1、基于泛在电力物联网的强风环境电网灾害预警与防治,追风护网 勇毅笃行,我国新疆地区处在中纬度区域，分布广泛，这些区域是我国重要的能源基地和电力送端，但境内大范围存在的强风、沙尘、大温差等极端气象环境给超/特高压线路的规划、设计、施工和运维等方面带来了诸多难题和挑战。特别是强风、沙尘导致的输电线路风偏故障及线路跳闸事件仍时常发生,系统大停电风险仍然存在。,“三十里风区”和“百里风区”常出现西北偏北大风及沙尘，给输电线路运行维护带来挑战。,电网东西伸展已到达2200公里、南北3300公里，覆盖地域约120万平方公里超/特高压交直流混联电网,风沙对输电线路的破坏影响类型主要包括风偏跳闸、绝缘子和金具损

2、坏、导地线断股断线等。,新疆强风环境概况,新疆强风环境概况,杆塔损坏直线塔损坏拉线塔损坏水泥杆损坏,风偏跳闸导线对杆塔构件放电导地线线间放电导线对周围物体放电,绝缘子和金具损坏金具磨损和断裂绝缘子掉（断）串绝缘子伞裙破损,北疆地区：每年的4-5月份或10-11月，冬春季、秋春季节转换过程，均会发生1-2起天气突变过程，来自西伯利亚的冷空气自新疆阿勒泰、塔城、博州、伊犁一线入境，沿北天山自西向东横穿乌鲁木齐到哈密，导致沿途约60%左右的输电线路会出现风偏、断线等跳闸。南疆地区：每年4-5月，来自中亚的冷气流在阿克苏、巴楚、喀什、和田一线形成强对流，大风裹挟沙尘自西向东过境进入塔克拉玛干沙漠，过程

3、中造成输电线路大面积跳闸。,冷空气,沙尘暴,以上3-4次大风、沙尘天气导致的线路故障约占全年故障的60%左右,新疆强风环境概况,解决上述问题，保障输电线路在强风环境下安全稳定运行、提高区域供电安全水平的需求愈加凸显。,突出问题,新疆强风环境概况,“泛在电力物联网”,What is“SG-eIoT”,7,2019年国网公司两会报告中提出建设“坚强智能电网”和“泛在电力物联网”，泛在物联是指任何时间、任何地点、任何人、任何物之间的信息连接和交互。泛在电力物联网将电力用户及其设备，电网企业及其设备，发电企业及其设备，供应商及其设备，以及人和物连接起来，以电网为枢纽，发挥平台和共享作用，产生共享数据，

4、为用户、电网、发电、供应商和政府社会提供价值服务。,泛在电力物联网-基本概念,SG-eIoT 总体架构,1.感知层包括但不限于现场采集部件、智能业务终端、本地通信接入和边缘物联代理。2.网络层 包括但不限于接入网、骨干网、传输网、业务网、支撑网和互联网。3.平台层 包括但不限于企业中台、物联管理平台、云平台。平台层，对下负责数据统一接入，对上提供REST风格的API接口供应用层调用。4.应用层 包括但不限于对内业务和对外业务。应用层应提供应用开发SDK，支持C、JAVA、Python、Go等语言。5.安全防护 贯穿感知层、网络层、平台层以及应用层四个层次，结合泛在电力物联网业务发展需要，实现全

5、场景安全防护。,泛在电力物联网-分层架构,泛在电力物联网-总体框架,Wind in“SG-eIoT”,“泛在”中的强风环境电网灾害预警与防治,应用层,感知层,灾害监测预警中心,泛在电力物联网-防灾减灾分层架构,平台层,物联管理平台,电网环境一体化平台,设备感知,环境感知,客户感知,导线,杆塔,绝缘子,避雷针,导线,气象监测,气象极值,气象预报,配电线路,电力用户,配变台区,泛在电力物联网-感知层,设备感知,环境感知,客户感知,平台层,输电线路摆动监测,输电杆塔倾斜监测,紧固件轴力监测,绝缘子风偏监测,避雷针风振监测,电力用户智能监测,电力气象融合监测,电力气象数值预报,配变台区智能监测,电力气

6、象极值,配电线路智能监测,近年来，新疆各大风区不同电压等级的输电线路，均频繁出现由强风导致的输电导线磨损、断股案例，严重威胁线路安全。统计分析发现，断股导线的平均投运年限在4年左右。开展了输电导线摆动在线监测及防断股治理。,主要包括导线监测单元和主机两部分。采用加速度、位移传感器将导线运动参数进行采集，通过内置的无线传输模块传输至塔身上的主机，再通过移动通讯回传至后台的监控中心。,现场导线断股图,断股导线投运时间分布,“泛在”防灾减灾-感 知 层,主机安装于塔身,监测单元安装于金具连接处,现场安装应用,目前已试点安装于达吐一线，数据传输稳定可靠。利用该系统可得到不同风速下导线的运动规律，准确判

7、定导线断股机理及规律，指导现场开展差异化防断股措施改造。,导线偏转角和风速的关系,“泛在”防灾减灾-感 知 层,新疆地域广阔，地形地貌多样，气候多变，线路输送距离长，强风环境条件恶劣，同时受周边施工、采掘活动的影响，易引发杆塔和基础的变形破坏，威胁线路安全运行,利用北斗定位技术结合形变监测终端实现铁塔倾斜的自动监测，杆塔倾斜角度测量范围：30；角度测量精度：0.2，能够对杆塔进行全天候的在线监测，预判杆塔形变，指导检修和维护。,“泛在”防灾减灾-感 知 层,开展新疆输电线路杆塔监测，各监测点布置于750kV伊库线区段，实时采集三维位移数据,有效应对线路杆塔，基础、廊道及周边发生的强风、雪崩、山

8、体滑坡、地质变化等地质灾害，加强输电线路灾害应急处置水平。,“泛在”防灾减灾-感 知 层,新疆地区昼夜温差及四季温差大，灾害性大风天气频发。750kV超高压线路运行中出现了大量螺栓松动、脱落现象，给线路运维带来大量附加工作量，同时也严重威胁线路安全。因此，开展紧固件轴力在线监测，明确其松动机理并提出防松措施，可有效保障线路安全。,通过穿轴式称重传感器获得紧固件的轴力，转换为电压信号传递给无线测量模块，并将信号实时发送给网关，网关借助数据转换发射模块将数据发送至异地手机或电脑上。,“泛在”防灾减灾-感 知 层,截止目前，已试点安装于达吐一、二线107#及472#塔）。依托在线监测数据，结合实验室

9、对比分析，提出了应用HARDLOCK永不松动螺母的防松措施，2019年将在多家运维单位应用推广，进一步提高强风区线路安全运行水平。,Hard Lock螺母（永不松动的螺栓）,“泛在”防灾减灾-感 知 层,新疆地区输电线路很多区段处于大风区域，大风对于绝缘子串，特别是大吨位的绝缘子串产生的风偏和震动，会对杆塔本身产生强大的应力变化,#在我国西北地区风沙较大的地区，绝缘子串摆动导致相地绝缘间隙小于设计裕度，进而发生闪络放电，使得绝缘性能和机械性能下降,#当风速大于一定级别且较为稳定时，绝缘子串发生剧烈摆动，当摆动幅度和频率累积到一定程度且持续时间较长时，绝缘子内部结构出现损伤而导致断裂,#金具连接

10、部位长期摩擦导致损伤脱落，导致绝缘子掉串或导线脱离绝缘子，对电网的安全运行构成严重威胁,采用非接触式可见光图像处理技术实时自动监测绝缘子摆动，经图像处理算法分析处理，计算并判断绝缘子摆动的频率、方向、幅度和应力变化，对隐患进行提前预警。,“泛在”防灾减灾-感 知 层,圆管型独柱/构架避雷针高耸结构：（长细比大、外壳薄、自重轻、刚度小、基频低）典型的风敏感结构风致振动和风振疲劳应用时间和经验有限（10年）,“泛在”防灾减灾-感 知 层,独柱式避雷针测点布置,构架避雷针测点布置,监测点布置方式,一阶频率0.669Hz,一阶频率1.456Hz,一阶频率1.563Hz,“泛在”防灾减灾-感 知 层,“

11、泛在”防灾减灾-感 知 层,现在大多的数值气象预报采用基于中尺度和微尺度模型的WRF模式降尺度方法，总体流程分为三大部分，分别为数据处理部分、中尺度模式部分和降尺度模式部分。经过这三个部分后，数据共同进入微尺度模式，最终得到设定区域和时间段内的降尺度诊断风场。,“泛在”防灾减灾-感 知 层,建立全疆电网大风、覆冰、沙尘暴、暴雪历史极值数据库，制作全疆电网沿线大风、覆冰、沙尘暴、暴雪、地震发生频次区划。指导规划设计、设备选型及技改大修工作。,“泛在”防灾减灾-感 知 层,“泛在”防灾减灾-感 知 层,实现电流采集，内部采用双CT结构，感应取电CT为装置电源，具备5A取电能力，测量CT独立部署，具

12、备0.5级采集精度。,尼龙+玻璃纤维增强复合材料,加快配电“泛在物联网”的建设是一项重要任务。有7.2万个10千伏老式开关、跌落式熔断器仍处于监测“盲点”，制约了灾害发生时供电线路停运分析，无法及时、准确地评估电力用户停电范围。,铝制表壳,一是电压采集，构建线路-外壳-大地电压回路，电压2%测量精度。,三是通讯远传，在三相终端间通讯采用射频，在中间B相上部署加密芯片和4G模块，加密上传。,二是电流采集，感应取电CT 5A取电能力，测量CT0.5级精度。,“泛在”防灾减灾-感 知 层,一是停电告警，装置实时监测电压、电流是否越限，一旦停电，“秒级”发停电“遥信”。,二是接地研判，小于30s的精度

13、合成零序电压、电流，应用暂态首半波、稳态零序功率方向和特征学习，智能研判接地故障。,三是主动抢修，形成装置自动告警，配电自动化主站研判区域，供服平台下发工单的闭环流程。,供服平台,抢修手机移动端,自动化设备,告警,研判,派单,配电主站,“泛在”防灾减灾-感 知 层,新型智能配变终端,遵循“硬件平台化、软件APP化”原则，采用分布式边缘计算架构，基于通用硬件资源平台，通过APP以软件定义方式实现业务功能，以虚拟化容器技术实现应用与驱动、容器与容器之间的安全，支持业务快速部署及便捷扩展，支撑中低压配电网一体化信息采集，本地分析，本地决断，快速响应。,基于容器技术，解耦终端硬件与软件基于软件定义终端

14、，应用灵活扩展低压拓扑自动识别，状态全感知边缘智能台区自治，智能决策分析营配数据融合贯通，数据共享应,“泛在”防灾减灾-感 知 层,低压线路快速复电物联网模式,停电主动告知用户，减少报修工单数量停电感知10s内、客户体验优降低停电投诉,故障抢修技术手段数字化非故障区段数秒级快速复电，提升供电可靠性停电影响范围小,图模自识别、无人工参与拓扑自动更新、100%准确无需普查、零时长故障区段精准定位，提升抢修效率，降低成本,新建：采用融合智能配变终端的物联网型一体化变台。改造：加装智能配变终端，改造智能电容器，加装分布式监测终端。,“泛在”防灾减灾-感 知 层,传统的表计终端已经无法适应泛在物联网下客

15、户侧逐渐多样化的灵活互动诉求，需要我们研制新一代智能电能表、模组化智能终端，连接用户侧新型智能设备，实现用户设备数据的感知、采集和控制。,“泛在”防灾减灾-感 知 层,泛在物联网对采集感知层提出了新的要求，智能电能表结合现场实际的应用需求设计，在本地实现边缘计算，并对用户所有用电设备的分别识别、计量。从而，将会解决在极端灾害导致大规模用户停电时较难及时、准确评估用户停电情况的瓶颈。,“泛在”防灾减灾-感 知 层,泛在电力物联网-网络层,03,窄带物联网应用,02,5G通信应用,01,全场景网络安全防护,网络层,形成生产控制大区、管理信息大区（原信息内网）和互联网大区，全域范围属于泛在电力物联网

16、范畴。管理信息大区用于承载公司核心生产、经营、管理和涉商密业务系统；互联网大区用于承载原信息外网业务和互联网新兴业务。通过业务融合，实现终端设备统一接入，全面缩减网络边界，减轻边界防护压力，并采用通道加密措施提高传输安全。,“泛在”防灾减灾-网 络 层,5G由于具备“低时延、高可靠、大连接、高安全”等优势，有希望成为泛在电力物联网的重要通信手段。5G系统的增强型移动宽带、超高可靠低时延通信、海量机器类通信三大基础能力将使能泛在电力物联网，激发电力运行新型作业方式和用电服务模式，实现电网业务智能化升级，促进公司新兴业务发展。,“泛在”防灾减灾-网 络 层,业务要求：引入AR/VR技术，自动将灾情

17、相关的采集数据、高清图像、视频等信息并实时传回应急指挥中心，通过远程会商协助现场灾害抢修，实现智能化抢修应急。,“泛在”防灾减灾-网 络 层,NB-IoT相对短距通信/私有技术优势明显,公司目前接入智能电表等各类终端约5.4亿台（套），预计到2025年，传感器连接数将达10亿只以上，到2035年将达20亿只以上。随着泛在电力物联网建设的不断深入，“新能源、新业务”大规模接入，“控制”由局部向全程拓展，信息采集爆发式增长，业务通信需求逐步呈现出“高安全、低时延、广覆盖、高可靠、大联接”特征，对电力无线通信网络的业务承载能力提出新的挑战。,“泛在”防灾减灾-网 络 层,泛在电力物联网-平台层,统一

18、视频平台,电网环境一体化平台,物联管理平台,平台层,物联管理平台定位于业务现场场景全覆盖，平台在支持亿级连接、百万并发的同时，提供高安全、高可靠的稳定运行能力。,企业中台,业务中台,数据中台,“泛在”防灾减灾-平 台 层,亮点3：数据全局共享,亮点4：设备功能软件定义,亮点1：设备即插即用,亮点2：边缘计算自治,智慧物联体系,“泛在”防灾减灾-平 台 层,“泛在”防灾减灾-平 台 层,一体化平台接入在新疆区域内的所有气象站观测数据，实时展示新疆电网3*3公里内受风、冰等自然灾害天气影响的线路，并对未来受影响线路进行预警，根据系统预测数据编写新疆电网综合短期预报下发给各运维单位。,“泛在”防灾减

19、灾-平 台 层,电网统一视频监控平台是遵照电网视频监控系统及接口企业标准建设，共有通信、管理、流媒体、录像回放、质量诊断、智能分析等核心服务模块，包含配置管理客户端、C/S综合展示客户端、B/S综合展示客户端以及典型综合展示控件等部分。通过B/S客户端和C/S客户端实现视频监控信息集中展现；通过典型控件实现与输变电状态监测、基建管控等业务系统的横向应用集成，为其提供统一的视频服务。平台成为电网视频的接入汇聚中心、交换共享中心和设备运维中心。,“泛在”防灾减灾-平 台 层,新疆公司统一视频平台覆盖了各部门各地州营业厅、变电站、输电线路、信息机房、库房、机关大楼等各个场所，实现统一监控、分级控制、

20、分域管理，有效支撑了各部门、各单位的视频应用需求，为各业务提供统一的视频服务，初步实现企业级视频信息共享利用。目前系统已接入变电站733座，视频监控10938路；营业厅568个，监控视频3140路，其他各类现场视频687路。,“泛在”防灾减灾-平 台 层,泛在电力物联网-应用层,01,03,02,电网灾害监测与预警中心,监测图像智能识别,供电服务指挥中心,应用层,功能：极端下电网灾害监测与预警技术。,电科院设备状态评价中心监测大厅,新疆电网立体化综合监测网（3*3公里）,电网灾害监测预警与应急指挥管理系统,按阶段技术支撑省公司各个专业部门,目标：为新疆地区提供灾害监测、预警、评估等。,“泛在”

21、防灾减灾-应 用 层,启动应急灾害预警,应急指挥中心24小时值守,监测应急资源调配情况,灾损调查和灾情分析,应急物资检测,应急预警阶段,应急响应阶段,应急处置阶段,“泛在”防灾减灾-应 用 层,针对输电线路采集的图像没有自动比对功能，无法自动发现外破隐患，建立图像智能识别体系，对电力线路在线监测图像进行智能识别与分析，即时触发报警信息，通知相关运维人员及时采取防范措施。通过智能学习，提高识别的准确度。,制定事故或预警发生的预案，实现规范化管理,自动监测并识别线路异物入侵、导线及绝缘子破损。通过智能学习，提高识别的准确度。,对图像数据进行分析处理，过滤掉无效数据，减少数据的存储有效数据集中存储，

22、用于数据分析,对现场图像数据的实时分析，异常事件及时告警,规范化,智能化,“泛在”防灾减灾-应 用 层,截止目前，系统共接入约500套图像监测装置，其中配置特种车辆入侵监测点292个，线路异物入侵监测点250个，人员异常行为监测点247个，绝缘子破损监测点167个。运行过程中数据管理模块获取前端样本约30万张。已自动发现外破隐患及导线破损缺陷30余起。,异物入侵,特种车辆入侵,人员入侵,“泛在”防灾减灾-应 用 层,“泛在”防灾减灾-应 用 层,客户服务指挥模块,业务协同指挥模块,配电运营管理模块,服务质量监督模块,配网停运状态管控,主动处置工单,设备统计分析,“泛在”防灾减灾-应 用 层,追风护网，勇毅笃行,谢谢各位的聆听欢迎来大美新疆指导交流,