科技项目建议书基于架空线取能的配电网无线数据传输系统的研究与应用10.docx
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科技项目建议书基于架空线取能的配电网无线数据传输系统的研究与应用10
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6~20kV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）∆I>Is；
（2）∆T>Ts。
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6~10kV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：
0~600A。
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、开关状态变化及遥控命令、故障检测设备的检测结果、线路温度等。
系统由以下设备构成：
带网络式无线通信的前端检测设备（电度表、故障检测设备、FTU等）、网络式无线中继器、网络式无线网关、监控中心。
系统原理图如下：
整个系统的工作原理简述如下：
由挂在线路上的网络式无线中继器相互级连构成网络式无线传输主干网，沿线路挂接的变压器、故障检测设备、开关、电表等设备的数据直接接入该网，被一级一级的传输到变电站，通过变电站与调度之间的通信系统（光纤或载波）传输到调度中心，在调度中心的监控主站上进行显示和处理。
中继器采用线路取能的方式获得工作电源，利用可充电的锂电作为后备电源。
为了节省能量，最大限度的减小网络传输延时，采用定时唤醒、心跳对时的模式进行工作，即每隔4秒钟查找一次是否有数据需要传输，如果有，则立刻启动传输，否则进入休眠状态。
每隔一小时进行一次心跳（中继器运行状态）查询，上报报文中含有自己的时钟信息，在其它中继器传输该信息时直接进行时间同步，网络中只有一个中继器都可以发起对时请求。
当一个中继器有数据要传输时，其启动后一直向相邻中继器传输该信息，直到相邻中继器将数据取走。
为了简单可靠期间，中继器之间采用固定连接路由模式。
每个中继器的连接关系可以在本地进行更改，也可以利用监控主机进行更改。
变压器的数据接入该系统，需要在配变综测仪上增加一个网络式无线通信转换器，将综测仪的RS232通信变成网络式无线通信，直接通过与其最近的中继器接入该系统。
可以传输模拟量、电度量等。
故障检测装置内置网络式无线通信模块，可以检测短路和接地故障，而且可以测量线路的导线温度，防止线路过热而使绝缘老化加速。
当检测到故障时，利用内置的网络式无线通信模块将数据传输给附近的中继器，从而被传输给监控主站。
用户电表的数据利用集中器将分散在每个用户家中的电表数值集中起来（无线或RS485），直接传输给中继器，然后上传给监控中心。
四、工作进度安排
序号
时间段
主要工作内容
1
2009年1月至2009年2月
研究现场情况，根据现场情况确定中继器的安装位置和取能方式
2
2009年3月至2009年5月
根据现场的具体情况研制相应的设备：
GIS软件、故障检测装置、数据转发站和通信中心站等
3
2009年6月至2009年10月
系统试运行
4
2009年11月至2009年12月
系统验收
5
年月至年月
6
年月至年月
7
年月至年月
8
年月至年月
9
年月至年月
五、实现本项目预期目标已具备的条件
（包括过去的研究工作基础，现有的主要仪器设备、研究技术人员及协作条件，从其它渠道已得到或已申请的经费情况及金额等）
[项目负责人]
[已具备的条件]
配变监测仪、故障检测装置的性能已经比较稳定，在此基础上增加自动化部分，对人员的培训要求不高，对于增加故障检测装置的功能、进一步提高现场故障查找效率具有极重要的意义。
六、研究项目组成人员情况
序号
姓名
年龄
职务
职称
专业
本项目中
分工
投入项目
工作总月数
工作单位
1
2
3
4
5
6
7
8
七、项目经费预算 单位：
万元
科 目
预算金额
备注
年
年
年
资本金
成本
资本金
成本
资本金
成本
（一）直接费用
1.人员费
（1）研究机构人员费
（2）临时工工资
2.设备及软件费
15
（1）购置
15
预算明细表
（2）试制
预算明细表
3.业务费
5
（1）材料费
预算明细表
（2）资料费
1
（3）外协测试试验及加工费
1
预算明细表
（4）会议费
2
（5）差旅费
1
4.其他直接费用
（二）间接费用
1.现有仪器设备使用费
2.直接管理费用
3.其他间接费用
（三）合作研究支出
预算明细表
合作支出1
合作支出2
合计
20
分年度合计
总计
注：
与项目有关的前期研究（包括阶段性成果）支出的各项经费不列入本项目预算。
八、合作单位意见
（对合作研究内容、参加人员及保证研究试验等签署具体意见）
单位（公章）年月日
单位（公章）年月日
单位（公章）年月日
如有与合同单位的意向书，可不必在此栏中盖章，但应注明另有附件并随《建议书》一同上报.
九、申请单位审查意见
（对经费预算是否合理，有无其他经费来源，能否偿还贷款，能否保证研究计划实施所需的人力，工作时间等基本条件提出具体意见）
单位领导（签字） 单位（公章）
年月日
十、上级主管部门审查意见
（审核申请单位的技术、研究能力、工作条件以及自筹经费的来源，说明为完成本项目所必须的工程试点的落实情况）
单位领导（签字） 单位（公章）
年月日
附件7-１ 设备及软件费——购置预算明细表（单价10万元以上）
序号
设备（软件）
名 称
设备
型号
单价（元/台件）
拟购置数量（台件）
总价
经费
列支
生产国别与地区
主要技术性能指标
购置理由、用途、拟安置单位（与本课题、子课题关系）
计划支出时间
1
微功耗网络式无线中继器
ZYNW-I
3000
20
60000
2009年2月
2
故障检测装置
ZYFI-II/s
500
60
30000
检测短路和接地故障
3
配变综测数据转换器
ZYDT-I
1000
40
40000
将配变数据通过红外转换为无线数据
4
中心通信设备
ZWCS-I
10000
1
10000
信息收集、处理、判断
5
GIS软件
10000
1
10000
显示数据、通信状态和故障位置
单价10万元以上设备合计
单价10万元以下设备
累计
附件7-２ 设备及软件费——试制预算明细表（单价10万元以上）
序号
设备（软件）
名 称
单台价值（元/台件）
拟试制数量（台件）
总 价
经费列支
主要技术
性能指标
试制理由和用途（与本课题、子课题关系）
计划支出时间
单价10万元以上设备合计
单价10万元以下设备
累计
附件7-3 业务费——材料费预算明细表（大宗或贵重的材料）
序号
材料名称
计量单位
单价（元/单位数量）
材料费用
经费列支
计划支出时间
大宗或贵重材料合计
其他材料
累 计
附件7-4 业务费——外协测试化验与加工费预算明细表（量大或价高的外协测试化验与加工项目）
序号
外协测试化验与加工的内容
外协测试化验与加工单位
计量单位
单 价（元/单位数量）
外协测试化验与加工费用
经费列支
计划支出时间
其他外协测试化验与加工项目
累 计
附件7-5 外委研究经费支出预算表
序号
协作研究任务名称
协作研究任务内容
协作研究任务承担单位
经费列支
计划支出时间
累 计
升级会员 