智能电网状态监测技术的发展及思考

智能电网状态监测技术的发展及思考背景状态监测技术现状与分析关于状态监测标准的思考状态监测技术发展的探讨结论2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|2目录2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|3面临的形势电网发展面临的形势电网规模不断扩大电源结构不断改善复杂电网安全挑战网架结构不断加强1、电网发展全社会需电量到2015年10820亿千瓦时。全社会最大负荷到2015年达17630万千瓦，西电东送总规模将达4362万千瓦。“十二五”期间，如南方电网规划需投产电源约9602万千瓦。±800kV特高压直流工程、溪洛渡电站送电广东同塔双回±500kV直流工程……西电东送主网架形成“九直八交”送电通道，各省（区）形成坚强的500kV骨干网架，海南实现与大陆通过500kV双回路联网，岛内在220kV环岛电网的基础上进一步加强完善。2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|4面临的形势风能、太阳能等各种绿色可再生能源广泛应用.智能电网技术高速发展.2、电网技术发展面临的挑战能源与用电需求在地理分布上极不均衡；世界上电压等级最高、规模最大、结构最复杂的交直流互联的大电网，电网安全稳定运行面临巨大压力；远距离输电通道所处地理气象环境复杂，各种极端自然灾害频发，对电网安全进一步造成严重威胁；适用于我国经济社会发展特色的配用电环节智能化技术需求.2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|5面临的形势1)交流系统故障导致多回直流同时换相失败或闭锁的风险较大；2)电网短路电流超标问题突出；3)同塔多回输电线路运行风险日益突出；4)输电线路受雷击、山火、台风、冰灾等重大自然灾害影响加大3、亟待解决的安全生产突出问题5)电网设备状态的可观可测可控性亟待加强现运行部分输变电关键设备服役时间无法满足设计需求；开关设备统计结果表明，服役十五年内退役产品为7.31%，二十年内退役产品达到24.43%，而产品设计要求服役为20-40年在运行过程中非计划停电事故频发由于产品制造原因引起的非计划停电排第一位占42.1%，由于设备老化而造成的非计划停电排第二位占27.3%1100kV断路器强迫停运率达到16.75%国外厂商提供的系统中运行的产品的非计划停运率为0.107%，国内厂商为1.102%，相差近10倍2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|6我国设备运行现状设备制造水平和质量问题

国产设备强迫停运率明显高于进口设备

设备平均运行年限较低环境因素

自然灾害：雷害、冰灾、

环境污染设备资产使用寿命相对较短2024/1/20|PresentationatTechnicalForm|Changchun|7影响电网设备资产寿命成本的主要因素背景状态监测技术现状与分析关于状态监测标准的思考状态监测技术发展的探讨结论2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|8目录2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|9输变电设备状态检测方法状态检测的优点避免事故———提升电网表现去除冲击———延长设备寿命提供数据———支持状态检修状态检测与定期检测、事故检测相比，具有自身的优点，但我们应认识到在不同环境条件下有不同最合适的检测办法，不能“一刀切”或一步到位2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|10监测技术的进展2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|11最常用、最有效的是局放带电检测、油气分析及红外测温技术。尤其是局放带电检测技术，它是目前发展最为迅速、对电气设备绝缘缺陷检测最为有效的一种带电检测技术。重视研制移动式带电检测车，加强应用带电检测技术，逐步实现智能化巡检系统。2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|12比较成熟的装置有油气在线监测、避雷器在线监测、雷电监测、绝缘子污秽监测和分布式光纤电力电缆监测装置。主要在传感器的性能和可靠性、以及装置的可靠性方面与国外存在差距。在线监测技术分为输电、变电两个部分。输电部分以环境在线监测为主，兼顾绝缘子和杆塔监测；变电部分则以IED及电气设备运维一体化信息平台为重点建设对象。2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|13电介质响应测量方法油箱保护高压绕组低压绕组高压电源主绝缘~电流表物理性质测量:纸板及绝缘油的导电率界面极化影响因素:绝缘几何尺寸温度受潮程度可导电的老化产物2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|14FDS系统及测试结果2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|15频率响应法（FRA）2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|16比较方法TransformerATransformerATransformerBTimebasedTypebasedDesignbased2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|17典型测试曲线HV[open]asexpectedforaΔYtx”Doubledip”andmidphaseresponselowerVerylowdeviationbetweenphasesforalltests–nowindingdefectsHV[short]identicalbetweenphasesLV[open]asexpectedforaΔYtx2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|18绕组分布式温度和应力测量技术2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|19超高频+超声波局放合成检测法2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|20典型的便携式UHF局放带电测试系统构成

2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|21UHF传感器的布置方式带操作杆手持固定安装2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|22SF6气体分解物检测FTIR技术碳纳米管技术气体检测管技术2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|23缺陷高AC电压低AC电压测局放高AC电压测局放雷电冲击操作冲击固定在高压导体上的尖突出物Δ▲固定在高压导体上的一般突出物Δ▲▲▲绝缘子上的微粒Δ▲Δ绝缘子裂缝ΔΔ▲ΔΔ自由微粒▲▲▲Δ悬浮电极Δ▲▲Δ遗漏物体▲Δ▲▲ΔGIS中绝缘缺陷检测方法的有效性对比（Δ—有效，▲—很有效）2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|242024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|25现场测试与分析使用自行研制的适用于现场的冲击电压下局放测量装置，分别在生产厂家和变电站现场对750kV

罐式断路器进行冲击下局放测量测试。100%负极性雷电冲击电压（2100kV）试验结果100%负极性雷电波下局放检测结果处理2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|26国内电力设备状态检修现状分析已装在线设备收效不明显的原因缺乏全局性的长远规划有些检测设备质量不高不善于选用、检验各类检测设备认识上的片面性、局限性相应的规章制度未跟上对监测设备的选择、运行、维护等缺乏责任制2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|27对在线监测技术发展过程中的认识不足问题将某些设备、某些技术在推广过程中的薄弱环节误认为在线监测的先天缺陷，难以克服提高，以至于部分人对该技术发展、推广抱有观望、否定甚至抵制等态度。根据国内近年来的研究，已突破了大部分影响在线监测推广应用的技术瓶颈（避雷器、变压器、GIS、套管、CT、视频等在智能检测、数据处理及诊断技术领域），达到了技术实用化和智能化的效益。目前针对个别技术难题，正在集中人力、物力进行技术攻关，并趋于解决。目前在线监测装置的投资价格限制其发展和推广，但随着技术的成熟化、产品化、国产化，投资价格会大幅度下降；投入与产出绩效比较宜以长远的眼光来着眼，社会效益及经济效益综合分析在线监测技术自身的发展也需要在大量推广实用过程中，不断发现、克服及研究提高2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|28智能变电站发展一次设备智能化2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|29输变电状态监测系统装置或系统功能的异常如何查找、定位？电子式互感器、合并单元、智能组件…测控保护、故障录波、远动装置…网络交换机、工作站…目前装置或系统存在配合不好的状况，如何通过巡视检修反映出来现场值班员无法观察这种功能失配这种功能失配往往不会明显地暴露出来2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|30智能设备在运行中可能的隐患智能设备的维护可能存在的难题装置参数的变化是否会对全局造成影响？如何评估？可以通过仿真，或者现场测试来解决工程扩建是否会对原有系统造成影响？扩建系统是否与原有系统关联？可能需要考虑中MMS和GOOSE等数据、信号的交换网络负荷变化情况，现有网络是否能够满足变化？在现有系统上增加新的数据通信要求时要考虑2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|31智能设备在维护中新的课题规范、导则和管理规定在实际应用的基础上，总结不同产品的经验，收集可能造成使用问题的案例，将标准中没有涉及到的做法进行统一，形成应用规范、导则和管理规定产品设计需要将上述可能出现的问题作为用户需求，设计及实现到实际产品中从系统角度出发，寻找最合理的解决方案检验与检测对即将投入市场的产品进行科学性的检测对入网产品进行针对性的工程验收运行维护管理在运行过程中，加强设备管理技术手段2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|32如何解决这些问题和顾虑？背景状态监测技术现状与分析关于状态监测标准的思考状态监测技术发展的探讨结论2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|33目录多源数据的开放性及共享程度不足；高压电气设备状态改变是缓慢渐变过程；海量多源数据，无通用的数据处理方法；数据多变性、动态性及瞬时性等特点，带来已有诊断方法在判据方面有效性不充分数据爆炸，无有效的知识提取方式，造成分析判断知识贫乏。2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|34关于设备诊断分析方法的问题2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|35不同方法对CT损坏前的报警时间

（美国EPRI）

2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|36在击穿前的40hr内的相对tan

的比较

2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|377＃CT(未击穿)的油中气体水平2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|38环境对监测系统的影响外界因素发生变化，监测数据都会随之波动，监测系统需要正确识别判断，以得到设备绝缘的真实状况。系统引入环境参数监测单元，保证了系统对外环境的有效监测和设备本身绝缘状况的可靠评估。湿度对漏电流的影响环境对介损的影响受装置内部元部件本身性能以及现场条件等因素的影响，油色谱在线监测装置长期运行后的检测数据偏差较大，其中偏差≤30%的只占50%左右。2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|39案例分析1：油中溶解气体含量监测技术本身还有待完善，如PT角差、现场干扰等；测量数据不稳定，据统计110kV-220kVCT的介损数据稳定的比例(初值差在±0.3%以内)达到80％左右，但其中110kVCT的介损数据稳定性稍差;统计发现，介损与电流及负荷有很大的相关性。2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|40案例分析2：容性设备在线监测测量数据不稳定，主要受环境影响较大；测量误差的存在；避雷器底座结构的影响，其在线监测数据（尤其是阻性电流）会随着气候环境和温湿度的变化而波动较大。2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|41案例分析3：避雷器在线监测2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|42对在线监测标准制定的建议由于在线监测测试原理、方法与停电试验存在差异，在线监测测量误差偏大，与停电试验判据基本不能直接等效，需研究建立新的分析评判体系，但目前缺乏相关理论和案例的支持，尚无法根据所测得的数据制定出设备状态的阈值判据；实际使用时只能结合设备的历史、运行异常情况、设备检修情况及其它试验数据等进行综合分析,目前设备状态评价仍应以停电试验判据为主；深入研究异常设备监测参数及其变化与被测设备绝缘老化的关系，总结出规律性的东西，反过来才能指导在线监测工作。背景状态监测技术现状与分析关于状态监测标准的思考状态监测技术发展的探讨结论2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|43目录2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|44多项有效检测方法的经济合理化组合应用随着检测技术的不断产生于发展检测维修中存在：大量的“维修过头”：经济浪费，人力浪费少量的“维修不足”：发生偶发性事故，停电及故障损失单一检测方法难以适应不同的设备状况解决：选择有效的离线/在线的检测方法，合理组合，将离线，带电，在线检测密切联系，充分利用电气法（R,I,tand,PD,…）化学法（DGA,糠醛,…）光学法（红外,紫外,…）机械法（振动,响应,…）2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|45组合应用实例1：变压器的综合检测基于频响法的绕组变形测试

一台新发电机升压变压器除了FRA外，通过了其他的预调试试验后证实其中一相高压绕组有明显变形情况厂家进行内部检查时发现静电屏的连接导线在焊点处脱开了2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|46在线油中溶解气体监测发现一台80MVAr132kV并联电抗器油气含量突然升高立即停电进行内部检查由于长时间的过热造成电抗器绝缘严重劣化ForcedOutage2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|47以上对变压器检测手段组合实例可以看出，选用状态检测中不同检测手段的结合，增强了信息的共享，对设备故障的发现更为及时和准确检测设备经济性选择：科学合理、讲究性价比；根据实际情况选择检测设备性能的选择上：每种有效的方法或仪器都有其适用范围信息的共享：应考虑同一的输出格式，同时应制订信息的统一分析简单、灵敏仪器的及时报警，全面、精密仪器的复核2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|48组合应用实例2：变压器负荷智能管理变压器负荷智能管理系统控制组件2024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|492024/1/20|PresentationatTech.App.ForumonSmartPowerSubstation|Xi’an|