家系统。网省公司监控中心主机地市局监控中心主机1地市局监控中心主机m现场分机11现场分机1n现场分机m1现场分机分机mn专家软件专家软件专家软件GSM/GPRS/CDMA/光纤GSM/GPRS/CDMA/光纤LAN传输方式OracleOracle杆塔（倾斜、防盗）导线（覆冰雪、温度、舞动、振动）绝缘子（污秽）MOA(绝缘、雷击)网省监测中心地市局监测中心监测传感器组线路监测分机图像监控气象（温度、湿度、风速、风向、雨量、气压、日照强度）4/38InternetGPRS检测主机防盗分机杆塔分机测温单元温湿度风速风向雨量气压日照绝缘子倾角导线拉力温度倾角倾角振动生物电声光告警装置图像、视频客户端RFRFRF客户端局域网服务器光纤交换机光纤交换机客户端5/38监控中心查询终端图像、力、倾斜角度、风偏角度、温度、湿度、风速、风向等GPRS/CDMA/GSM监测装置监测装置监测装置监测装置项目概况（1）（1）输电线路覆冰在线监测系统与相关模型研究6/38MCU时钟芯片数据存储单元（大容量闪存512K）温湿度传感器GSM通信模块液晶显示模块系统电源压力传感器风速传感器污秽信息信号处理单元，A/D转换绝缘子串（A或B或C）环境温度环境湿度环境风速环境风向风向传感器雨量传感器环境雨量GSM手机卡号、杆塔号、分机系统时间、泄漏电流、温湿度、风速、风向、雨量等太阳能蓄电池控制器角位移传感器跟压力传感器对应的导线7/38★实时监测各杆塔上的覆冰和导线舞动情况，并通过对分机的点测巡测的实时数据进行分析判断，利用各种模型计算、判断该监测点的覆冰状况，根据用户需求和覆冰生长机理给出预报警；★报警信息有界面报警和短消息模式发给当前管理员和相关领导；★专家软件集中管理覆冰导线重量变化以及环境参数，提供单独和全面的查询、分析和图表等，建立完善覆冰信息数据库，为理论模型的修正和准确计算提供一种手段；★部分开放计算模型，允许用户将运行经验导入计算模型，使载荷、覆冰计算更加准确，报警更加可靠；8/38覆冰雪在线监测系统成功监测案例（1）1000015000200002500030000350002007-2-12007-2-12007-2-22007-2-82007-2-92007-2-92007-2-102007-2-112007-2-132007-2-142007-2-172007-2-212007-3-1垂直载荷1（N）-25-20-15-10-5052007-2-12007-2-12007-2-22007-2-82007-2-82007-2-92007-2-102007-2-112007-2-132007-2-132007-2-152007-2-192007-2-282007-3-1环境温度（度）0204060801001202007-2-12007-2-12007-2-22007-2-72007-2-82007-2-92007-2-102007-2-112007-2-122007-2-132007-2-142007-2-172007-2-212007-3-1环境湿度（%）0510152025302007-2-12007-2-12007-2-22007-2-72007-2-82007-2-92007-2-102007-2-112007-2-122007-2-132007-2-152007-2-192007-2-282007-3-1环境风速（m/s）0246810121416182007-2-12007-2-12007-2-22007-2-82007-2-92007-2-102007-2-112007-2-122007-2-132007-2-152007-2-202007-2-28覆冰厚度（mm）人工除冰，冰灾成功避免监测系统报警9/382007年1月安装在武汉超高压公司的监测系统成功监测线路冰雪发展过程覆冰雪在线监测系统成功监测案例（2）10/382008-2-279:38:002008-2-2614:39:002008-2-269:39:002008-2-2514:35:00四川省电力公司西昌电业局的覆冰定性在线监测系统覆冰雪在线监测系统成功监测案例（3）11/38覆冰预测模型研究0500100000.51覆冰与环境温度的关联系数时间序列关联系数0500100000.51覆冰与相对湿度的关联系数时间序列关联系数0500100000.51覆冰与环境风速的关联系数时间序列关联系数0500100000.51覆冰与导线温度的关联系数时间序列关联系数11.522.533.5400.51覆冰与四个参量的关联度四个因素关联度环境温度覆冰与环境温度的关联度为0.6045相对湿度覆冰与相对湿度的关联度为0.3569环境风速覆冰与环境风速的关联度为0.9117导线温度覆冰与导线温度的关联度为0.6243贵州电网110kV滥二线2008-12-14至2009-01-28的覆冰监测数据为分析对象12/38表1模糊规则表ET（环境温度）EH（环境湿度）EW（环境风速）CT（导线温度）IT（覆冰厚度）ONBOONBNSPBNSNSPSNSPBOOONSPBNSONSNSPBNBNSPBNSPBOOPS024681012141612345678910111213141516样本点序号覆冰厚度/mm实际覆冰预测覆冰图6各样本点实际覆冰与预测覆冰数据的对比13/38办公环境2005年3月，国家电网公司在北京特别召开提高电网输送能力工作会议，会议指出“在加快特高压骨干电网建设的同时，需积极提高现有电网输送能力”。如何安全提高现有输电线路单位走廊的输送容量?2009年国家电网提出建造“智能电网(SmartGrid)”，动态增容系统作为前端仪表、输送容量调度中心的最重要组成单元，进一步确定了这一研究的必要性。静态提温增容技术—实时动态增容技术项目概况---（2）输电线路测温及动态增容系统14/38设备或断面名称越限次数累计时间（分钟）徐州地区赵桃2617/2618线453168571.40淮安地区淮涟2637线20328664.24泰州地区靖园2H36线1495537.40南通地区通秀2662/2665/2666线14713026.33无锡地区梁锡4553线1263231.65苏州地区浏前2K18/2K19线1124439.76华东区域电网越限次数统计15/38温度、湿度、日照强度、雨量、风速、风向等）省局监控中心地市局监控中心1地市局监控中心m线路通信分机线路通信分机线路通信分机线路通信分机监测分机1分机2分机3分机4LANGSMSMSGSMSMS监测分机1分机2分机3分机4ZigbeeZigbee后台单元现场单元16/38系统功能：实时监测导线温度及环境温度、湿度、风速、日照等；诊断中心以曲线、报表等方式反映各接点温度变化情况；按照动态增容理论计算当前线路可允许的最大载流量；为电网运行提供微气候参考；具有智能报警功能。17/38输电线路载流量简化计算模型0.4854409.92()[(273)(273)]ecidvDsDkttDSIIRrcsTPPPIR840/848930/9361010/101590750/748855/850950/93980630/627760/750865/85370470/467640/628775/75360403020环境温度（℃）导线温度(℃)模型验证结果动态增容模型研究18/3801002003004005006007002009-5-70:002009-5-80:002009-5-90:00预测实时载流量SCADA实际电流图模型预测实时载流量与SCADA实际电流比较19/38表2专家软件计算的载流量与SCADA数据对比（A）时间环境温度(℃)风速(m/s)日照(w/m2)导线温度(℃)预测实时载流量（A）SCADA实际电流（A）误差2009-5-700:39160.45.7627503.2521.523%2009-5-701:191415.7620460.8482.264.5%2009-5-701:59140.55.8825477.2484.61.5%2009-5-702:39130.95.8818531.2549.063.3%2009-5-703:191315.8820539.5536.161%2009-5-703:59120.55.8820471.3492.224.3%2009-5-704:39110.45.8817338.8339.870.3%2009-5-705:19110.85.8814377.5386.752.3%2009-5-705:59121.210.1116439.5430.112.1%2009-5-706:39120.899.2920439.4448.862.0%2009-5-707:19141.1212.3523432.8413.74.6%2009-5-707:59161.3370.4724218.4209.794.3%2009-5-708:39181.3507.8926237.7223.271.8%2009-5-710:39271860.4932410389.685.4%2009-5-711:19291.7983.932380400.815%20/38输电线路跃迁时的温度变化模型和弧垂变化模型000[()]uAhNtciciQctcuuWDSWDSTTTeTAhNAhNh'hpfA'A'BB),(yxPalbllxyO22'000()()222APAAABgxggxfyhyxxxx21/38输电线路隐性容量计算模型日期实际输送容量允许输送容量隐性输送容量提高输送容量百分比2006-10-526146120076.62006-10-622940717877.72006-10-741666324759.42006-10-848965616734.12006-10-936156520456.52006-10-1039358319048.32006-10-1139963623759.42006-10-1226146120076.62006-10-1327749621979.12006-10-1424544720282.42006-10-1532159827786.3222cos22coscos8xHwxlhlhwHHwlfx22/38运行实例分析该系统自2009年在江苏省电科院安装运行，系统运行稳定，载流量计算模型经过修正和改善，初步达到指导线路运行的目的。（a）导线温度监测数据23/38（a）导线温度监测数据（b）环境温度变化曲线图（c）环境湿度变化曲线图（d）环境风速变化图（e）环境日照强度变化图24/38根据上