10kv架空绝缘线局部放电监测及定位装置关键技术研究与应用科技项目申请书及可行性研究报告.docx
《10kv架空绝缘线局部放电监测及定位装置关键技术研究与应用科技项目申请书及可行性研究报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《10kv架空绝缘线局部放电监测及定位装置关键技术研究与应用科技项目申请书及可行性研究报告.docx（41页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
10kv架空绝缘线局部放电监测及定位装置关键技术研究与应用科技项目申请书及可行性研究报告
公司科技项目
申请书及可行性研究报告
填写说明
一、请严格按照要求填写各项。
二、专业类别根据项目所属专业种类中选择。
三、项目摘要应简要说明项目研究内容和预期成果，字数要求500字以内。
四、项目申请单位指提出项目建议与申请的单位或部门，如总部各部门、直属机构、各分子公司及其所属基层单位等。
五、项目分工应主要描述项目申请单位与协作单位的任务划分，项目计划进度安排应按时间段列出研究推进计划，并明确各阶段交付物及标志性里程。
六、科技经费预算支出科目具体解释见附件2。
七、科技成果的成熟度水平评判标准见附件3。
项目简表
项目名称
10kV架空绝缘线局部放电监测及定位装置研究与应用
项目
负
责
人
姓名
工作单位
供电局
性别
年龄
职称
工程师
项
目
分
类
[]基础性研究
[]前瞻性研究
[√]应用性研究
[]发电技术[]输电技术[]变电技术
[√]配电技术[]用电技术[]电网运行技术
[]信息技术[]通信技术[]物资管理技术
[]电网建设[]继保自动化[]其它
项目起止时间
2017.3—2018.10
申请经费总额
95万元
是否重点项目
项目摘要（500字以内）：
城市配电网络中大量使用着架空绝缘线，沿线绝缘子的故障、树枝跌落或摩擦导致的绝缘破损等缺陷处在都会发生异常放电，最终会使整条线路发生相间短路或相间对地短路，造成电力供应中断。
多年来，架空绝缘线一直是城市配网中的薄弱环节，缺乏有效的监测手段。
本项目针对上述问题开展研究，研究内容包括：
1）提出复合式传感器研究思想，完成复合式传感器的原理研究、结构设计与样品试制，实现容性局部放电传感器与感性脉冲注入天线两种功能集成于一体的传感器设计，降低接线复杂度，提高装置便携性；2）架空绝缘线检测主机设计与实现，包括高速采集板卡设计、高速总线设计、检测主机硬件系统与软件系统设计；3）提出架空线双端时钟技术同步实现架空线带电时绝缘缺陷点定位的思想，达到快速定位架空线路异常放电点与确定放电分支的目的。
本项目研究架空绝缘线绝缘缺陷检测装置具有如下特点：
（1）现场检测时对线路无任何改变，是非侵入式、无损的检测手段。
（2）接线简单，设备主端与从端均只需在架空线远端与近端分别卡上一个复合传感器即可进行检测；
（3）可快速定位放电位置，定位长度达20km，定位误差为15米，并可确定分支线路是否存在放电，相对传统的进口产品沿线巡检方式大大提高了检测效率；
（4）绝缘故障类型判断与三相同时检测。
系统具备区分绝缘子故障（对地）、相间故障、线路对地故障的类型判断功能以及三相同时测量功能，提高工作效率。
预期成果成熟度水平
5级
项目负责人意见：
项目负责人意见：
项目的开展能提出架空线双端时钟技术同步实现架空线带电时绝缘缺陷点定位的思想，达到快速定位架空线路异常放电点与确定放电分支的目的，从而提高配电线路的运行和管理水平。
同意申报。
（签字）年月日
申请单位意见：
（公章）年月日
总部部门、直属机构、分子公司意见：
（公章）年月日
项目分工与计划进度安排
1、项目相关单位及具体分工
单位
具体分工
防城港供电局
（1）负责项目实施及推广应用
（2）主导10kV架空绝缘线局部放电监测及定位装置的需求分析研究
（3）负责10kV架空绝缘线局部放电监测及定位装置的方案制定
（4）提供现场测试数据与检测环境，组织项目验收
协作单位1
（1）复合式传感器设计与试制
（2）双端同步脉冲实现与同步算法研究
（3）检测装置样机研制及试验研究
（4）配合项目承担单位申请专利、申报软件著作权、投稿期刊文章
（5）配合项目承担单位编写技术文件，申报成果奖励
（6）配合完成将样机送第三方权威机构进行性能测试，在第三方权威机构取得软件测试报告
2、计划进度安排
任务名称
开始时间
完成时间
主要内容及交付项
研究方案的落实及实施计划的落实
2017年3月
2017年5月
（1）研究内容：
1）10kV架空绝缘线局部放电监测及定位装置需求分析研究；
2）10kV架空绝缘线局部放电监测及定位装置技术方案确定。
（2）研究成果：
1）10kV架空绝缘线局部放电监测及定位装置需求分析与技术方案报告。
仿真研究与算法设计
2017年6月
2018年1月
（1）研究内容：
1）高频同步脉冲在架空线传输特性研究；
2）复合线圈特性研究、结构设计与制作；
3）双端同步脉冲产生电路拓扑设计、分析与实现；
4）高速采样模块设计、仿真、设计与调试。
（2）研究成果：
1）申请发明专利1项；
2）申请软件著作权1项。
样机研制与现场测试
2018年2月
2018年8月
（1）研究内容：
1）10kV架空绝缘线局部放电监测及定位装置样机研制；
2）现场测试。
（2）研究成果：
1）10kV架空绝缘线局部放电监测及定位装置1套；
2）10kV架空绝缘线局部放电监测及定位装置样机研制报告1份；
3）申请实用新型专利1项；
4）投稿期刊科技论文1篇。
项目验收
2018年9月
2018年10月
（1）研究内容：
1）10kV架空绝缘线局部放电监测及定位装置的现场示范应用；
2）目验收相关材料的编制、成果汇总整理。
（2）研究成果：
1）实现10kV架空绝缘线局部放电监测及定位装置的示范应用；
2）验收报告、验收成果。
编写要求：
1.列出分时间段计划研究内容；
2.分时间段提供成果的内容和形式，要求具有可检查性。
项目组成人员情况
序号
姓名
年龄
职称、职务
工作单位
任务分工
1
工程师、主任助理
防城港供电局
项目总负责
2
工程师、专责
广西电网公司
方案制订及评审，改进及应用
3
工程师、专责
广西电网公司
编制方案，研究检测方法及试制测试仪器
4
工程师、主任
防城港供电局
项目参与
5
助理工程师、管理专责
防城港供电局
负责项目的协调、方案制定工作
6
助理工程师、管理专责
防城港供电局
项目施工
7
工程师、管理专责
防城港供电局
数据分析
8
助理工程师、管理专责
防城港供电局
项目试验工作
9
助理工程师、线路班班长
防城港供电局
项目试验工作
10
助理工程师、管理专责
防城港供电局
项目试验工作
11
助理工程师、线路班班长
防城港供电局
项目试验工作
12
助理工程师、管理专责
防城港供电局
项目试验工作
一、目的和意义
编写要求：
1.描述与项目研究内容紧密相关的公司实际生产力水平和今后的发展方向；
我国6～66kV配电网绝大多数都采用小电流接地系统，线路多暴露于户外，常年经受风吹日晒，线路电杆上的绝缘子劣化、线路与树枝摩擦导致架空导线逐渐产生异常放电/局部放电，如图2-1所示。
局部放电发生后，将逐步降低线路绝缘水平，最终导致相间短路、相间对地短路，造成供电中断。
如何及时发现并排除线路上的这类隐患，提高配电线路的运行和管理水平，多年来一直是运行维护的难题。
随着国家对供电可靠性要求的提高，尤其是智能电网建设的需求，迫切需要解决这一问题。
目前，配电网故障检测和故障诊断的研究主要偏重于故障后检测与诊断。
本项目针对架空绝缘线路的绝缘状态监测开展研究，实现架空线路的故障前预警，将传统的故障后诊断技术发展为故障预警技术，实现高效、安全、可靠的状态监测，提高架空绝缘线路的运行可靠性。
项目主要研究内容包括：
1）复合式传感器设计与研制，达到仅需一个传感器就能实现局部放电检测与定位的功能。
2）局部放电定位装置研制。
装置研制成功后，可达到单次监测可以覆盖单段10km、定位精度±15m、并确定是否分支线上存在放电的目标。
3）绝缘故障类型判断与三相同时检测。
系统具备区分绝缘子故障（对地）、相间故障、线路对地故障的类型判断功能以及三相同时测量功能，提高工作效率。
图2-1由于树枝接触造成的配电线路高阻接地故障
2.阐述项目成果对该现状和技术发展的作用；
本项目提出的问题的成功解决可以极大地提升广西电网在10kV架空线及架空绝缘线的诊断技术水平，在应用方面为广西电网公司积累先期的研发和应用经验。
3.分析成果应用和推广的途径；
通过本项目开展系统而深入的研究，可以掌握国外先进架空线路绝缘监测和诊断技术，研制的设备具有在南方电网推广的前景。
4.分析成果推广后的直接和间接效益。
1）研制出经济而性能更先进的监测设备。
每套研制成本控制在20万元以内，大大节省使用费用。
2）实现对架空绝缘线、架空线路绝缘状况的及时、全面准确评估，有效减少电力用户带来的经济损失、提升供电企业形象，对于用户、供电企业都能带来巨大的经济效益和间接社会效益。
二、项目研究的背景
编写要求：
1.国内外研究水平的现状和发展趋势；
长期以来，对于配电网络中的10kV架空绝缘线及架空线电缆多在线路故障后开展维修，可分为离线检测和在线检测两大类。
2.2.1离线检测方法
1）信号注入法
在故障发生后，向接地线路注入特定频率的电流信号，用信号探测器探测每一条线路，有注入信号流过的线路为故障线路。
判断出故障线路后，使用手持探测器沿着故障线路查找，根据信号寻迹原理确定故障点位置，在接地过渡电阻较小的情况下，定位精度较高。
其缺点是：
注入信号的能量非常有限，而且受导线分布电容影响大，如果故障点经高阻接地，或者故障点距离线路始端很远，那么信号将很微弱无法准确测量，无法辨别故障方向；沿线巡检，效率低。
2）行波法
行波法是利用线路发生故障时产生的向故障点两侧传播的暂态行波进行故障测距。
行波法按其原理可以分为单端测距和双端测距两类。
单端测距是根据线路发生故障后在测量点感受到的第一个正向电压或电流行波浪涌与其在故障点反射波之间的时延计算出测量点与故障点之间的距离；双端测距是根据线路故障产生的初始电压或电流行波浪涌到达线路两端测量点时的绝对时间之差值计算出故障点到两端测量点之间的距离。
单端行波故障测距原理具有很高的准确性，但可靠性难以保证；双端行波故障测距原理具有很高的可靠性，并且可以自动给出测距结果，但需要在线路两端装设检测装置和同步装置。
2.2.3在线检测方法
1）分布式电力线路传感器
这些传感器安装在电力线路上，使用光纤传感器实现线路各个接点故障零序电容电流的测量，并能实现通信功能，用来检测电力线路的参数，通过电力线路参数的改变来判断故障的发生，并由此确定发生接地故障的区段。
该方法投资成本大，处于初步研究与应用阶段。
2）故障指示器
故障指示器是安装在电力线上，可对线路故障进行判断、预警、实时显示并指示故障位置的装置。
最初的故障指示器直接用模拟电路搭建，靠外部冲击电流判断线路故障，故障判断类型单一，且线路之间不通用。
后来发展为数字式故障指示器，通过程控判断线路故障。
目前，国内主流指示器分为如下两种：
1）有源二合一故障指示器：
此类故障指示器在使用时需外加信号源装置（不对称电流源），其原理是：
当线路发生短路故障时，故障指示器根据线路短路故障特征、短路瞬间电流的突变情况及保护动作停电事件作为动作依据，确定短路故障；当线路发生单相接地故障时，安装在变电站母线/出线上的信号源自动在几十秒内按不同脉宽投入大小不同的动态阻性负载，这样在变电站和现场接地点线路之间就会产生叠加在负载电流上的特殊编码的零序电流信号，安装在变电站出线和线路上的故障指示器检测到该电流信号后自动动作，发故障信号。
2）无源二合一故障指示器：
无源二合一指示器在使用中不需要另外增加信号源，只是在短路故障指示器的基础上增加检测单相接地故障的功能。
由于单相故障指示器只能检测本相得电流和感应电场，因此在已有的单相接地故障检测方法中，凡是需要检测零序分量和需要比较各线路测量量才能做出判断的方法都不适合在架空线路上使用。
在线监测技术的缺点：
1）采样精度低，这点会造成主站人员或者运维人员不能真正知道线路的负载电流，更重要的是降低了线路故障判定的准确度，可能造成误报或漏报，影响工作效率；
2）续航能力差，采用电池供电导致故障指示器的使用寿命短，进而需要频繁更换，增加投入的成本和工作量。
3）CT取电或太阳能供电系统安装繁琐，故障率高。
通过CT或太阳能电池板取电，带后备电源，具备短路与接地故障监测、本地指示以及微功率无线组网与通信的功能，可将故障信息实时上报；
4）故障定位成功率很低，不能满足配电系统迅速查找故障点，恢复供电的要求。
5）属于故障后定位，无法进行故障预警，只能等待线路故障后方能起作用。
2.介绍国外研究机构对本项目的研究情况；
近几年，国外在架空绝缘线测试技术方面的研究在逐步开展，研究思路与研究成果处于全球领先水平，取得了一些初步研究成果。
1、超声监测方法
英国的电力公司采用超声监测设备（图2），沿着输电线路巡视监测线路上的异常放电点，我国目前有电力公司引进，方法安全，有一定效果，但检测效率低。
图2超声监测设备沿线路巡视
2、无线射频监测方法
澳大利亚电力与皇家墨尔本理工大学提出无线射频监测方法如图3所示，架空线上的绝缘子或绝缘发生放电时，局部放电信号辐射电磁波并沿着线路传播，安装在线路上的射频天线能够拾取这一信号从而实现线路状态监测，效果良好，但无法定位局部放电发生位置。
图3
3、高频电流监测法
芬兰电力公司与坦佩雷大学（TampereUniversity）提出的高频电流监测法如图4、5所示，首先在实验室开展了可行性研究，将柔性高频电流互感器套装在绝缘线上，在绝缘线上人工生成缺陷，线路靠在树枝上，然后施加高压激发局部放电。
实验表明，可监测低至50pC的放电（线路上的实际放电在20nC的水平）。
然后，在实际的架空绝缘线上开展了测量，如图6所示，效果良好。
在取得工业效果后，甚至将该技术扩展到110kV的架空绝缘线上。
图6
上述局部放电测试技术在欧洲、澳大利亚等国家和地区的重要城市中逐渐开始采用。
可以预期，这些技术将是城市中架空线缆局部放电监测技术的主要发展方向。
3.介绍国内研究机构对本项目的研究情况。
目前国内主要是引进国外的监测设备，尚无开展相关研究的机构。
在国内，多年来科研院所、电力公司等工作主要集中在事故后的故障定位方面。
尚无开展架空绝缘线的绝缘预防性监测工作的公开报道。
综上所述，各种检测手段的对比如下表所示。
检测技术
优点
缺点
备注
信号注入法
通过注入信号判断故障线路，使用手持探测器沿故障线路查找，根据信号寻迹定点，在接地过渡电阻较小的情况下，定位精度较高
注入信号能量有限，受导线分布电容影响大，高阻接地或故障点距离线路始端很远，则无法准确测量；沿线巡检，效率低
故障后检测
单端行波法
准确性很高
可靠性难以保证
故障后检测
双端行波法
双端行波故障测距可靠性高，可自动测距
需要在线路两端装设检测装置和同步装置，成本高
故障后检测
分布式电力线路传感器
使用光纤传感器实现线路各个接点故障零序电容电流的测量，并能实现通信功能，通过线路参数的改变来判断故障并确定故障区段
投资成本大，处于初步研究与应用阶段
故障后检测
故障指示器
可对线路故障进行判断、预警、实时显示并指示故障位置的装置
采样精度低，续航能力差，故障定位成功率很低
故障后检测
超声监测
沿线路巡视监测异常放电点，方法安全
检测效率低
事前检测
无线射频监测
局部放电信号辐射电磁波并沿着线路传播，安装在线路上的射频天线拾取该信号实现线路状态监测
无法定位局部放电位置
事前检测
高频电流监测
将柔性高频电流互感器套装在绝缘线上，可监测低至50pC的放电
定位距离最长不超过10km
事前检测
4.项目研究的技术关键与难点。
4.1项目研究的技术关键
1）复合式传感器研制
提出复合式传感器研究思想，完成复合式传感器的原理研究、结构设计与样品试制，实现容性局部放电传感器与感性脉冲注入天线两种功能集成于一体，达到仅需一个传感器就能实现局部放电检测与定位的功能，降低接线复杂度，提高装置便携性。
2）架空绝缘线检测主机设计与实现
检测主机的设计与实现，研究内容包括高速采集板卡设计、检测主机硬件系统与软件系统设计。
装置研制成功后，可达到单次监测可以覆盖单段20km、定位精度±15m、并确定是否分支线上存在放电的目标。
3）绝缘故障类型判断与三相同时检测。
系统具备区分绝缘子故障（对地）、相间故障、线路对地故障的类型判断功能以及三相同时测量功能，提高工作效率。
4.2项目研究的技术难点
1）局部放电点准确定位
采用何种方式实现架空线带电情况下局部放电位置的定位是本项目研究的难点。
解决方案：
提出双端同步实现架空线绝缘缺陷点定位的思想，采用方向传感器完成放电性质评估，达到快速定位架空线路异常放电点与放电分支确定。
2）三相同时检测与噪声消除
如何才能实现架空线局部放电的三相同时检测，并消除检测时的背景噪声干扰也是本项目的难点之一。
解决方案：
提出同时检测架空线的两相放电信号，并通过相关系数确定两相信号是否相同，从而同时实现三相检测与噪声消除。
三、项目申请单位具备的研究基础和条件
编写要求：
1.项目负责人的情况介绍，专业、特长、工作量和在本项目中的作用；
项目负责人ＸＸＸ，具有高级工程师职称，从事电气试验工作近XX年，发表专业论文数十篇，并负责及参与过多项科技项目，其中多项获得各种科技进步奖项，具有深厚的理论功底、丰富的实践经验的较强的科研能力，长期以来管理新技术引进和开发工作，具有扎实的专业技术基础和丰富的工业实践经验。
2.项目申请单位在相关研究领域曾开展的工作、曾取得的科研成果、曾获得的荣誉；
3.项目申请单位在相关研究领域已有的软硬件平台、理论研究环境、实验室条件等。
四、项目研究内容、技术路线与实施方案
编写要求：
1.项目研究内容的详细说明（分专题或按内容序号描述）。
主要研究内容
1主要技术内容
1）复合式传感器研制
提出复合式传感器研究思想，完成复合式传感器的原理研究、结构设计与样品试制，实现容性局部放电传感器与感性脉冲注入天线两种功能集成于一体，降低接线复杂度，提高装置便携性；
2）架空绝缘线检测主机设计与实现
检测主机的设计与实现，研究内容包括高速采集板卡设计、高速总线设计、检测主机硬件系统与软件系统设计。
系统具有如下特点和功能：
脉冲发射和接收单元、电子开关、通过线路自身传递通讯信号实现两端数据采样系统的同步。
3）开展现场应用试验研究
选取架空绝缘线30-40条，开展现场应用，检验所开发的相关技术和设备的有效性。
监测数据大多为时域数据，数据量大，建立数据库，实现数据分析及管理。
2主要技术难点
1）局部放电点准确定位
采用何种方式实现架空线带电情况下局部放电位置的定位以及放电分支确定是本项目研究的难点。
解决方案：
提出双端同步实现架空线绝缘缺陷点定位的思想，采用方向传感器完成放电性质评估，达到快速定位架空线路异常放电点与放电分支确定。
2）三相同时检测与噪声消除
如何才能实现架空线局部放电的三相同时检测，并消除检测时的背景噪声干扰也是本项目的难点之一。
解决方案：
提出同时检测架空线的两相放电信号，并通过相关系数确定两相信号是否相同，从而同时实现三相检测与噪声消除。
2.项目研究拟采用的技术路线的详细说明。
要描述具体的理论研究步骤，现场试验的地点和试验计划。
需要建设试验手段的项目，要给出试验手段的结构和作用；
2.1系统的工作原理
本项目中研制的架空绝缘线上异常放电（局部放电）监测和定位系统示意图如图7所示，整个系统包含A和B两个部分，它们的组成完全相同，包含一个脉冲发射装置、脉冲接收装置以及高速信号采集系统及信号处理程序。
监测装置的A部分和B部分相距一定距离（10km以内）装在线路的两个点上。
局部放电位置确定，涉及两个步骤：
步骤一：
AB之间线路传播时间的测定
a）设两点相距l，在A端，控制单元启动脉冲发射器产生和发射一个脉冲（幅值为Vc，注入电荷为Qc），该脉冲沿电路传播至B；b）B端的脉冲接收单元收到一个脉冲，并立即启动脉冲发射器反射一个脉冲；c）A端的脉冲接收装置收到B的反射脉冲；d）A端测得发射脉冲和反射脉冲时间间隔为T。
这样脉冲沿整个线路的单向播时间可知为T/2，传播速度v=2l/T；
步骤二：
局部放电脉冲位置的判断
a）局部放电在某时刻发生，脉冲向A和B传播，并由A和B的脉冲测量线圈拾取，假设局部放电脉冲到达A的时刻为t1；
b）在B端的脉冲线圈拾取到局部放电信号后立即启动脉冲发射单圈向A发射脉冲，相当于B接收到的局部放电脉冲在B点被反射回A端，假设A端纪录到的发射脉冲时间为t2。
根据所记录的波形，如图8所示，假设首端在时间t1接收到第一个脉冲（幅值为Vq），在时间t2接收到远端反射回的第二个脉冲，则局部放电发生的位置x（距离首端）可以确定：
图7架空绝缘线局部放电检测和定位示意图
3.理论研究和试验内容与项目总目标的因果关系；
通过理论研究，包括：
1）采用ANSYS对线圈的电磁场进行仿真研究；2）采用Pspice对电子开关的开通及关断特性进行仿真研究；3）对局部放电信号在长线中的传播机理和衰减特性进行研究。
上述理论研究结果为复合式传感器的试制、双端同步模块的设计以及放电点的定位算法实现提供了理论基础，最终达到本项目研制局部放电监测设备的目标。
4.需要多家单位共同承担的项目，需要写明各家的分工、职责和提供的成果；项目的组织方式；合作方式、知识产权和成果分享的初步方案；
4.1本项目由防城港供电局牵头，外协单位配合实施
防城港供电局承担的主要任务包括：
1）主导检测设备的技术方案与实施方案；
2）提出数据库管理分析软件的需求方案；
3）为外协单位提供现场经验支持；
4）与外协单位一起研制局放监测系统；
5）与外协单位一起研究几种典型缺陷中局放发生的规律及线路绝缘状态的评估方法。
外协单位的主要任务：
1）研制局放监测系统以及绝缘缺陷性质的分析和绝缘状态评估软件的开发；
2）监测设备的组装和现场测试。
4.2知识产权等
发表的文章和申请的专利由防城港供电局和外协单位完成并共享知识产权。
5.外委的工作内容和工作量；
序号
外协内容
工作量
1
10kV架空绝缘线局部放电监测及定位装置硬件系统设计
200工日
2
复合式传感器设计
200工日
3
双端同步硬件设计与算法设计
200工日
6.需要国际合作，要写明与外方的合作方式、知识产权和成果分享的初步方案，及以前的工作联系；
无。
7.对于装置、设备开发的项目，要提出装置或设备的开发计划及设计方案。
（1）架空线在线监测与定位原理框图
架空线局部放电在线监测与定位原理图如下图所示，从图中可见，系统在被测架空线的始端（A端）与末端（B端）各装一套装置。
在A端，装置由卡在架空线接地线上的复合传感器A、主端检测主机A构成。
B端装置也由复合传感器B与主端检测主机B组成。
其中，复合传感器完成两端时钟脉冲同步与局部放电信号耦合的双重功能。
由于复合传感器采用卡钳式结构，在现场检测时只需卡到架空线即可。
升级会员 