2019年面向泛在電力物聯網建設的強風環境電網災害預警與防治.pptx

1、基于泛在電力物聯網的強風環境電網災害預警與防治,追風護網 勇毅篤行,我國新疆地區處在中緯度區域，分布廣泛，這些區域是我國重要的能源基地和電力送端，但境內大范圍存在的強風、沙塵、大溫差等極端氣象環境給超/特高壓線路的規劃、設計、施工和運維等方面帶來了諸多難題和挑戰。特別是強風、沙塵導致的輸電線路風偏故障及線路跳閘事件仍時常發生,系統大停電風險仍然存在。,“三十里風區”和“百里風區”常出現西北偏北大風及沙塵，給輸電線路運行維護帶來挑戰。,電網東西伸展已到達2200公里、南北3300公里，覆蓋地域約120萬平方公里超/特高壓交直流混聯電網,風沙對輸電線路的破壞影響類型主要包括風偏跳閘、絕緣子和金具損

2、壞、導地線斷股斷線等。,新疆強風環境概況,新疆強風環境概況,桿塔損壞直線塔損壞拉線塔損壞水泥桿損壞,風偏跳閘導線對桿塔構件放電導地線線間放電導線對周圍物體放電,絕緣子和金具損壞金具磨損和斷裂絕緣子掉（斷）串絕緣子傘裙破損,北疆地區：每年的4-5月份或10-11月，冬春季、秋春季節轉換過程，均會發生1-2起天氣突變過程，來自西伯利亞的冷空氣自新疆阿勒泰、塔城、博州、伊犁一線入境，沿北天山自西向東橫穿烏魯木齊到哈密，導致沿途約60%左右的輸電線路會出現風偏、斷線等跳閘。南疆地區：每年4-5月，來自中亞的冷氣流在阿克蘇、巴楚、喀什、和田一線形成強對流，大風裹挾沙塵自西向東過境進入塔克拉瑪干沙漠，過程

3、中造成輸電線路大面積跳閘。,冷空氣,沙塵暴,以上3-4次大風、沙塵天氣導致的線路故障約占全年故障的60%左右,新疆強風環境概況,解決上述問題，保障輸電線路在強風環境下安全穩定運行、提高區域供電安全水平的需求愈加凸顯。,突出問題,新疆強風環境概況,“泛在電力物聯網”,What is“SG-eIoT”,7,2019年國網公司兩會報告中提出建設“堅強智能電網”和“泛在電力物聯網”，泛在物聯是指任何時間、任何地點、任何人、任何物之間的信息連接和交互。泛在電力物聯網將電力用戶及其設備，電網企業及其設備，發電企業及其設備，供應商及其設備，以及人和物連接起來，以電網為樞紐，發揮平臺和共享作用，產生共享數據，

4、為用戶、電網、發電、供應商和政府社會提供價值服務。,泛在電力物聯網-基本概念,SG-eIoT 總體架構,1.感知層包括但不限于現場采集部件、智能業務終端、本地通信接入和邊緣物聯代理。2.網絡層 包括但不限于接入網、骨干網、傳輸網、業務網、支撐網和互聯網。3.平臺層 包括但不限于企業中臺、物聯管理平臺、云平臺。平臺層，對下負責數據統一接入，對上提供REST風格的API接口供應用層調用。4.應用層 包括但不限于對內業務和對外業務。應用層應提供應用開發SDK，支持C、JAVA、Python、Go等語言。5.安全防護 貫穿感知層、網絡層、平臺層以及應用層四個層次，結合泛在電力物聯網業務發展需要，實現全

5、場景安全防護。,泛在電力物聯網-分層架構,泛在電力物聯網-總體框架,Wind in“SG-eIoT”,“泛在”中的強風環境電網災害預警與防治,應用層,感知層,災害監測預警中心,泛在電力物聯網-防災減災分層架構,平臺層,物聯管理平臺,電網環境一體化平臺,設備感知,環境感知,客戶感知,導線,桿塔,絕緣子,避雷針,導線,氣象監測,氣象極值,氣象預報,配電線路,電力用戶,配變臺區,泛在電力物聯網-感知層,設備感知,環境感知,客戶感知,平臺層,輸電線路擺動監測,輸電桿塔傾斜監測,緊固件軸力監測,絕緣子風偏監測,避雷針風振監測,電力用戶智能監測,電力氣象融合監測,電力氣象數值預報,配變臺區智能監測,電力氣

6、象極值,配電線路智能監測,近年來，新疆各大風區不同電壓等級的輸電線路，均頻繁出現由強風導致的輸電導線磨損、斷股案例，嚴重威脅線路安全。統計分析發現，斷股導線的平均投運年限在4年左右。開展了輸電導線擺動在線監測及防斷股治理。,主要包括導線監測單元和主機兩部分。采用加速度、位移傳感器將導線運動參數進行采集，通過內置的無線傳輸模塊傳輸至塔身上的主機，再通過移動通訊回傳至后臺的監控中心。,現場導線斷股圖,斷股導線投運時間分布,“泛在”防災減災-感 知 層,主機安裝于塔身,監測單元安裝于金具連接處,現場安裝應用,目前已試點安裝于達吐一線，數據傳輸穩定可靠。利用該系統可得到不同風速下導線的運動規律，準確判

7、定導線斷股機理及規律，指導現場開展差異化防斷股措施改造。,導線偏轉角和風速的關系,“泛在”防災減災-感 知 層,新疆地域廣闊，地形地貌多樣，氣候多變，線路輸送距離長，強風環境條件惡劣，同時受周邊施工、采掘活動的影響，易引發桿塔和基礎的變形破壞，威脅線路安全運行,利用北斗定位技術結合形變監測終端實現鐵塔傾斜的自動監測，桿塔傾斜角度測量范圍：30；角度測量精度：0.2，能夠對桿塔進行全天候的在線監測，預判桿塔形變，指導檢修和維護。,“泛在”防災減災-感 知 層,開展新疆輸電線路桿塔監測，各監測點布置于750kV伊庫線區段，實時采集三維位移數據,有效應對線路桿塔，基礎、廊道及周邊發生的強風、雪崩、山

8、體滑坡、地質變化等地質災害，加強輸電線路災害應急處置水平。,“泛在”防災減災-感 知 層,新疆地區晝夜溫差及四季溫差大，災害性大風天氣頻發。750kV超高壓線路運行中出現了大量螺栓松動、脫落現象，給線路運維帶來大量附加工作量，同時也嚴重威脅線路安全。因此，開展緊固件軸力在線監測，明確其松動機理并提出防松措施，可有效保障線路安全。,通過穿軸式稱重傳感器獲得緊固件的軸力，轉換為電壓信號傳遞給無線測量模塊，并將信號實時發送給網關，網關借助數據轉換發射模塊將數據發送至異地手機或電腦上。,“泛在”防災減災-感 知 層,截止目前，已試點安裝于達吐一、二線107#及472#塔）。依托在線監測數據，結合實驗室

9、對比分析，提出了應用HARDLOCK永不松動螺母的防松措施，2019年將在多家運維單位應用推廣，進一步提高強風區線路安全運行水平。,Hard Lock螺母（永不松動的螺栓）,“泛在”防災減災-感 知 層,新疆地區輸電線路很多區段處于大風區域，大風對于絕緣子串，特別是大噸位的絕緣子串產生的風偏和震動，會對桿塔本身產生強大的應力變化,#在我國西北地區風沙較大的地區，絕緣子串擺動導致相地絕緣間隙小于設計裕度，進而發生閃絡放電，使得絕緣性能和機械性能下降,#當風速大于一定級別且較為穩定時，絕緣子串發生劇烈擺動，當擺動幅度和頻率累積到一定程度且持續時間較長時，絕緣子內部結構出現損傷而導致斷裂,#金具連接

10、部位長期摩擦導致損傷脫落，導致絕緣子掉串或導線脫離絕緣子，對電網的安全運行構成嚴重威脅,采用非接觸式可見光圖像處理技術實時自動監測絕緣子擺動，經圖像處理算法分析處理，計算并判斷絕緣子擺動的頻率、方向、幅度和應力變化，對隱患進行提前預警。,“泛在”防災減災-感 知 層,圓管型獨柱/構架避雷針高聳結構：（長細比大、外殼薄、自重輕、剛度小、基頻低）典型的風敏感結構風致振動和風振疲勞應用時間和經驗有限（10年）,“泛在”防災減災-感 知 層,獨柱式避雷針測點布置,構架避雷針測點布置,監測點布置方式,一階頻率0.669Hz,一階頻率1.456Hz,一階頻率1.563Hz,“泛在”防災減災-感 知 層,“

11、泛在”防災減災-感 知 層,現在大多的數值氣象預報采用基于中尺度和微尺度模型的WRF模式降尺度方法，總體流程分為三大部分，分別為數據處理部分、中尺度模式部分和降尺度模式部分。經過這三個部分后，數據共同進入微尺度模式，最終得到設定區域和時間段內的降尺度診斷風場。,“泛在”防災減災-感 知 層,建立全疆電網大風、覆冰、沙塵暴、暴雪歷史極值數據庫，制作全疆電網沿線大風、覆冰、沙塵暴、暴雪、地震發生頻次區劃。指導規劃設計、設備選型及技改大修工作。,“泛在”防災減災-感 知 層,“泛在”防災減災-感 知 層,實現電流采集，內部采用雙CT結構，感應取電CT為裝置電源，具備5A取電能力，測量CT獨立部署，具

12、備0.5級采集精度。,尼龍+玻璃纖維增強復合材料,加快配電“泛在物聯網”的建設是一項重要任務。有7.2萬個10千伏老式開關、跌落式熔斷器仍處于監測“盲點”，制約了災害發生時供電線路停運分析，無法及時、準確地評估電力用戶停電范圍。,鋁制表殼,一是電壓采集，構建線路-外殼-大地電壓回路，電壓2%測量精度。,三是通訊遠傳，在三相終端間通訊采用射頻，在中間B相上部署加密芯片和4G模塊，加密上傳。,二是電流采集，感應取電CT 5A取電能力，測量CT0.5級精度。,“泛在”防災減災-感 知 層,一是停電告警，裝置實時監測電壓、電流是否越限，一旦停電，“秒級”發停電“遙信”。,二是接地研判，小于30s的精度

13、合成零序電壓、電流，應用暫態首半波、穩態零序功率方向和特征學習，智能研判接地故障。,三是主動搶修，形成裝置自動告警，配電自動化主站研判區域，供服平臺下發工單的閉環流程。,供服平臺,搶修手機移動端,自動化設備,告警,研判,派單,配電主站,“泛在”防災減災-感 知 層,新型智能配變終端,遵循“硬件平臺化、軟件APP化”原則，采用分布式邊緣計算架構，基于通用硬件資源平臺，通過APP以軟件定義方式實現業務功能，以虛擬化容器技術實現應用與驅動、容器與容器之間的安全，支持業務快速部署及便捷擴展，支撐中低壓配電網一體化信息采集，本地分析，本地決斷，快速響應。,基于容器技術，解耦終端硬件與軟件基于軟件定義終端

14、，應用靈活擴展低壓拓撲自動識別，狀態全感知邊緣智能臺區自治，智能決策分析營配數據融合貫通，數據共享應,“泛在”防災減災-感 知 層,低壓線路快速復電物聯網模式,停電主動告知用戶，減少報修工單數量停電感知10s內、客戶體驗優降低停電投訴,故障搶修技術手段數字化非故障區段數秒級快速復電，提升供電可靠性停電影響范圍小,圖模自識別、無人工參與拓撲自動更新、100%準確無需普查、零時長故障區段精準定位，提升搶修效率，降低成本,新建：采用融合智能配變終端的物聯網型一體化變臺。改造：加裝智能配變終端，改造智能電容器，加裝分布式監測終端。,“泛在”防災減災-感 知 層,傳統的表計終端已經無法適應泛在物聯網下客

15、戶側逐漸多樣化的靈活互動訴求，需要我們研制新一代智能電能表、模組化智能終端，連接用戶側新型智能設備，實現用戶設備數據的感知、采集和控制。,“泛在”防災減災-感 知 層,泛在物聯網對采集感知層提出了新的要求，智能電能表結合現場實際的應用需求設計，在本地實現邊緣計算，并對用戶所有用電設備的分別識別、計量。從而，將會解決在極端災害導致大規模用戶停電時較難及時、準確評估用戶停電情況的瓶頸。,“泛在”防災減災-感 知 層,泛在電力物聯網-網絡層,03,窄帶物聯網應用,02,5G通信應用,01,全場景網絡安全防護,網絡層,形成生產控制大區、管理信息大區（原信息內網）和互聯網大區，全域范圍屬于泛在電力物聯網

16、范疇。管理信息大區用于承載公司核心生產、經營、管理和涉商密業務系統；互聯網大區用于承載原信息外網業務和互聯網新興業務。通過業務融合，實現終端設備統一接入，全面縮減網絡邊界，減輕邊界防護壓力，并采用通道加密措施提高傳輸安全。,“泛在”防災減災-網 絡 層,5G由于具備“低時延、高可靠、大連接、高安全”等優勢，有希望成為泛在電力物聯網的重要通信手段。5G系統的增強型移動寬帶、超高可靠低時延通信、海量機器類通信三大基礎能力將使能泛在電力物聯網，激發電力運行新型作業方式和用電服務模式，實現電網業務智能化升級，促進公司新興業務發展。,“泛在”防災減災-網 絡 層,業務要求：引入AR/VR技術，自動將災情

17、相關的采集數據、高清圖像、視頻等信息并實時傳回應急指揮中心，通過遠程會商協助現場災害搶修，實現智能化搶修應急。,“泛在”防災減災-網 絡 層,NB-IoT相對短距通信/私有技術優勢明顯,公司目前接入智能電表等各類終端約5.4億臺（套），預計到2025年，傳感器連接數將達10億只以上，到2035年將達20億只以上。隨著泛在電力物聯網建設的不斷深入，“新能源、新業務”大規模接入，“控制”由局部向全程拓展，信息采集爆發式增長，業務通信需求逐步呈現出“高安全、低時延、廣覆蓋、高可靠、大聯接”特征，對電力無線通信網絡的業務承載能力提出新的挑戰。,“泛在”防災減災-網 絡 層,泛在電力物聯網-平臺層,統一

18、視頻平臺,電網環境一體化平臺,物聯管理平臺,平臺層,物聯管理平臺定位于業務現場場景全覆蓋，平臺在支持億級連接、百萬并發的同時，提供高安全、高可靠的穩定運行能力。,企業中臺,業務中臺,數據中臺,“泛在”防災減災-平 臺 層,亮點3：數據全局共享,亮點4：設備功能軟件定義,亮點1：設備即插即用,亮點2：邊緣計算自治,智慧物聯體系,“泛在”防災減災-平 臺 層,“泛在”防災減災-平 臺 層,一體化平臺接入在新疆區域內的所有氣象站觀測數據，實時展示新疆電網3*3公里內受風、冰等自然災害天氣影響的線路，并對未來受影響線路進行預警，根據系統預測數據編寫新疆電網綜合短期預報下發給各運維單位。,“泛在”防災減

19、災-平 臺 層,電網統一視頻監控平臺是遵照電網視頻監控系統及接口企業標準建設，共有通信、管理、流媒體、錄像回放、質量診斷、智能分析等核心服務模塊，包含配置管理客戶端、C/S綜合展示客戶端、B/S綜合展示客戶端以及典型綜合展示控件等部分。通過B/S客戶端和C/S客戶端實現視頻監控信息集中展現；通過典型控件實現與輸變電狀態監測、基建管控等業務系統的橫向應用集成，為其提供統一的視頻服務。平臺成為電網視頻的接入匯聚中心、交換共享中心和設備運維中心。,“泛在”防災減災-平 臺 層,新疆公司統一視頻平臺覆蓋了各部門各地州營業廳、變電站、輸電線路、信息機房、庫房、機關大樓等各個場所，實現統一監控、分級控制、

20、分域管理，有效支撐了各部門、各單位的視頻應用需求，為各業務提供統一的視頻服務，初步實現企業級視頻信息共享利用。目前系統已接入變電站733座，視頻監控10938路；營業廳568個，監控視頻3140路，其他各類現場視頻687路。,“泛在”防災減災-平 臺 層,泛在電力物聯網-應用層,01,03,02,電網災害監測與預警中心,監測圖像智能識別,供電服務指揮中心,應用層,功能：極端下電網災害監測與預警技術。,電科院設備狀態評價中心監測大廳,新疆電網立體化綜合監測網（3*3公里）,電網災害監測預警與應急指揮管理系統,按階段技術支撐省公司各個專業部門,目標：為新疆地區提供災害監測、預警、評估等。,“泛在”

21、防災減災-應 用 層,啟動應急災害預警,應急指揮中心24小時值守,監測應急資源調配情況,災損調查和災情分析,應急物資檢測,應急預警階段,應急響應階段,應急處置階段,“泛在”防災減災-應 用 層,針對輸電線路采集的圖像沒有自動比對功能，無法自動發現外破隱患，建立圖像智能識別體系，對電力線路在線監測圖像進行智能識別與分析，即時觸發報警信息，通知相關運維人員及時采取防范措施。通過智能學習，提高識別的準確度。,制定事故或預警發生的預案，實現規范化管理,自動監測并識別線路異物入侵、導線及絕緣子破損。通過智能學習，提高識別的準確度。,對圖像數據進行分析處理，過濾掉無效數據，減少數據的存儲有效數據集中存儲，

22、用于數據分析,對現場圖像數據的實時分析，異常事件及時告警,規范化,智能化,“泛在”防災減災-應 用 層,截止目前，系統共接入約500套圖像監測裝置，其中配置特種車輛入侵監測點292個，線路異物入侵監測點250個，人員異常行為監測點247個，絕緣子破損監測點167個。運行過程中數據管理模塊獲取前端樣本約30萬張。已自動發現外破隱患及導線破損缺陷30余起。,異物入侵,特種車輛入侵,人員入侵,“泛在”防災減災-應 用 層,“泛在”防災減災-應 用 層,客戶服務指揮模塊,業務協同指揮模塊,配電運營管理模塊,服務質量監督模塊,配網停運狀態管控,主動處置工單,設備統計分析,“泛在”防災減災-應 用 層,追風護網，勇毅篤行,謝謝各位的聆聽歡迎來大美新疆指導交流,