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电力系统防雷设备全生命周期管理与智能化监控技术与研究

编辑:   发布时间:2018-09-21

     深圳康普盾科技股份有限企业成立于2003年,总部设在深圳南山,生产基地位于深圳观澜,企业是一家集防雷产品的研发、生产、销售为一体并能提供防雷设计及施工的国家级高新技术企业,经过多年发展,企业已经从简单的产品制造商转变为创新型电力二次和配网整体防雷解决方案提供商。康普盾长期坚持投入大量研发资金对防雷新技术、新领域进行研究和探索,以持续提升自主创新能力,满足电力客户的需求。历经十余年的产业深耕,企业的研发团队,已经掌握了多项防护领域的关键核心技术。

一、 概述

     随着现代科学技术的发展,电力网容量的增大,电压等级的提高,综合自动化水平的提升,越来越多的新型自动化、通信、保护、交直流等电子设备在传统电力系统、数字变电站、智能变电站、智能电网中得到广泛应用;环境的污染造成极端天气频繁,雷电环境越来越恶劣沿电源、信号、天馈等线路侵入二次系统的雷电过电压对电力系统的稳定运行造成了极大的隐患和威胁;设备厂家集成配套和技改工程中均大量安装浪涌保护器应用;基于以上原因防雷设备在电力系统中的大量应用。

     然而电力系统安装的防雷设备极大程度减少了雷击损坏设备事故的发生,有效的保障电网的安全稳定运行,国家及行业标准对防雷设备的定期检测也提出了要求,但是一方面因目前二次系统安装的防雷设备均为多行业通用的没有针对性,防护效果很难保证,与现行防雷标准要求和使用要求有较大差距,功能缺失导致安装前很难进行性能的复核检查,存在很大的不可靠性。

     同时随着使用年限的增加,前期安装的大量二次防雷设备运行过程中状态不可知、维护检测困难、不可在线监测、安装的防雷设备是否起到作用不可知,导致大量的防雷设备损坏还挂网运行,雷击过后,没有相关数据保存分析事故原因、维护检修要到现场,对防雷设备全生命周期缺乏管理手段,没有有效的对在运行的防雷设备进行智能化的监控,无形增加了巨大的维护检修成本和安全隐患。

     本研究从技术层面的创新研制了系列电力专用防雷设备和专用的智能化监控系统,通过技术创新的方法实现防雷设备的全生命周期管理和智能化监控,解决电力防雷设备在使用前、使用中和后期运维中存在诸多问题,如:使用前防雷设备难于复核其性能、日常巡检靠人工、防雷设备运行中定期检测和维护更换要断线影响通讯、二次系统雷击数据无记录、后期维护防雷设备寿命通过使用年限判定的误区、防雷设备损坏不能马上更换;本项目研究的相关技术可提高系统安全性、可靠性、提升了防雷设备检修维护效率、降低维护运行成本、减轻维护人员工作负担。

二、 存在的问题

     目前电力二次大量使用的防雷设备多为传统行业套用而来,在性能、结构、安全性考虑和便于后期的维护检修方面存在诸多的技术设计问题需要解决,具体问题如下。

2.1 防雷设备使用前难于复核其性能

     目前电力系统大量使用的防雷设备存在一些结构设计为箱式结构情况,不可插拔,在投入使用前,检测需要两人协同操作,且附带的指示灯等辅助功能影响防雷性能检测,由于防雷设备结构上的一些缺陷导致在使用前均未有进行性能验证、其电压参数是否与实际线路电压吻合未确认便直接挂网运行,在使用过程中或多或少的会存在一定的安全和可靠方面的不确定性。

2.2 防雷设备运行中全靠人工巡检

     电力行标 DL548-2012《电力系统通信站过电压防护规程》中第5.4.4条明确要求:“5.4.4每年雷雨季节前应对运行中的过电压防护(防雷)装置进行一次检测,雷雨季节中要加强外观巡视,发现异常应及时处理。”实际的运行监测过程中过程中存在如下问题:

(1)人工巡检效率低,由于变电站、电力设备分散性大,且所有的防雷设备均安装在不同的屏柜内部,定期检测时需要开门逐个排查检修,给检测工作带来了极大的工作量和维护成本,实现二次防雷设备巡视维护非常困难。

(2)人工巡检不彻底,同时通过人工巡检经常存在误检漏检的情况,造成一定的安全隐患。

(3)智能检测缺乏技术支撑,实际运行的防雷设备很多不具备遥信输出功能,尤其是信号通道使用的防雷设备没有提供遥信接口、现行的防雷设备也无法提供在线检测的技术条件。

2.3 防雷设备运行中检测、更换存在需要断线影响通讯的情况

(1)信号线路防雷设备无法在线检测,实际运行的防雷设备很多不具备遥信输出功能,尤其是信号通道使用的防雷设备没有提供遥信接口、无法在线检测,需要拆下防雷设备断开线路才能检测,同时需要配置专业仪器、培训专业人士检测检测成本高。

(2)电力二次系统远动屏、通信屏、交换机屏等处常用的信号线路单路信号或多路机架式信号防雷器不可插拔,定期检测时需要断开线路进行检测,会影响正常的业务数据。当多路机架式信号防雷设备一个口损坏需要拆卸整台防雷机架,更换及其不方便。

2.4 电力二次系统缺少雷电数据记录与积累

     目前对侵入电力二次雷电及过电压数据没有监测记录的有效手段,二次系统沿线路侵入的雷击能量到底有多大?站点是否遭受雷击不清楚,安装的防雷器是否有动作(起到保护作用)不可知,安装了防雷装置但防护设备任然遭受雷击损坏,正是因为缺乏这些关键和基础数据的采集与积累无法实现雷击入侵路径的重现,无法分析故障原因,导致对后续二次系统无法科学规范防雷和采取合适的运行维护方案。

2.5 防雷设备的寿命无法定性分析更换全靠经验

     在雷雨季节雷击事故频繁,防雷设备也因遭受过大雷击而经常损坏,然而目前市场没有能检测电力系统本身受到浪涌冲击时候各条回路所承受的浪涌电压以及主要浪涌电流泄放回路路径的设备,使防雷设备的安装及后级设备的防雷措施做不到对症下药,因此大部分的防雷系统设计凭借经验而定,是具有风险的,存在设计盲点和过量防护。

     目前由于缺少雷电数据的采集,无法实现防雷设备使用寿命的定性分析,防雷设备的更换都是靠经验经验进行定期更换,存在少雷区防雷设备未损坏而提前更换造成浪费、多雷区防雷设备更换不及时导致的雷电隐患问题。

2.6防雷设备损坏后不能及时更换

     目前二次系统防雷设备还无法实现远程监测,哪些站点安装了哪些防雷设备及安装在哪里不清楚、什么时间需要维护没有记录,对后续维护和再次改造造成困难。

     一个二次站点所包含的防雷器数量众多,安装地点分散,人工检查存在许多不便,检查时间长,容易发生漏检,检查错误等失误,实际二次系统在用防雷设备也出现了多起脱离保护甚至损坏后还挂网运行的情况,防雷设备什么时候损坏不能及时知晓、无法及时定位查找,费时费力、年检防雷设备要到现场,给防雷设备的检修、维护带来了很大的工作量,无形增加了维护成本和人力投入,并且,在每次对防雷器巡检的周期里,劣化的防雷器存在一定时间的安全真空期,不能及时更换和维护防雷器,在对二次系统的防雷安全上存在非常大的隐患。

三、技术创新

     针对于电力二次防雷设备使用前难于复核其性能、日常巡检靠人工、防雷设备运行中定期检测和更换要断线影响通讯、电力二次系统缺少雷电数据记录与积累、电力二次防雷设备缺少有效的状态监测和寿命分析技术手段、防雷设备未实现状态远程监测导致损坏不能马上更换的问题与现状出发,大家对相关核心技术进行了技术创新,实现了电力系统防雷设备全生命周期维护管理和智能化监控,提升电力系统安全稳定性、提高维护检修效率,降低维护成本实现防雷类设备管理的智能化。

3.1、实现防雷设备安装前方便性能复核与验证

     电源和信号防雷设备采用插拔式结构设计,信号防雷设备实现遥信输出,方便在投入使用前一人即可完成检测,方便参数的检验核对验证,提高运行的可靠性。

3.2  实现防雷设备日常巡检无人化

     通过信号防雷设备实现遥信状态输出的技术创新,实现全系列防雷设备的遥信输出,接入专用数据采集装置,与电力系统雷电防护监测与管理系统配合实现远程监测巡检,无需专业的测试人员,无需投入专业检测设备,减少专业设备和专业人员投入,对于分散性极大的防雷设备定期巡检问题,节省了费用,提高检修效率,实现巡检的无人化。

3.3  实现信号线路防雷检测不断网,不影响线路通讯

     信号防雷设备实现遥信输出和插拔结构,检测时一方面无需专业的测试人员,无需投入专业检测设备,常用万用表即可检测,同时拔出模块不影响线路的运行,避免断线检修影响数据传送,提高检修效率。

     创新研制的多路信号防雷器采用模块插拔结构,一路模块损坏,无需整体拆卸,只需拔出更换损坏模块即可,对其它线路不造成影响。模块损坏时也只需更换一路,无需整台拆卸更换,避免断线,节省了维护建设成本。

3.4 实现电力二次系统雷电数据记录与积累

     创新研制多路雷电数据采集装置解决了中国及世界范围内对线路雷电感应(侵入)数据在理论研究及数据积累方面存在严重不足和缺乏基本数据不利于分析雷击事故的问题。

     结合二次系统特点,创新研制了多通道雷电数据采集装置,采用非接触式过电压传感器,体积小,安装方便实现线路过电压的快速采集,可视化电力二次系统在浪涌入侵时各条电力回路所承受浪涌过电压过电流,实现二次系统线路浪涌过电压、防雷设备泄放雷电流幅值、发生时间、次数等参数的远程监测与记录,实现线路浪涌过电压入侵通道的监测和分析,为防雷工程提供科学的防雷规范和提供数据支撑。为后续的运行维护提供合理的解决方案思路。

     方便分析事故产生的真正原因,便于后续对症改进,便于分析防雷设备安装是合理安装,起到了应有的保护效果,该项目对于设备的稳定运行设计方案提供了重要的参考数据和分析方法。

3.5 实现防雷设备寿命定性分析判断

     实现对于入侵二次系统的过电压、过电流实现可视化的入侵波形重现,对遭受雷电冲击的防雷设备进行数据统计分析其剩余寿命,以便提醒及时更换,提升电力二次安全系数。

     同时对防雷设备使用寿命的定性分析,解决防雷设备的更换都是靠经验经验进行定期更换的误区,避免存在少雷区防雷设备未损坏而提前更换造成浪费、多雷区防雷设备更换不及时导致的雷电隐患问题。

3.6实现运行的防雷设备损坏后提醒及时更换

     创新研制了电力二次系统雷电防护监测与管理系统,对防雷器的安装地点实现准确定位,以便及时准确排查故障。解决二次防雷设备还无法实现远程监测,动作或者损坏及性能状态的监测必须靠人工巡视或者经验判断、防雷设备什么时候损坏不能及时知晓、无法及时定位查找,费时费力、年检防雷设备要到现场,检修、维护带来了很大的工作量大的诸多问题;实现电力二次防雷设备智能化监控管理,提升效率,节省成本、提升安全性。

四、应用成效

     深圳康普盾科技股份有限企业与电网企业相关单位进行资源上的优势互补,联合研发,对电力系统防雷设备全生命周期管理与智能化监控技术研究创新成果在广东省、浙江省、山东省、天津市多个供电局、发电厂进行了试点应用实践,取得了良好的效果。

4.1创新技术取得的专利成果

     其中发明专利4项,实用新型7项,App著作权1项。

4.2、研制了系列电力二次防雷设备与系统并实施应用

(1)创新产品包含装置设备5大系列,1个系统。

     研制开发了《具备遥信功能的单路信号防雷器》

     研制开发了《带遥信功能组合式信号防雷器》

     研制开发了 《电力专用无漏流直流防雷器》

     研制开发了 《多功能雷电监测装置》

     研制开发了 《变电站二次雷电防护监测与管理系统》

     研制开发了 《一种电力专用防雷电源分配单元》

(2)与国网新源新安江水力发电厂开展了《通信_信息网络设备防雷系统智能化监测平台研制开发》合作项目,实施了创新产品的引入应用;项目中引进具备带遥信功能的信号防雷器解决现场人员无法判别防雷器好坏的问题,同时实现其防护状态的远程监测,减少了维护时间,提高了维护效率。项目顺利通过验收。

(3)在广东东莞跃立220kV、裕安220kV、白玉等6个变电站,实践“变电站二次防雷在线监测与管理系统”,实现二次系统防雷设备智能化管理的状态很寿命监测,减少人工日常巡视检查工作量,年检防雷设备不需要到现场,节省了人力物力,应用效果得到维护人员的一致认同。同时开展选取变电站进行雷电数据采集和检测系统验证性测试和开展雷电数据采集、存储及统计工作。捕捉的雷电数据为后续的合理设计改进、安全防护提供参考数据。

(4)具备遥信功能的单路信号防雷器、带遥信功能组合式信号防雷器、电力专用无漏流直流防雷器创新产品在广东省10多个地市,几百座变电站进行了落地实施,目前站点未发生异常故障,系统稳定运行。

五、总结

     深圳康普盾科技股份有限企业完成的电力系统防雷设备全生命周期管理与智能化监控技术研究工作,通过技术创新研制的专用防雷设备和智能化监控系统解决电力防雷设备在使用前、使用中和后期运维中存在诸多问题:

(1)实现防雷设备安装前方便性能复核与验证,提升系统运行可靠性。

(2)实现防雷设备日常巡检无人化,提升了防雷设备检修维护效率、降低维护运行成本、减轻维护人员工作负担。

(3)实现信号线路防雷检测不断网,不影响线路通讯。提高系统可靠性,减少建设成本。

(4)实现电力二次系统雷电数据记录与积累,解决了中国及世界范围内对线路雷电感应(侵入)数据在理论研究及数据积累方面存在严重不足和缺乏基本数据不利于分析雷击事故的问题。

(5)实现防雷设备寿命定性分析判断,解决防雷设备的更换都是靠经验经验进行定期更换的误区,避免存在少雷区防雷设备未损坏而提前更换造成浪费、多雷区防雷设备更换不及时导致的雷电隐患问题,提高系统安全系数。

(6)实现运行的防雷设备损坏后提醒及时更换,及时发现故障,提升系统安全性。

     本项目技术研究取得了有效的成果,建议进一步扩大推广应用范围。

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