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1、江苏省电力公司科技项目建议书项目名称：基于架空线取能的配电无线数据传输系统的研究与应用申请单位：起止时间： 2009年01月2009年12月项目负责人：通信地址：邮政编码：联系电话：传 真：申请日期： 江苏省电力公司科技项目简表项目名称基于架空线取能的配电无线数据传输系统的研究与应用项 目负责人姓名单 位高邮供电公司性别年 龄专业职 称项目分类技术攻关新技术开 发新产品试 制技术引进消化吸收应用理论基础研究软科学研 究推广项目组人 数其中高级职称中级职称研究生初级职称协作单位协作形式合作开发研究起止年月2009年01月至2009年12月申请金额(万元)其中资 助资本金成本自 筹项目内容、意义和
2、预期成果摘要项目内容 通信系统的是配电网信息交换的基础，为了可靠、安全的将分散在不同角落的配电设备的工作状态、电气参数等传输给调度中心，需要建设一个独立、廉价、稳定的数据传输网络。以往的光纤、GSM/GPRS、PLC等均被证明不能满足这一要求，目前正在迅速发展的网络式无线通信技术以其低功耗、高抗干扰能力、速度高的特点，有可能为配电网领域提供一个独立、廉价、稳定的数据传输网络。目前有一些研究机构已经将该技术引入配电领域，但由于他们没有根据实际情况，结合该网络的特点统筹安排，因此导致整个系统的成本很高，难以实用化。本项目的主要内容就是要研制一套基于无线通信技术的新的配电网数据传输系统，该系统应安装
3、简单，价格低廉，运行稳定，可以传输开关信息、电表信息、线路故障和线路运行情况。具体研究内容：1 研制基于线路电流、电场和太阳能的综合取能及后备电源管理模块2 研究基于实用数据传输的网络式无线模块工作方式，如休眠时间、唤醒机制、数据处理等3 研制可以采集线路短路故障、单相接地故障和线路温度的现场采集设备4 研究现场已装配变综测仪、电度表等的通信规约，编制规约转换软件项目意义目前大量的配电网现场设备与调度之间的通信采用GPRS/GSM的模式，运行费用很高，管理复杂，而且采用公网，安全性得不到保证。以前采用无线网络的系统由于没有研究配电网数据的特点，一味的强调实时性和传输速度，导致功耗很高，使得系统
4、成本大幅度升高，难以大面积推广。采用线路取能这种无线互连的数据传输网络后，可以大幅度的降低通信设备成本，而且由于他可以安装在线路上，传输通道的环境相对比较干净（没有树枝遮挡），因此传输距离更大，稳定性更强，而且安装方便，防盗能力强，更适合于在郊区和农村推广使用。对于绝缘架空线，由于直接遭受日光直晒，再加上夏季负荷电流较大，容易导致绝缘导线温度过高，这样使得绝缘劣化加速，因此有必要对架空线温度进行实时监测，根据导线的温度情况，适当安排负荷线路，从而确保线路运行在安全状态，延长导线使用寿命。一、 本研究项目的科技依据（包括科技意义和应用前景，国内外研究概况、水平和发展趋势；应用理论基础研究项目应阐
5、述学术思想，立论根据，特色或创新之处，主要参考文献目录及出处；推广项目说明成果成熟程度、适用范围，以及成果的知识产权等问题）项目背景目前配变综测仪的数据主要依靠GPRS/GSM网络进行数据传输，运行费用很高，而且大量的SIM卡很难管理，网络属于公网，数据的安全性得不到保证。为此很多单位研究采用新兴的网络式无线通信技术来进行数据传输，但这种设备需要在线路上每隔一段距离安装一个中继器来接力，这些中继器的供电电源只能采用太阳能和后备电池的模式来实现，这样导致成本很高，安装不方便，而且由于一般安装在距离地面6米左右的地方，使其受线路附近的高大设备（如树枝）的影响较大，系统稳定性容易被破坏。而且，由于其
6、安装在杆塔的安全范围内，因此在农村等偏远地区，容易被偷盗而破坏系统。应用前景 目前配电网大量的设备因为点多、面广，因此很难采用通信设备将其电气参数传输给监控中心，研究人员采用了多种通信方式，希望能实现该愿望，但由于成本、可靠性等原因，均未能成功。我们采用这种网络式无线通信技术，而且很好的解决现场取能、容易安装等问题后，则可以沿着线路构成一个信息通道，把现有的数据（配变、开关、故障检测等）传输到监控中心，从而利用一个专用的、低运营费用的传输网络来传输配网数据。国内外研究概况 目前基于无线、GPRS/GSM和光纤的配电网通信设备均采用外加220V市电或太阳能电池的方法，因此导致这些通信设备只能安装
7、在城市或有配电变压器的位置，因此也大大的限制了其使用范围和灵活性，采用太阳能电池板使得其成本大幅上升（为了保证在连阴天气下正常工作，需要大的后备电池和大功率太阳能板）。采用线路取能技术目前在国内还没有看到相关报道，国外只有西欧的研究人员在110kV以上的输电线路中实现了该技术，而在配电网等中压系统中采用该技术的报道还没有见到。而采用线路取能技术后，通信设备直接安装在线路上，因此安装使用方便，由于线路一般停电时间很短，因此不需要很大的后备电池，因此可以降低成本。而且由于采用微功耗技术，可以节省能源。综上所述，该系统研制成功后，将大大提高我国在配电领域站端信息传输收集方面的技术先进性，并填补国内空
8、白。二、研究、推广应用内容和预期成果（说明项目的具体研究、推广内容、技术关键和重点解决的技术问题，预计达到的技术经济指标，预期成果和提供的形式及其依托工程，应用该成果的单位落实情况和可能应用的其它工程或单位及效益。）项目内容 该系统的主要内容是利用配电线路取能给网络式无线通信模块供电，从而将现场的配变综测仪、故障检测装置、开关等信息传输给配电控制中心，帮助运行和维修人员迅速赶赴现场，排除故障，恢复正常供电，大大提高供电可靠性，同时大大减少抄表、故障巡线人员，提高工作效率。1. 无线中继器 采用线路的电流和电场进行取能，取得的能量一部分供设备进行数据传输，一部分存储在后备锂离子电池中，当线路停电
9、时使用。其主要功能为：1) 将相邻两给中继器的数据进行相互转发，保证数据传输骨干网畅通2) 接收故障检测装置发射的故障信息和温度信息调制的无线信号并进行解调；对解调后的信号进行解密计算并判断是否正确；3) 接收配变综测仪的数据，并将主站查询和设置命令下发给配变综测仪4) 接收开关控制器的测控信息并传输给主站，同时下发主站的遥控和设置命令；5) 对后备电源的充放电进行管理；2. 故障检测装置目前故障检测装置按功能来分，主要分为纯短路故障检测装置、短路单相接地二合一故障检测装置两种，由于现场单相接地故障占很大一部分比例，约为70%左右，因此纯短路故障检测装置在系统中的作用不是很大，我们主要推荐使用
10、短路接地二合一故障检测装置。同时安装故障检测装置用途还可以分为：线路故障检测装置和电缆故障检测装置。线路故障检测装置是可以指示线路故障电流通路的装置。使用线路故障检测装置，可快速确定相间短路及接地故障区段。该产品被广泛应用于油田、城市的架空、电缆线路或与开关柜、箱变等一次设备配套，可迅速、准确判断故障线路和故障点。该产品采用微功耗、高性能微控制器作为信号处理单元，利用现代的数字信号处理技术对故障信息进行识别，与目前市场上的采用模拟电路的故障检测装置相比，具有可扩展性强、一致性好、性能稳定、精度高、抗干扰能力强等优点。结合超声波、无线等通信技术，还可以构成远方自动故障监视系统。电缆短路接地故障检
11、测装置由显示器、接地故障检测探头和三个短路故障检测探头组成，该装置可以准确的检测出620kV配电网系统发生的短路、接地故障，并利用超高亮LED给出现场指示，同时将故障信号转化成接点信号，送给附近的RTU，便于接入配网自动化系统。该装置被广泛的应用于开关柜、环网柜、电缆分支箱和箱式变电站等设备中，为运行人员快速查找故障点提供帮助。市场上检测短路故障的原理大致相同，即应满足（1）DIIs；（2）DTTs。此时即判定为有短路故障发生，故障检测装置给出报警信息。小电流接地系统的单相接地故障检测属于世界性难题，各国学者进行了和正在进行着大量的研究和实践，目前检测单相接地故障的原理主要有两种，一种被称为有
12、源检测法，另一种被称为无源检测法。有源检测法就是在变电站安装一台信号源，当有接地发生时，信号源根据接地相决定在另外一相与地之间投入一个变化的阻性负载，该变化的阻性负载导致故障段线路上流过变化的负荷电流，故障检测装置检测到该变化的负荷电流后，即可判断出单相接地故障的发生，从而给出指示。 无源检测法是针对有源检测法来说的，它利用单相接地故障发生时产生的暂态信号所处的工频相位来检测单相接地故障，该原理基于故障发生在电压峰值附近，因此对于绝缘击穿等故障检测准确率较高。3. 配变综测仪通信网管1) 通过红外或RS485口与配变综测仪进行通信2) 通过无线传输模块将信息传输给无线通信网络；3) 对收集信息
13、进行分类处理；4. 主站监控系统1. 显示线路上通信设备的运行情况2. 显示各个被监测点的测量结果3. 系统可以提供C/S和B/S两种系统结构，并提供在单线图、地理图两种方式查询；4. 系统提供对故障定位设备的图元定义、修改、删除功能；5. 系统提供故障定位设备的台帐定义、修改、删除功能；6. 系统提供自动定位功能自动对发生故障区域进行位置判断；7. 系统提供定位结果通过短消息发送给相关手机功能;8. 系统提供手机号码维护功能；9. 系统可以提供实时监测定义设备状态功能，将实时数据实时显示在系统的B/S、C/S两种模式的地理线路图、单线图中；技术关键主要的技术难点可以归结为以下几点：1 研究现
14、场数据特点，制定合理的中继器休眠和唤醒机制，使得在最低功耗的基础上能够将现场数据进行可靠传输。2 研制检测故障和线路温度，并能将信息传送出去的智能终端设备，该设备要在强的电磁环境下正常稳定工作；3 研究如何利用线路电流、电场获取工作电源，使得中继器能够正常工作；技术经济指标总的目标是研制并投运一套基于网络式无线通信系统的配电网站端信息传输系统，利用该系统可以将配电变压器、开关和线路故障等信息及时传回监控中心，实现抄表和开关控制功能，而且可以在线路某处发生故障后，系统将故障位置和报警信息在GIS系统上显示出来，且以短消息的方式通知相关运行人员。这样便于运行人员及时赶到事故现场进行处理，避免故障范
15、围进一步扩大。GIS系统的主要技术指标：1、 通信前置模块收集故障检测装置的动作信息2、 显示模块用着色、闪动等方式显示故障检测装置动作情况和故障线路3、 网络拓扑模块计算故障区段并分析影响的供电范围故障检测设备的主要性能指标：1、适用范围：适用于610kV系统。2、功能：可检测相间短路故障和单相接地故障。3、适应负荷电流范围：0600A。4、对安装导线的要求：架空线路的导线直径应小于40mm，三相电缆直径应小于120mm。5、抗冲击电流：32kA（2S）。6、指示器电源：采用锂电池作为后备电源供电，静态功毫小于10uA。7、指示部分：白天可观察翻牌指示，夜间可观察灯光指示，可观察距离大于300米。8、寿命：户外运行8年以上。9、可带电装卸，免维护。三、拟采取的研究方法和技术路线研究方法系统可传输的数据为：配电变压器的电表数据、小区电表数据、开关状态变化及
