智能电网中的传感技术

一、智能电网与传感技术二、国家电网公司智能电网规划中的传感技术三、智能电网传感技术分类四、传感技术应用案例科技部《智能电网重大科技产业化工程“十二五”专项规划》为支持智能电网发展，需要对以下产业进行布局:（1）清洁能源发电。智能电网建设将大幅度提高电网接纳间歇性清洁能源发电能力，是清洁能源发电进一步快速发展的前提；（2）清洁能源发电设备制造，如风力发电、太阳能发电等;（3）新材料产业，如光电转换材料、储能材料、绝缘材料、超导材料、纳米材料等；（4）电网设备制造产业，如新型电力电子器件、变压器等；（5）信息通信、仪器仪表、传感、软件等；（6）新能源汽车产业。传感器接口及植入技术，电子式互感器（EVT/ECT）的集成设计技术，智能开关设备的技术标准体系及智能化实施方案；适用于气体介质的压力与微水、高抗振性能的位移、红外定位温度、声学、局部放电信号等传感器及接口技术，各类传感器的可靠性设计技术和检验标准；高压设备基于RFID、GPS及状态传感器的一体化识别、定位、跟踪和监控的智能监测模型，输变电设备智能测量体系下的全景状态信息模型。实用的新型电力参量传感器，以及多参量感知集成的无线传感器网络技术、多测点多参量的光纤传感网络技术；多种传感装置的融合技术；电力传感网综合信息接入与传输平台技术；电力物联网编码技术、海量数据存储、过滤、挖掘和信息聚合技术；新一代高性能电力线载波（宽带/窄带）关键通信技术；电力新型特种光缆及试点工程，新型特种光缆设计、制造、试验、施工、运维等配套支撑技术及基本技术框架，新型特种光缆的应用模式和技术方案。1满足新能源布局下我国大范围电能安全优化调配需求的输电网结构问题。2实现我国主干输电网潮流灵活控制的技术架构问题。3通道畅通共享，信息无缝集成的智能化变电站的构建问题。科学问题4具有对潜在故障自我检测、自我保护能力的智能化输电线路和智能化高压设备的研制问题。关键技术1与新能源结构相适应的输电网规划技术和标准2输电网的灵活功率控制技术3智能变电站技术体系和标准4智能化一次电力设备（变压器、开关）技术和标准5输电网的状态监测和状态检修技术国家电网公司规划电网基础体系技术支撑体系智能应用体系标准规范体系一个目标三个阶段两条主线四个体系五个内涵坚强智能电网技术主线管理主线2009-2010年：规划试点阶段2011-2015年：全面建设阶段2016-2020年：完善提升阶段坚强可靠经济高效清洁环保透明开放友好互动六个环节发电输电变电配电用电调度3、建设输电线路状态监测中心，实现对特高压线路、重要输电走廊、大跨越、灾害多发区的环境和运行状态参数的集中监测和灾害预警。4、广泛采用柔性交流输电技术，提高线路输送能力和电压、潮流控制的灵活性，技术和装备全面达到国际领先水平。1、加快建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网。2、全面实施输电线路状态检修和全寿命周期管理。发展目标：与传感器相关的坚强智能电网环节1、特高压后续交直流工程建设。2、跨区联网工程建设。实现新疆与西北主网联网、西藏与青海联网运行。3、开展特高压可控电抗器等关键技术研发并示范应用。开展柔性输电关键技术研究。重点工作：4、全面实施线路状态检修和全寿命周期管理。5、建立输变电设备状态监测中心及灾害预警系统。坚强智能电网输电环节〔2009〕1435号(关于印发《智能电网关键设备（系统）研制规划》通知；2008年《架空输电线路在线监测系统通用技术条件》等4项；2009年《智能变电站技术导则》、《智能变电站设计规范》；2010年《高压设备智能化技术导则》2010年《智能变电站合并单元技术规范》、《智能变电站测控单元技术规范》、《智能变电站继电保护技术规范》等数项；2010年《输电线路状态监测系统技术规范》、《输电线路状态监测系统建设原则》；2010年《输电线路状态监测代理技术规范》、《输电线路等值覆冰厚度监测装置技术规范》等9项规范〔2010〕1号(关于印发电力变压器、高压开关设备智能化技术条件的通知)；〔2010〕95号(关于印发输变电设备状态监测系统概要设计及相关数据规范、通信技术方案的通知；2011年《变电设备在线监测系统技术导则》；2011年《变电设备在线监测系统运行管理规范》等5项标准2011年《变电设备在线监测I2接口网络通信规》中国证券报|发布日期：2013-05-28对电力设备进行必要监测，保证其稳定运行，对电力系统运行的可靠性、安全性具有重要意义。随着在线监测技术不断发展和成熟，以及在线监测技术近年来在我国电力系统的成功应用，状态检修替代定期检修已被电力系统所接受和认同，成为设备检修的必然趋势。国家电网公司明确提出，要从2010年起开始全面推广实施设备状态检修，全面提升设备智能化水平，推广应用智能设备和技术，实现电网安全在线预警和设备智能化监控。电力设备在线监测技术是指直接安装在电力设备上可实时记录表征设备运行状态特征量的测量和诊断系统及技术。在线监测系统一般由先进的传感器技术、计算机与信息处理技术、通讯系统、专家分析系统及较为完备的系统数据信息库组成电力设备在线监测领域投资价值凸现，在线监测产品的下游需求高增长可以维持。一是电网公司实行状态检修与建设智能电网的战略已经确定，电网可靠性要求更加严格，在线监测产品已是其不可或缺的重要组成；二是除新增变电站需求外，存量改造部分有更大的空间；三是在线监测产品有从单一产品监测到变电站综合监测系统发展的趋势。除此之外，随着电力设备日益增加和线路工人的短缺，电网更需要依赖在线监测产品提高管理水平。1、电压传感器（互感器）：与传统一致。2、电流传感器（互感器）：全光CT（重点与难点）3、相位：PMU，目前主要为广域测量系统（WideAreaMeasurementSystem,WAMS)服务，其用途逐渐在挖掘中。风能、太阳能、电网设备热容量、电力设备老化、状态评估、外绝缘、覆冰等都与环境气象条件有关。1、温度：设备输送容量、外绝缘电阻、老化。红外、集成温度传感器。2、湿度：外绝缘电阻。湿度传感器。3、风参数：风电预测、输送容量、导线舞动。风力风向集成传感器、加速度风力传感器。4、日照强度：紫外、辐射、设备老化、输送容量。气象用。5、雨量：外绝缘、输入容量。气象用。6、雪：覆冰、冰闪。间接计算。电网信息比较简单：电压、电流、相位三个参数就可以计算电网容量、有功、无功、电能质量、谐波，用于电网安全稳定、自动化、继电保护、故障定位等。而且频率基本在50Hz左右，容易测量。设备信息则数量繁多，一是设备品种繁多，二是设备状态评估复杂。既有电量如电压、电流、功率，又有非电量如物质成分、机械参数、环境参数。而且，参数频率从直流可到6GHz，从微弱信号纳秒、纳伏、微安、PPM到千伏、千安、秒量级。信号范围很广。比如电量传感器器：局部放电传感器：高频传感器器10MHz-300MHz，特高频UHF传感器300MHz-3GHz，常规局放传感器30KHz-200KHz即可，定位传感器可达6GHz，局部放电是电力设备状态评估的重要参数。再如物质成分传感器：气体成分传感器，GIS里的微水、SF6分解物、变压器油中气体氢气、甲烷、乙炔等。其它比较难的还有空间电荷传感器、带信号处理的智能传感器等，都在案例1-智能输电国家电网公司智能电网输电环节设备的研制规划风速、风向气温、湿度气压、雨量日照辐射分布电压泄漏电流绝缘子监测微气象监测杆塔监测雷击闪络张力倾角力学参数监测杆塔倾斜导线监测视频监控光伏电源管理分布式监控终端线路监测信息：广域、全景、实时、准确可靠短信导线温度故障定位线路电流导线覆冰导线舞动视频图像太阳能电板最大功率点跟踪电池保护电量计通讯管理远程通讯GPRS/CDMA3G通讯解决方案：可靠、灵活、功能强大通讯管理机及分布式监控终端软件可实现远程升级现场总线以太网Zigbee有线网络无线网络综合监控平台线路信息系统DLR动态提高输送容量系统专家系统绝缘子状态评估导线覆冰预警导线舞动预警图表、曲线、数据、视频用户管理、参数配置WEB信息查询短时容量预测导线温度模型(CTM)气候模型（WM)确定最大输送容量导线安装单元采用无线网络现场无线维护、诊断S1S2S3S4S1S2S3S4S5S6S7M1M2M3CM2CM1S6S6M1M2CS6M1M2CS6M1M2CS6M1M2CCBDS1GS1DS2GS2HGS系统网S1S2S3S4智能组件注：1.S1:温度2.S2:湿度3.S3:气体压力4.S4:局部放电5.S5:分合闸线圈电流6.S6:机构电机电流7.S7:机械特性8.M1:机构储能报警9.M2:位置10.M3:压力闭锁11.C:控制信号检测控制测量光纤机构箱机构箱机构箱机构箱机构箱断路器机构箱S9电压、电流油中溶解气体底层油温OLTCC有载调压冷却系统智能组件注：1.S1、S2顶层油温，S3、S4底层油温2.S5、S6、S9、S10电压、电流3.S7、S8局部放电4.S11气体继电器5.S12油中溶解气体S5S66.S13油中水分7.S14铁芯接地电流8.C冷却系统9.OLTC有载调压系统S1S2S3S4S7S12S14S8铁芯接地电流局部放电顶层油温局部放电电压、电流系统网络S13S11气体继电器油中水分S10站控层通信网络变压器监测主IED综合测量IED局部放电监测IED铁心接地电流监测IED变压器套管绝缘监测IEDUHF、AE、HFCT传感器铁心接地电流传感器套管末屏传感器有载调压开关监测IED有载调压开关振动和电流过程层通讯网络油色谱及及微水监测IED变压器本体变压器智能组件柜站控层服务器IEC61850放油阀绕组光纤温度、油温、油位、环境温度、湿度等可接入过程层IEC61850声学指纹监测IED振动传感器变压器智能组件监测功能组主要的监测参数包括油中气体、局部放电、振动、微水、油温、泄漏电流等，监测部件包括油纸、套管、有载开关、铁心、线圈等站控层通信网络系统测控装置合并单元局部放电监测IEDSF6气体状态监测IED避雷器监测IEDUHF传感器SF6微水、密度、温度传感器泄露电流传感器断路器动作特性监测IED振动传感器、电流传感器过程层网络状态监测主IEDIEC61850IEC61850GIS本体GIS智能组件柜站控层服务器IEC61850IEC61850系统由GIS局部放电监测IED、GIS气体状态监测IED、断路器监测IED、避雷器监测IED、等子IED及GIS监测主IED等部分构成。1、传感器：电量（电压、电流、局放）、非电量（温度、物质成分（SF6杂质、油中气体）、微水、视频）、振动、超声波等；2、电子测量元件：高可靠性的电子元器件；放大、滤波硬件；抗干扰软硬件等；3、高级应用（智能）分析软件：信号处理、状态评估、寿命预测、图像识别、基于云（计算）的软件等；4、基于物联网的无线通讯模块、物联网传感器等。系统特点：低成本、广覆盖、易安装维护Internet监控中心温度、局放复合监测探头局放监测探头无线通讯管理机j无线网络一体式温度监测探头云台式监控型红外仪云台式一体化摄像机i户外网络交换机套管类、导线接头类测温场景监视、设备外观、表计遥视温度、局放复合监测探头一体式局放监测探头无线网络温度监测探头无线通讯管理机i一体化摄像机场景监视、设备外观、表计遥视j母排、开关类测温变压器、GIS、CT、PT类监测放电便携式巡检仪无线网络状态预警、信息发布单机组综合信息采集配网设备、线路、变电站局放、温度、外观等风信号振动信号定子、转子电压、电流动态同步信号振动信号发电机温度机舱温度、振动覆冰、腐蚀、外观、场景图像叶片覆冰、变形、各类机械件裂、损声发射箱变状态信号:开关量、温度、局放等综合智能监控系统无线或光纤区域数据中心案例4-新能源发电-风电场监测