计量在线监测系统研究与实施-开题报告

中国南方电网有限责任公司科技项目开题报告 项目名称：计量在线监测系统的研究与实施项目编号：K-GD2012-283起止时间：2012年5月至2013年3月实施单位：潮州供电局计量部项目负责人：曾培亮联系电话： 0768-2138821目录一、研究目标3二、国内外研究现状52.1.与项目研究内容紧密相关的技术发展历史的简要回顾52.2.国内外研究水平的现状和发展趋势6三、研究内容91、主要研究要点92、拟解决的主要技术难点9四、技术路线、创新点与预期成果121、技术路线与实施方案122、创新点343、预期成果34五、预期的主要技术经济指标34六、组织架构与任务分工37七、时间进度安排及考核标准38八、研究可能存在的问题及解决措施40九、质量保证措施40一、研究目标现代工农业生产和人民生活都离不开电能。发电厂与变电站的高压电能计量装置，关系到发电、送电、供电三方的利益。现场高压计量装置由电流互感器、电压互感器、二次回路、表四个部分组成。计量检定的实际工作中存在下列问题：1、当前，有很多互感器未经检定就投运；2、从目前一些已检定互感器的情况来看，存在下列问题：（1）互感器超差较严重，超差互感器达到10%以上；（2）通过对电厂新互感器进行检测，互感器误差都为正误差，负荷普遍选择较小，一般互感器的误差最大可达到±0.3%，加上压降造成的误差，误差将达到0.4%0.5%，每年造成电网公司电量损失达到几十亿；（3）从供电可靠性来说,要求少停电或不停电,测量检测的时间要求尽可能的缩短。 3、电力公司目前采用的对计量器具的测试大多数采取实验室校验后投入现场使用，但是这种方法目前看有如下的一些弊端：（1）试验室的情况和现场情况有很大的不同，如温湿度等，导致一些设备现场测试结果和实验室测试结果有很大不同；（2）试验室无法得出设备现场实际带负载情况；如电压互感器，电流互感器的负荷不停变化，而实验室检定互感器时用固定的负载来模拟现场负载。（3）试验室无法得到实时电压互感器二次压降值。4、以上所提到的检定工作要求具有工作量大，实时性不及时以及重复投资的问题。当需要现场校验电流、电压互感器误差时，需要停电操作，同时所需携带设备笨重，接线复杂，工作量大等问题。并且还具有检定人员出现操作错误时易造成的安全事故。由此可见，传统的误差校验已很难满足电力飞速发展的要求。为了确保电能计量装置的准确可靠，迫切需要寻求新的更加行之有效的检测电能计量装置误差的方法。计量用互感器在线监测系统应运而生。计量用互感器在线监测技术研究应用和吸收了计算机、传感器、通信和网络、数字信号处理以及智能诊断等技术的最新成果，可实现计量设备检定从传统方式向优化决策的转变，实现计量设备的状态监测和基于状态的优化检修方案，减少停电试验工作量和维护费用，提高系统供电可靠性，提高设备维护效率，以及及时发现设备故障，减少突发性事故损失等等。互感器在线监测应是今后计量检定工作的发展方向。本项目的目标:1、在控制室或供电局能实时监测变电站电能计量装置的误差，可得出实际运行情况下电能计量综合误差，为追补电量提供依据。2、通过在线检测，可以得出互感器的误差，并通过增加虚拟负荷的方法，可以补偿互感器的误差，挽回电网公司的巨大电量损失。3、实现计量设备检定从传统方式向优化决策的转变，实现计量设备的状态监测和基于状态的优化检修方案，减少停电试验工作量和维护费用，提高系统供电可靠性，提高设备维护效率，以及及时发现设备故障，减少突发性事故损失。二、国内外研究现状2.1.与项目研究内容紧密相关的技术发展历史的简要回顾目前在线监测系统大体有三种模式：集中式在线监测系统、分区集中的模拟总线在线监测系统、分布式的数字化在线监测系统。集中式在线监测系统是通过大量的屏蔽电缆将模拟信号由现场传感器引导至控制室的计算机，计算机通过扩展其外围电路，集中采集各路模拟信号，进行数据处理和检测。集中式系统有着很大缺点，其一是模拟信号在变电站复杂的电磁环境下经过较长距离的传输，很难保证信号的不失真，从而影响测试的稳定度和准确度；其二是系统不能对各监测设备进行同步测量，从诊断的角度看，无法准确地通过不同设备同一时刻的测量量进行横向比较来判断设备的好坏；其三是现场需铺设大量的电缆，工程量大。分区集中的模拟总线在线监测系统是根据变电站设备的分布情况将被测信号分成若干个区域，分别进行汇集和选通，然后通过模拟信号传送到控制室计算机系统。该方式的主要进步是减少了现场电缆量，但在信号抗干扰传输和同步测量上仍无改进。分布式数字化系统从根本上解决了模拟信号长距离传输易受干扰、同步测量和减少现场工程量的问题。分布式系统由安装在变电站内的数据采集及处理系统、控制室内的站内主控系统构成。站内数据采集与处理系统对模拟信号实现就地的数字化处理，再通过现场总线将数字化的模拟信号传送到控制室主控机，主控机同时还能实现测量的同步控制以及测量参数等的控制。2.2.国内外研究水平的现状和发展趋势通常情况下，计量装置的故障是逐渐形成的,造成的常见后果是计量装置综合误差的增大。电能计量装置综合误差包括电能表误差、互感器误差、PT二次回路压降、CT二次回路导纳和负荷等引起的误差，计量装置综合误差的大小取决于它的设计和制造水平，以及运行环境和运行时间等。按照误差源分类，现有监测技术主要有：(1)电能表误差：对于电能表误差的测量，普遍采用多路轮询与标准表对比的方式，虽然这种方法降低了计量人员的工作量，但是，当在线监测技术达到一定规模时，标准表的校准也是一项不小的工作负荷；(2)PT、CT误差及综合误差：结合PT、CT的二次负荷，采用推算法进行PT、CT误差的计算；对于综合误差的计算，根据综合误差的定义，进行电能表误差、PT合成误差、CT合成误差以及PT二次回路电压降引起的合成误差求和，得出综合误差；(3)PT二次回路压降和二次回路负荷测量：采用并联方式测量PT二次回路PT端和电能表端电压计算二次回路压降；采用串联方式测量二次回路电流，从而根据PT端电压和二次回路电流计算回路的二次负荷，该测量方法的重点是，防止测量回路对对运行回路的影响，如系统内部短路对电路回路的影响，以及系统内部开路对电流回路的影响，保证电力运行的可靠性；(4)CT二次回路导纳和二次回路负荷测量：对于CT二次回路导纳的测量方法主要有两种，一种是基于声频励磁导纳法测量CT二次回路导纳已经是一项比较成熟的技术，被写进美国科教书，并且美国、澳大利亚、日本等国已经依据导纳法测试原理生产出专用的二次回路在线检测设备，该项方法有效地消除了工频及谐波对测量结果的影响。另外一种是通过测量CT出线侧的电压和二次回路电流，实现CT二次回路负荷的测量，从而计算二次回路的导纳。国内外对计量在线检测研究较少，主要以澳大利亚红相电力公司生产的类似在线检测的产品为代表，不过监测的对象较少，只对电能表和PT、CT的二次进行监测，监测软件的功能较少。概括如下：(1)系统特点电压、电流量程自动切换测量显示各个瞬时量参数显示电压、电流向量图能够实现本地手动控制和自动控制实现对电能表误差测量、PT二次压降测量、CT二次回路的导纳监测。能够远程控制对特定回路的电能表误差测量、PT二次压降测量、CT二次回路的导纳测量。本地和远程报警功能具备报警自动回拨功能，提醒用户现场出现的异常情况。可以存储测试数据,方便远程进行数据下载汉化界面数据库管理,方便现代化管理需要多种通信方式：PSTN/GSM/LAN 网络(2)软件功能本地或远程设置系统参数本地或远程下载系统的数据统计数据产生数据报表显示测量变化的趋势图实时分析并显示系统的各项报警输出打印(3)技术参数标准表精度: 0.05%检测回路: 5个 (可以扩展)电压回路：适用各种电压等级 电流回路：0.1A10A 工作电源：AC 220V±10%  50Hz工作频率：50Hz±10% 环境温度：-1050外磁场干扰：<0.005/mt三、研究内容1、主要研究要点电能计量装置包括电能表、互感器、二次接线三部分，误差亦由这三部分误差组成，统称综合误差，即为电能表误差、互感器合成误差、电压互感器二次导线压降引起的误差三者的代数和。因此本项目的研究要点主要包括以下几个方面：(1)电能计量装置在线测试技术研究包括PT二次压降、二次负荷在线测试技术、电磁式PT和电容式PT在线测试技术、CT二次负荷在线测试技术、CT误差在线测试技术以及电能表误差在线测试技术。(2)系统的安全性及可靠性研究包括与一次设备的安全隔离技术、在线监测系统可靠性、稳定性及容错技术研究。(3)分布式系统在线监测同步技术研究实现各监测终端数据采集的同步性，从而保证监测数据的有效性。2、拟解决的主要技术难点(一)电容式电压互感器误差在线测试电容式电压互感器误差包含分压器误差、电磁单元误差及电源频率变化和温度变化引起的附加误差等，影响环节多，对实负荷和实时环境下误差的推算有较大难度，需要进行理论推导和大量试验验证。(二)与实际检定相比满足相同的精度(三)系统安全性及可靠性分布式在线计量监测系统是实时运行的分布式系统，系统分布于整个变电站的复杂电磁环境中，通过某些环节与一次系统联系，又通过信号电缆和电源电缆与控制室计算机系统连接，并且处于无人职守的长期运行状态，因此，对系统的安全性和可靠性有着较高的要求。在线计量监测系统在以下方面对系统的安全性和可靠性给予了充分的考虑。(1)与一次系统的安全隔离与保护为保证一次运行设备的安全，在线计量监测系统在与一次系统的连接环节上采取了隔离及保护措施。n 电流交流测量回路选用自行设计的穿芯式电流互感器，通过磁耦合方式测量一次电流，与一次系统没有电的联系并不改变一次系统原有的接线方式；n 穿芯式电流互感器一次穿心引线与二次线圈间有足够的耐操作冲击和雷冲击的水平，而且从交流测量回路进入电子电路部分有放电保护管保护电子电路部分免受过电压的侵害，因此，即使一次发生闪络事故，也不会影响损坏在线监测系统；n 电压交流测量回路选用自行设计的高精度隔离电压互感器测量系统电压，为防止接入测量PT的一次和二次侧发生短路事故，在一次侧加入保险丝，二次侧加入限流阻抗；(2) 测量系统可靠性设计测量系统的可靠性设计的关键，除了前面谈到的电流互感器系统的设计外，系统电磁兼容的设计是不可忽视的环节。在线计量监测系统的设计在此方面进行了重点考虑。n 在测量微弱信号时，互感器本体对空间磁场以及互感器二次绕组对杂散电容有相当的敏感度，会直接影响测量的稳定度，为此在传感器电磁屏蔽环节采取专门的措施。n 信号传输线采用双层屏蔽电缆； n 电源系统采取了隔离、屏蔽与滤波措施。n 对传感器系统采用环氧树脂封装，对现场测量终端使用IP55级机箱； (3)实时运行系统可靠性设计n 现场采集终端采用软硬件WATCHDOG技术；n 站方系统设计了专门的进程管理工具，对实时程序的异常进行保护；n 系统设置权限管理，无论系统的进入、退出及其他操作，均需要相应的权限。(四)分布式在线监测系统的同步测量的实现对于分布式在线监测系统需要解决的关键问题之一是现场终端端同步测量。由于测量二次压降时，PT二次侧的电压采集与仪表侧的电压采集一般不在一块现场终端上，因此需要不同终端同步进行采集。同步控制单元的主要任务是根据系统的频率波动，实时提供整周期采