智能電網(wǎng)中的傳感技術

智能電網(wǎng)中的傳感技術第1頁/共27頁一、智能電網(wǎng)與傳感技術二、國家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)規(guī)劃中的傳感技術三、智能電網(wǎng)傳感技術分類四、傳感技術應用案例目錄第2頁/共27頁科技部產(chǎn)業(yè)規(guī)劃科技部《智能電網(wǎng)重大科技產(chǎn)業(yè)化工程“十二五”專項規(guī)劃》為支持智能電網(wǎng)發(fā)展，需要對以下產(chǎn)業(yè)進行布局:（1）清潔能源發(fā)電。智能電網(wǎng)建設將大幅度提高電網(wǎng)接納間歇性清潔能源發(fā)電能力，是清潔能源發(fā)電進一步快速發(fā)展的前提；（2）清潔能源發(fā)電設備制造，如風力發(fā)電、太陽能發(fā)電等;（3）新材料產(chǎn)業(yè)，如光電轉(zhuǎn)換材料、儲能材料、絕緣材料、超導材料、納米材料等；（4）電網(wǎng)設備制造產(chǎn)業(yè)，如新型電力電子器件、變壓器等；（5）信息通信、儀器儀表、傳感、軟件等；（6）新能源汽車產(chǎn)業(yè)。第3頁/共27頁電網(wǎng)信息與通信方面第4頁/共27頁傳感器接口及植入技術，電子式互感器（EVT/ECT）的集成設計技術，智能開關設備的技術標準體系及智能化實施方案；適用于氣體介質(zhì)的壓力與微水、高抗振性能的位移、紅外定位溫度、聲學、局部放電信號等傳感器及接口技術，各類傳感器的可靠性設計技術和檢驗標準；高壓設備基于RFID、GPS及狀態(tài)傳感器的一體化識別、定位、跟蹤和監(jiān)控的智能監(jiān)測模型，輸變電設備智能測量體系下的全景狀態(tài)信息模型。智能輸變電技術與裝備第5頁/共27頁實用的新型電力參量傳感器，以及多參量感知集成的無線傳感器網(wǎng)絡技術、多測點多參量的光纖傳感網(wǎng)絡技術；多種傳感裝置的融合技術；電力傳感網(wǎng)綜合信息接入與傳輸平臺技術；電力物聯(lián)網(wǎng)編碼技術、海量數(shù)據(jù)存儲、過濾、挖掘和信息聚合技術；新一代高性能電力線載波（寬帶/窄帶）關鍵通信技術；電力新型特種光纜及試點工程，新型特種光纜設計、制造、試驗、施工、運維等配套支撐技術及基本技術框架，新型特種光纜的應用模式和技術方案。電網(wǎng)信息與通信技術第6頁/共27頁國務院智能電網(wǎng)項目中相關內(nèi)容1滿足新能源布局下我國大范圍電能安全優(yōu)化調(diào)配需求的輸電網(wǎng)結構問題。2實現(xiàn)我國主干輸電網(wǎng)潮流靈活控制的技術架構問題。3通道暢通共享，信息無縫集成的智能化變電站的構建問題?？茖W問題4具有對潛在故障自我檢測、自我保護能力的智能化輸電線路和智能化高壓設備的研制問題。第7頁/共27頁智能輸變電（續(xù)）關鍵技術1與新能源結構相適應的輸電網(wǎng)規(guī)劃技術和標準2輸電網(wǎng)的靈活功率控制技術3智能變電站技術體系和標準4智能化一次電力設備（變壓器、開關）技術和標準5

輸電網(wǎng)的狀態(tài)監(jiān)測和狀態(tài)檢修技術第8頁/共27頁國家電網(wǎng)公司規(guī)劃電網(wǎng)基礎體系技術支撐體系智能應用體系標準規(guī)范體系一個目標三個階段兩條主線四個體系五個內(nèi)涵堅強智能電網(wǎng)技術主線管理主線2009-2010年：規(guī)劃試點階段2011-2015年：全面建設階段2016-2020年：完善提升階段堅強可靠經(jīng)濟高效清潔環(huán)保透明開放友好互動六個環(huán)節(jié)發(fā)電輸電

變電配電用電調(diào)度第9頁/共27頁3、建設輸電線路狀態(tài)監(jiān)測中心，實現(xiàn)對特高壓線路、重要輸電走廊、大跨越、災害多發(fā)區(qū)的環(huán)境和運行狀態(tài)參數(shù)的集中監(jiān)測和災害預警。4、廣泛采用柔性交流輸電技術，提高線路輸送能力和電壓、潮流控制的靈活性，技術和裝備全面達到國際領先水平。1、加快建設以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅強電網(wǎng)。2、全面實施輸電線路狀態(tài)檢修和全壽命周期管理。發(fā)展目標：與傳感器相關的堅強智能電網(wǎng)環(huán)節(jié)第10頁/共27頁1、特高壓后續(xù)交直流工程建設。2、跨區(qū)聯(lián)網(wǎng)工程建設。實現(xiàn)新疆與西北主網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)、西藏與青海聯(lián)網(wǎng)運行。3、開展特高壓可控電抗器等關鍵技術研發(fā)并示范應用。開展柔性輸電關鍵技術研究。重點工作：4、全面實施線路狀態(tài)檢修和全壽命周期管理。5、建立輸變電設備狀態(tài)監(jiān)測中心及災害預警系統(tǒng)。堅強智能電網(wǎng)輸電環(huán)節(jié)

第11頁/共27頁國家電網(wǎng)部署〔2009〕1435號(關于印發(fā)《智能電網(wǎng)關鍵設備（系統(tǒng)）研制規(guī)劃》通知；2008年《架空輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)通用技術條件》等4項；2009年《智能變電站技術導則》、《智能變電站設計規(guī)范》；2010年《高壓設備智能化技術導則》2010年《智能變電站合并單元技術規(guī)范》、《智能變電站測控單元技術規(guī)范》、《智能變電站繼電保護技術規(guī)范》等數(shù)項；2010年《輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)技術規(guī)范》、《輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)建設原則》；2010年《輸電線路狀態(tài)監(jiān)測代理技術規(guī)范》、《輸電線路等值覆冰厚度監(jiān)測裝置技術規(guī)范》等9項規(guī)范〔2010〕1號(關于印發(fā)電力變壓器、高壓開關設備智能化技術條件的通知)；〔2010〕95號(關于印發(fā)輸變電設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)概要設計及相關數(shù)據(jù)規(guī)范、通信技術方案的通知；2011年《變電設備在線監(jiān)測系統(tǒng)技術導則》；2011年《變電設備在線監(jiān)測系統(tǒng)運行管理規(guī)范》等5項標準2011年《變電設備在線監(jiān)測I2接口網(wǎng)絡通信規(guī)》第12頁/共27頁中國證券報|發(fā)布日期：2013-05-28對電力設備進行必要監(jiān)測，保證其穩(wěn)定運行，對電力系統(tǒng)運行的可靠性、安全性具有重要意義。隨著在線監(jiān)測技術不斷發(fā)展和成熟，以及在線監(jiān)測技術近年來在我國電力系統(tǒng)的成功應用，狀態(tài)檢修替代定期檢修已被電力系統(tǒng)所接受和認同，成為設備檢修的必然趨勢。國家電網(wǎng)公司明確提出，要從2010年起開始全面推廣實施設備狀態(tài)檢修，全面提升設備智能化水平，推廣應用智能設備和技術，實現(xiàn)電網(wǎng)安全在線預警和設備智能化監(jiān)控。電力設備在線監(jiān)測技術是指直接安裝在電力設備上可實時記錄表征設備運行狀態(tài)特征量的測量和診斷系統(tǒng)及技術。在線監(jiān)測系統(tǒng)一般由先進的傳感器技術、計算機與信息處理技術、通訊系統(tǒng)、專家分析系統(tǒng)及較為完備的系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息庫組成電力設備在線監(jiān)測領域投資價值凸現(xiàn)，在線監(jiān)測產(chǎn)品的下游需求高增長可以維持。一是電網(wǎng)公司實行狀態(tài)檢修與建設智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略已經(jīng)確定，電網(wǎng)可靠性要求更加嚴格，在線監(jiān)測產(chǎn)品已是其不可或缺的重要組成；二是除新增變電站需求外，存量改造部分有更大的空間；三是在線監(jiān)測產(chǎn)品有從單一產(chǎn)品監(jiān)測到變電站綜合監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。除此之外，隨著電力設備日益增加和線路工人的短缺，電網(wǎng)更需要依賴在線監(jiān)測產(chǎn)品提高管理水平。

電力設備在線監(jiān)測成趨勢

第13頁/共27頁1、電壓傳感器（互感器）：與傳統(tǒng)一致。2、電流傳感器（互感器）：全光CT（重點與難點）3、相位：PMU，目前主要為廣域測量系統(tǒng)（WideAreaMeasurementSystem,WAMS)服務，其用途逐漸在挖掘中。電網(wǎng)用傳感器第14頁/共27頁風能、太陽能、電網(wǎng)設備熱容量、電力設備老化、狀態(tài)評估、外絕緣、覆冰等都與環(huán)境氣象條件有關。1、溫度：設備輸送容量、外絕緣電阻、老化。紅外、集成溫度傳感器。2、濕度：外絕緣電阻。濕度傳感器。3、風參數(shù)：風電預測、輸送容量、導線舞動。風力風向集成傳感器、加速度風力傳感器。4、日照強度：紫外、輻射、設備老化、輸送容量。氣象用。5、雨量：外絕緣、輸入容量。氣象用。6、雪：覆冰、冰閃。間接計算。環(huán)境傳感器第15頁/共27頁電網(wǎng)信息比較簡單：電壓、電流、相位三個參數(shù)就可以計算電網(wǎng)容量、有功、無功、電能質(zhì)量、諧波，用于電網(wǎng)安全穩(wěn)定、自動化、繼電保護、故障定位等。而且頻率基本在50Hz左右，容易測量。

設備信息則數(shù)量繁多，一是設備品種繁多，二是設備狀態(tài)評估復雜。既有電量如電壓、電流、功率，又有非電量如物質(zhì)成分、機械參數(shù)、環(huán)境參數(shù)。而且，參數(shù)頻率從直流可到6GHz，從微弱信號納秒、納伏、微安、PPM到千伏、千安、秒量級。信號范圍很廣。比如電量傳感器器：局部放電傳感器：高頻傳感器器10MHz-300MHz，特高頻UHF傳感器300MHz-3GHz，常規(guī)局放傳感器30KHz-200KHz即可，定位傳感器可達6GHz，局部放電是電力設備狀態(tài)評估的重要參數(shù)。再如物質(zhì)成分傳感器：氣體成分傳感器，GIS里的微水、SF6分解物、變壓器油中氣體氫氣、甲烷、乙炔等。其它比較難的還有空間電荷傳感器、帶信號處理的智能傳感器等，都在設備傳感器第16頁/共27頁

案例1-智能輸電第17頁/共27頁智能輸電環(huán)節(jié)發(fā)展部署國家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)輸電環(huán)節(jié)設備的研制規(guī)劃第18頁/共27頁智能輸電第19頁/共27頁案例2--智能組件開關智能組件第20頁/共27頁變壓器智能組件第21頁/共27頁變壓器智能組件變壓器智能組件監(jiān)測功能組主要的監(jiān)測參數(shù)包括油中氣體、局部放電、振動、微水、油溫、泄漏電流等，監(jiān)測部件包括油紙、套管、有載開關、鐵心、線圈等

第22頁/共27頁GIS智能組件系統(tǒng)由GIS局部放電監(jiān)測IED、GIS氣體狀態(tài)監(jiān)測IED、斷路器監(jiān)測IED、避雷器監(jiān)測IED、等子IED及GIS監(jiān)測主IED等部分構成。第23頁/共27頁智能電力設備核心技術和部件1、傳感器：電量（電壓、電流、局放）、非電量（溫度、物質(zhì)成分（SF6雜質(zhì)、油中氣體）、微水、視頻）、振動、超聲波等；2、電子測量元件：高可靠性的電子元器件；放大、濾波硬件；抗干擾軟硬件等；3、高級應用（智能）分析軟件：信號處理、狀態(tài)評估、壽命預測、圖像識別、基于云（計算）的軟件等；4、基于物聯(lián)網(wǎng)的無線通訊模塊、物聯(lián)網(wǎng)傳感器等。第24頁/共27頁案例3變電站全站監(jiān)測系統(tǒng)特點：低成本、廣覆蓋、易安裝維護第