基于超声波法的gis局部放电多通道精确定位系统的研制与应用可行性研究报告.doc

申请编号广东电网公司科技项目申 请 书 项目名称： 基于超声波法的GIS局部放电多通道精确定位系统的研制与应用 简 表项目名称基于超声波法的GIS局部放电多通道精确定位系统的研制与应用项 目负责人姓名工作单位广东电网公司电力科学研究院/高压所性别年龄现从事专业高压职称高级工程师项目分类变电类配电类输电类 继保自动化类电网运行类标准制修订类通信类营销类信息类管理软科学类电网规划专题类安全类电建类综合类项目组人 数14其中高级职称7初级职称3中级职称4其他0合作单位杭州西湖电子研究所研究起止时间2011年01月-2012年12月外协项目是 否申请经费总额120.0万元推荐重点项目是否 首年申请经费项目内容与预期成果摘要尽管GIS设备可靠性很高，但在制作和装配过程中其内部仍有可能会留下各种微小缺陷，如：固定突起、盆式绝缘子上粘附金属粉末等，且在常规实验中很难被发现,一旦投运即可发展成危险的放电通道并引起事故。GIS局部放电超声波法目前在国内外已经得到了一定的应用，但是由于超声波法在GIS局部放电检测中可监测的放电类型少，灵敏度低的缺点，还没有很好地开展在GIS局放检测中的深入应用。目前GIS局部放电特高频检测技术已经全部应用到广东电网，但GIS耐压试验时，受试验电源干扰大、测量时间短、特高频便携式测试仪传感器数量少（一般最多3个通道）等因素限制，往往很难覆盖到全部GIS上，可能漏掉局放信息；如果布置临时监测系统，也存在系统结构复杂，安装工作量大，试验现场过电压高，电磁环境恶劣，抑制困难等难题。所以，当前现场耐压试验出现击穿放电时，放电点的定位仍旧依靠人工现场的听力判断，对人员现场经验要求高、误差大、耗时长，往往还要重复加压查找故障点，这样又导致工期延误，又给设备带来了其他隐患。当出现异常局放时，由于现有特高频检测探头的数量限制，也难以对局放点进行定位。检索相关文献，当前我国在这方面尚未发现有进行合适的方法或技术的应用尝试与研究。局部放电超声波检测对于局部放电的定位有着独特的优势，具有检测传感器布置灵活，定位范围广等特点（传感器数量可达数十个），将这一优势应用到GIS现场交接耐压试验或运行中，可精确定位GIS放电点或局放点，减小查找故障时间，避免遗漏缺陷；同时，交接试验时的超声局放测试，也可建立设备的局放信息库，为今后的超声带电检测提供参考依据，对正确评估运行GIS设备的绝缘状态，确保电力系统安全运行有着十分重要的意义。本项目拟进行如下内容研究：（1）进行GIS局部放电超声波检测方法的研究。搭建局部放电超声检测平台，通过对比不同超声传感器优越性，确定传感器的选型。（2）建立各种典型的GIS局部放电模型，包括高压导体上的尖刺放电、GIS筒壁的自由金属颗粒、绝缘子上污损及部件松动等典型放电模型，通过时频分析建立典型超声放电图谱特征库，为放电类型识别提供依据。（3）开展GIS局部放电超声波特性、信号传播特性、局放定位方法的研究。设置不同的GIS母线间隔结构，通过仿真计算与实际测量，确定不同定位方法的优越性。（4）开展GIS超声波检测信号处理的研究，克服设备运行现场强电场干扰的影响，采用光电转换等方法进行信号的传输与优化处理，保证检测系统良好的抗干扰性能。（5）最终研制适用于GIS耐压试验及正常运行时的，采用光电隔离技术的多通道局部放电精确定位检测系统。重点结合设备的交接试验开展该系统在GIS局部放电测试中的应用，为减轻现场工作量，准确判断故障点位置提供有力依据，并基于现场测试案例，进一步完善和优化测试系统的抗干扰方法及定位技术。本项目预期成果目标如下：（1）完成GIS局部放电超声波检测方法的研究。包括放电的超声波特性、信号传播特性及定位方法的研究。（2）提出GIS超声检测系统抗干扰策略与信号综合处理方法。（3）研制出具有自主知识产权的，采用光电隔离技术的多通道GIS局部放电精确定位检测系统。（4）提出适合现场耐压及运行中的多通道局部放电定位诊断导则，建立典型局部放电图谱特征库，为检测系统提供判断依据。一、 本项目立项的必要性（阐明解决了生产、建设、经营管理过程中何种技术难题）由于气体绝缘组合开关设备（GIS）占地面积小,运行维护方便,在电力系统中得到越来越广泛的应用。随着广东电网的近年来飞速发展，广东电网公司含GIS设备的变电站增长很快，截止2009年底GIS设备达到4442个间隔，这些变电站基本分布在重要的工业基地和密集的城市用户中心，保证其可靠运行从而确保工业用电、城市居民用电意义重大。 然而，尽管GIS可靠性很高，但在制作和装配过程中其内部很有可能会留下小缺陷，如固定突起、盆式绝缘子上粘附金属粉末等，且在常规实验中很难被发现,一旦投运即发展成危险的放电通道并引起事故。因此，GIS设备局部放电在线检测是其状态检修的重要依据手段，关系到设备的安全稳定运行。电力行业标准DL/T618-1997气体绝缘金属封闭开关设备现场交接试验规程以及南方电网企业标准Q/CSG10007-2004电力设备预防性试验规程对新投运以及运行着的GIS进行了局部放电测试的规定。特别是进入到2010年，广东电网接连发生多起GIS故障或事故，严重影响着系统安全稳定运行。对这些故障或事故进行原因分析表明，多起事故是投运未满5年或新投运的GIS设备，为此公司生技部特发文要求对全省GIS设备进行局部放电专项普查，特别要求对即将新投运的GIS要进行交接耐压时的局部放电检测。 目前主流的GIS局部放电检测技术是特高频检测技术，该技术现阶段已经全部应用到广东电网GIS设备局部放电检测中，但针对GIS交接耐压时，由于时间短（1min），受到测试传感器数量的限制（一般便携式最多3个通道），往往很难覆盖到全部GIS上，难免漏掉局放信息，特别是出现放电时，对放电点的判断还得依靠现场人员的听力判断，使得对于故障点的查找来说困难较大。目前从文献检索方面我国对于此还没有合适的方法在应用或尝试。 局部放电超声波检测技术在电力设备特别是电力变压器及GIS设备上应用起步较早，由于其测试灵敏度相比特高频技术有较大的差距，使得该项技术仅仅局限在运行时的设备巡检阶段上。但超声波法对于局部放电的定位有着独特的优势，具有检测传感器布置灵活，定位范围广等特点（传感器数量可达数十个），将这一优势应用到GIS现场交接耐压试验中，可精确定位GIS放电点，减小查找故障时间，避免遗漏缺陷；同时也可将建立设备的局放信息库，为今后的超声带电检测提供参考依据。这些对正确评估运GIS设备的绝缘状态，确保电力系统安全运行有着十分重要的意义。迄今为止我院还没有开展任何局部放电超声技术的研究和应用，和其他省电科院相比，对超声波检测法的认识和应用有着较大的差距。通过本项目的开展，最终研制出具有我院自主知识产权的多通道局部放电超声定位检测系统，可应用到广东电网所属变电站GIS设备中，对于新投运或已经投运的GIS设备，都可以进行局部放电带电检测，确保设备安全稳定运行。本系统还可形成产品进行全国范围内的推广应用，扩大我院知名度，树立广东电网公司电力科学研究院良好的企业形象，也能为我院带来极大的经济效益。二、 研究开发内容和预期成果目标1.研究开发主要内容局部放电超声波检测对于局部放电的定位有着独特的优势，具有检测传感器布置灵活，定位范围广等特点（传感器数量可达数十个），将这一优势应用到GIS现场交接耐压试验或运行中，可精确定位GIS放电点或局放点，减小查找故障时间，避免遗漏缺陷；同时，交接试验时的超声局放测试，也可建立设备的局放信息库，为今后的超声带电检测提供参考依据，对正确评估运行GIS设备的绝缘状态，确保电力系统安全运行有着十分重要的意义。本项目拟进行如下内容研究：（1）进行GIS局部放电超声波检测方法的研究。搭建局部放电超声检测平台，通过对比不同超声传感器优越性，确定传感器的选型。（2）建立各种典型的GIS局部放电模型，包括高压导体上的尖刺放电、GIS筒壁的自由金属颗粒、绝缘子上污损及部件松动等典型放电模型，通过时频分析建立典型超声放电图谱特征库，为放电类型识别提供依据。（3）开展GIS局部放电超声波特性、信号传播特性、局放定位方法的研究。设置不同的GIS母线间隔结构，通过仿真计算与实际测量，确定不同定位方法的优越性。（4）开展GIS超声波检测信号处理的研究，克服设备运行现场强电场干扰的影响，采用光电转换等方法进行信号的传输与优化处理，保证检测系统良好的抗干扰性能。（5）最终研制适用于GIS耐压试验及正常运行时的，采用光电隔离技术的多通道局部放电精确定位检测系统。重点结合设备的交接试验开展该系统在GIS局部放电测试中的应用，为减轻现场工作量，准确判断故障点位置提供有力依据，并基于现场测试案例，进一步完善和优化测试系统的抗干扰方法及定位技术。本项目预期成果目标如下：（1）完成GIS局部放电超声波检测方法的研究。包括放电的超声波特性、信号传播特性及定位方法的研究。（2）提出GIS超声检测系统抗干扰策略与信号综合处理方法。（3）研制出具有自主知识产权的，采用光电隔离技术的多通道GIS局部放电精确定位检测系统。（4）提出适合现场耐压及运行中的多通道局部放电定位诊断导则，建立典型局部放电图谱特征库，为检测系统提供判断依据。2.技术关键和重点解决的技术问题（1）高灵敏度超声传感器的选型是本系统研制工作的关键，即如何有效检测各种典型局部放电。（2）超声信号处理与干扰的抑制，即AD光电转换信号电路的开发、如何有效地实现对各种类型干扰的抑制、提取有效地局部放电信号、（3）放电定位的准确度。如何准确的进行局部放电位置的定位是本项目的核心，在改善系统的抗干扰功能的同时，又能提高进行放电定位的准确度是研究的重点内容及有待解决的关键技术问题。（4）研制出基于WINdows的系统平台的仪器，具备信号处理，分析判断，存储，打印，通信等一系列功能于一体也是本课题的重点解决的技术问题。3.预期经济效益和推广前景进行多通道超声波测试系统的自主研制工作，可以有效地填补我院对该测试方法研究空白，提高对该测试方法原理的掌握水平。同时，独创性将此系统应用在GIS设备交接和运行测试中，优化系统抗干扰方法、提高系统放电定位的准确度，有利于有效地查找GIS的故障点，消除设备缺陷，降低GIS故障发生概率和风险，提高设备运行的可靠性。同时也可为运行后的带电测试提供基础数据，用以判断衡量设备的健康水平，避免误判断。通过开展本项目，研制出具有我院自主知识产权的多通道局部放电超声定位检测系统，可应用到广东电网所属变电站GIS设备中，对于新投运或已经投运的GIS设备，都可以进行局部放电带电检测，确保设备安全稳定运行。本系统还可形成产品进行全国范围内的推广应用，扩大我院知名度，树立广东电网公司电力科学研究院良好的企业形象，必定为我院带来极大的经济效益。三、 外协必要性说明目前，我院尚未开展对局部放电超声波法的研究与应用。由于员工职责及工作的要求，也无法完成超声波测试系统具体的研制工作，如对传感器的选型试验、测试系统软、硬件的开发工作，也超出我院现有设计、检验、试验、制造能力，并且研发过程中需要专业的软硬件开发、应用及数值模型计算，必须与外委方合作。今年来在超声波测试领域内取得了不少成绩，开发出的产品应用也较广，积累了很多经验。通过与 的分工合作能够加速系统的完成和功能的实现，且有助于我们将主要精力投入超声波定位系统的核心技术研究中，达成项目各个研究目标。综上所述，选择与 合作，特此说明。四、项目分工与计划进度安排1项目相关单位工作分工单 位具 体 分 工广东电网公司电力科学研究院负责项目的总体规划，编制工作计划，组织人员开展前期调研与资料收集，超声定位系统研制的规划及其现场应用研究；系统整体的调试及应用。 负责超声定位系统的设计开发、研制与调试工作。2.计划进度安排进度安排负责人预计开始预计结束资料收集和调研王红斌2011-01-012011-03-30超声波测试原理的研究、定位系统总体规划设计王红斌2011-04-012011-05-31局放测试平台的搭建卢启付2011-06-012011-08-31超声定位系统的研制开发、调试陈伟中2011-11-012012-02-31定位系统现场测试与完善卢启付2012-03-012012-09-30项目鉴定王红斌2012-10-012012-11-31五、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王红斌38高级工程师副所长广东电网公司电力科学研究院/高压所项目负责人2姚森敬41高级工程师所长广东电网公司电力科学研究院/高压所项目组织协调3卢启付36高级工程师主管广东电网公司电力科学研究院/高压所项目规划实施4李端姣38高级工程师专责公司本部/生技部项目协调5郑晓光42高级工程师副总工程师广东电网公司电力科学研究院/高压所项目组织协调6林春耀45高级工程师主任工广东电网公司电力科学研究院/高压所项目组织协调7吕鸿27工程师专责广东电网公司电力科学研究院/高压所实验室模拟试验方案的制定8庞小峰35工程师专责广东电网公司电力科学研究院/高压所现场测试9李鑫27工程师专责广东电网公司电力科学研究院/高压所测试系统优化10超声系统的设计开发11超声系统的设计优化12王宇26助理工程师广东电网公司电力科学研究院/高压所测试模型的搭建13梁如清30助理工程师广东电网公司电力科学研究院/高压所现场测试14尤德锋25助理工程师广东电网公司电力科学研究院/高压所检测系统的编程设计六、申请项目经费预算（万元）合计2011年2012年技术开发费88.045.040.0资本性支出72.075.00.0项目总经费160.0120.040.0预算支出科目金额（万元）计 算 根 据 及 理 由1.技术开发费设备调整费0.0原材料及半成品试验费20.0建立干扰及放电模型、探头选型及优化、放大器制作及优化技术图书资料费2.0技术资料查询、专业书籍的购买差旅费 8.0外地调研及现场测试调试费用技术研究有关其它经费10.0相关的第三方测试、发明/实用新型专利申请及鉴定会等外委技术开发费 48.0协助进行对比测试（包括场地租用、绝缘件提供、试验设备）理论分析、超声探头天线优化、模式识别计算等技术开发费合计88.02.资本性支出明细硬件购买72.0建立局部放电超声试验平台资本性支出合计72.0六、申请项目经费预算（续）3.科技项目外协费用预算表项目负责单位: 广东电网公司电力科学研究院/高压所项目名称：基于超声波法的GIS局部放电多通道精确定位系统的研制与应用单位1外协工作内容：负责测试系统的超声探头选型优化、系统的研制、调试工作。单位2外协工作内容： 单位3外协工作内容： 外 协 内 容外 协 费 用 （万元）计算依据及理由单位1单位2单位3新产品（软件）设计费20.00.00.0新产品设计设备调整费 0.00.00.0原材料及半成品试验费10.00.00.0购买局放测试传感器及试验中间试验费10.00.00.0试验费技术图书资料费2.00.00.0资料费技术研究有关其他费用1.00.00.0其它费用差旅费 3.00.00.0差旅费管理费2.00.00.0管理费外协费用合计48.00.00.0项目负责人：王红斌 填表日期 年 月 日七、合作单位意见(对合作关系、任务分工、计划进度及所需经费预算等签署具体意见) 单位（公章） 年 月 日八、申请单位意见 主管领导（签字） 单位（公章） 年 月 日 九、省公司生技部预审意见 结论： ( 同意、不同意 ) 送审查。 审查人（签字） 部门领导（签字） 年 月 日 十、备注附表：项目预算准入打分表（必需填写）影响因素影响因素说明因素评分标准标准分值项目得分审查得分发展评价因素与企业战略目标的符合程度4040对省公司经济效益的提高和改善环境的贡献程度打分时发展评价因素四个中最多选两个进行打分，其余两个因素打0分，合计分超过40分以40分为准贡献程度选项有四种：提升很大30分提升较大20分有一些提升10分没有提升0分3030对省电网现代化管理水平提高的贡献程度贡献程度选项有四种：提升很大40分提升较大20分有一些提升10分没有提升0分4040对提升电网安全稳定运行的贡献程度贡献程度选项有四种：提升很大30分提升较大20分有一些提升10分没有提升0分3030对省公司科技进步和提升整体技术水平的贡献程度贡献程度选项有四种：提升很大40分提升较大20分有一些提升10分没有提升0分4040业务评价因素6060是否属于生产、建设、经营中的重大科学技术问题的的关键科技项目该因素选项有两种：是15分否0分1515是否属于省公司确定需要解决的重点技术攻关课题该因素选项有两种：是15分否0分1515创新性某些关键技术方面的重大突破，达到国内、国际先进水平该因素选项有四种：很大10分较大8分一般4分没有0分108可推广性该因素选项有四种：很大10分较大8分一般4分没有0分1010是否能形成知识产权知识产权是指专利权和著作权（版权）该因素选项有两种：是10分否0分1010小计10098目录摘要iAbstractii图目录IV表目录V第1章 绪论11.1 课题背景11.2 虚拟试验验证技术发展状况11.3 本文主要工作和意义31.4 论文组织结构41.5 本章小结4第2章 相关知识介绍52.1 TDL定义语言52.1.1 TDL关键字52.1.2 导入（import）62.1.3 包（package）62.1.4 状态分布对象（SDO）62.1.5 消息对象（message）72.1.6 本地对象（Local Class）82.1.7 向量数据类型（Vector）92.1.8 接口模型（Interface）92.1.9 枚举数据类型（Enumetation）92.1.10 TDL的基本数据类型102.2 Eclipse RCP框架102.2.1 Eclipse RCP概述102.2.2 Eclipse RCP体系结构112.2.3 Eclipse RCP的优点和应用122.3 本章小结12第3章 系统总体设计133.1 总体设计133.2 功能模块划分143.2.1 文本编辑模块143.2.2 可视化建模模块153.2.3 可视化框架代码生成与编译模块153.2.4 对象模型测试验证模块153.2.5 一体化集成平台163.3 本章小结16第4章 TDL文本编辑模块的研究174.1 功能介绍174.2 文本编辑模块的工作原理174.2.1 TDL的I/O操作184.2.2 语法高亮显示194.2.3 语法错误提示194.2.4 格式美化194.2.5 快捷提示和自动补充204.3 文本编辑器的生成方法214.3.1 XText介绍214.3.2 XText的工作原理224.3.3 领域特定语言224.3.4 TDL的语法定义224.3.5 TDL编辑器的生成方法264.4 本章小结27第5章 框架代码生成与编译模块的设计285.1 功能介绍285.2 模块概要设计295.2.1 TDL编译295.2.2 错误定位315.2.3 框架代码编译325.3 框架代码生成与编译模块的详细设计335.4 本章小结36第6章 一体化集成平台的设计376.1 一体化集成平台概述376.2 一体化集成平台的设计376.2.1 项目生成与管理功能376.2.2 可视化文本编辑功能436.2.3 可视化框架代码生成与编译功能496.3 本章小结52第7章 系统的实现537.1 文本编辑器的实现537.2 框架代码生成与编译模块的实现567.2.1 框架代码生成的实现567.2.2 框架代码编译的实现587.3 一体化集成平台的实现597.4 系统演示607.5 本章小结66第8章 总结与展望678.1 全文总结678.2 工作展望67参考文献69作者简历71致谢72