温差

本书围绕电力无线传感网技术创新应用，聚焦于低功耗无线传感网在发电、输电、变电、配电、用电等电力行业领域的应用，具体包括电力发电厂监测区域的事故预警、环境状态判断、劣化趋势分析，输电线路的电力巡检和运维管理，变电站内电力设备的运行状态、环境状态等在线监测，配电领域储能和配电自动化业务的监控和故障定位系统，用电采集和精准负荷控制业务的监测和分析管理等。介绍了无线传感网及其产业发展现状，概述了无线传感网主流技术，总结提炼了电力无线传感网在电力领域的应用情况，分析研究了电力无线传感网的应用价值和挑战，探讨提出了电力无线传感网技术应用发展趋势及建议。 无线传感网是大量的静止或移动的传感器节点以自组织和多跳的方式构成的无线网络，可以感知、采集和处理信息，并将获得的详尽信息发送给需要的用户。 “十四五”期间，国家电网有限公司服务新型电力系统构建需求，将“全力推进电力物联网高质量发展”作为重点工作任务之一，其中的各项工作部署均离不开无线传感网的支撑。无线传感器网中众多类型的传感器，可探测包括地震、电磁、温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等。潜在的应用领域可以归纳为军事、航空、防爆、救灾、环境、医疗、保健、家居、工业、商业等领域。新型电力系统的一些重要的、需要被监控的设备上可以安装传感器，实时监控设备的运行状况。采用无线传感网络技术，将监测到的重要参数上传到集中处理平台，智能电力系统可以根据参数的变化，及时发现设备故障等，主动预防可能发生的各种事故。 与传统有线网络相比，无线传感网络具有很明显的优势，主要有：低能耗、低成本、通用性、网络拓扑、安全、实时性、以数据为中心等。无线传感网给电力行业带来应用价值的同时，也面临着极大的挑战。通用无线传感网技术无法满足某些特定的业务需求，变电站、输电线路等某些复杂的电力现场环境对于功耗控制、传输距离、组网灵活性等方面有特定需求，需要结合电力物联网的业务需求和应用场景来实现功耗和连接性能的协同优化；在终端接入和数据传输方面，设备和数据量均呈爆发式增长，海量数据给电力物联网带来了资源和数据传输带宽的压力；传感节点大多布置在户外环境中，恶劣环境和网络攻击均影响传感节点的运行和信息传递，因此，提升终端接入安全和抗干扰能力是保证电力物联网健康发展的重要基础；传感器小型化、无源化技术有待突破，利用电网沿线的磁场、电场、振动及温差等外部条件，实现微源取能是关键难点。为此，电力企业需要弥补现有的不足和短板，结合电力行业发展战略，研究低功耗无线传感网的网络与安全连接技术，全方位地提高感知数据的颗粒度、广度和维度，并持续积极探索基于人工智能的知识赋能、５G通信技术、基于边缘计算的技术、数据开发服务技术等方面融合发展。 联系人：陈姗姗 手 机：13261508443 邮 箱：chenshanshan@eptc.org.cn

我国沙漠、戈壁、荒漠地区具有面积广阔，占全国陆地总面积的13%。据测算，如果我国荒漠化面积的1%用于新能源发电，其装机容量将超过目前我国新能源发电总装机容量。沙戈荒多处于海拔高度1000m以上，土地较为平坦，风光资源条件优越，但环境恶劣，浮尘日、雷暴日、沙尘暴较多，气温夏季高、冬季低，季节性温差变化大，为新型能源基地的规划、建设和经济开发带来了诸多挑战。

发展海上风电是实现 “双碳”目标的重要举措。直流海缆是海上风电输电工程的重要装置，而海缆稳态载流量等研究对推动远海风电大规模开发具有重要意义。近年来高压直流海缆稳态载流量的相关研究考虑海洋环境因素较为单一且未充分考虑绝缘层温差的限制。文中建立了500 kV直流海缆与海水系统的电-热-流耦合模型，研究了单根和双极海缆在不同敷设方式下垂直洋流(垂直于海缆长度方向流动的洋流)流速，考虑绝缘层温差限制、双极不同间距等对载流量的影响。结果表明，相较于仅考虑线芯温度70 ℃限制，综合考虑绝缘层温差20 ℃限制的载流量更小，且相较于其他敷设方式，直埋敷设时绝缘层温差20 ℃限制对载流量的影响更小；双极海缆的载流量随双极间距增大而增加，流速为0.1 m/s时涡旋对海缆载流量有较小的提升作用；在绝缘层温差为6 ℃附近，电场发生翻转。研究结果可为敷设方式的选择以及载流量的预测和评估提供重要指导和参考。

锂离子电池被广泛应用于化学储能系统，然而由于该电池固有的产热特性，热失控成为了化学储能电站的一大安全隐患。因此优化设计电池热管理系统，有效避免热失控现象，对化学储能系统安全运行至关重要。文中设计了一种兼具串联折返与并联分支结构的新型并联蛇形流道液冷板，通过仿真实验，研究液冷板流道结构、液冷系统布置、冷却液入口流速对最高温度、温度分布均匀性、进出口压降的影响,以达到优化液冷系统的目的。结果表明，相同冷却液入口流速下，与传统并联流道相比，新型流道的最高温度降低0.284 9 K、模组组内温差降低0.466 3 K，与传统蛇形流道相比，其进出口压降减小40.18%；基于并联蛇形流道液冷板，液冷系统的最佳布置方案为冷却液二分口注入+液冷板交错布置；不同液冷板流速差异化设置，即两侧液冷板入口流速设定为0.1 m/s,居中液冷板入口流速设定为0.2 m/s，较四板保持相同流速为0.2 m/s的方案，电池模组组内温差降低13.62%，列间温差降低82.59%，能耗降低44.87%，达到“降本增效”的优化效果。合理的流道结构、交错的液冷板布置以及差异化的入口流速设计可以优化电池模组的液冷系统，增加电池模组运行的安全性。

目前变电站使用的端于箱，因为设计不合理、材质差、加工工艺水平不高等各方面的原因，还存在密封不好、防风能力不足等请多问题：密封差。现有端于箱结构设计不合理，箱门处密封胶条材料质量差，制作工艺不高，缝隙较大。从端于箱底部封板穿过的电缆布置杂乱，导致有机防火泥难以填满电缆缝隙。通风口无密封功能。若变电内满，上诉原因均会导致箱体进水，追使一次设备停电。受潮凝露。沿海变电站须长期面对高温、高湿、高盐腐等运行环境，箱体与空气温差大，造成箱体内凝露现象普遍。长期凝露导致箱内二次回路对地绝缘电阻下降，严重时形成接地，引起保护拒动或误动，引发电网事故。防风差。部分端子箱门刚性不足，底部与基础连接不牢，未能彻底抵抗超级台风。当端于箱门和箱体被强劲风力破坏后，箱内的元器件将失去底护甚至被措毁，严重影响设备及电网安全。小动物活动频繁。箱体密封不严，冬季小动物频繁进入箱内取暖，若小动物不幸接触二次端子，将造成二次回路接地短路，危害电网安全稳定运行。 项昌组根据多年的现场运行经验，并查阅了大量的文献资料，从凝露成因、气流运动、金属材质等理论、方法入手，提出了全方位防护的技术目标，编写了技术说明书，制作了三维动画仿真模型，提出了制作的工艺要求和测试标准。研制了成品后在多家设计、施工、运行单位展示和使用，征求意见，并不断改进，反复验证，最终形成目标产品并在多个变电站成功应用。

本项目属于电气工程学科，涉及材料学、环境学等多学科交叉领域，由科研、生产等单位协同攻关完成。 随着电网建设的快速推进，跨区域长距离输电不可避免地会受到特殊气候和极端环境的影响，输变电设备的沿面放电问题日益突出，主要体现在：一是高海拔问题。在气压低、温差大、紫外线强等恶劣运行环境下，输变电设备面临放电电压降低、复合材料老化的问题；二是覆冰问题。在导线覆冰厚度5mm以下地区，超、特高压绝缘子串多次发生冰闪事故，仅以导线覆冰厚度来表征绝缘子覆冰严重程度与现场情况不符；三是大雨闪络问题。我国站用套管多次发生大雨闪络事故，多是由于外形设计不合理，需要从雨帘物理阻隔等角度对雨闪特性开展深入研究。上述问题国内外研究较少，亟待开展技术攻关，从而解决特殊气候条件下超/特高压输变电设备沿面外绝缘关键技术难题。

近几年，宁夏地区自然环境逐年好转，乌类种类和数量大幅增长，导致输电线路鸟害故障较为严重。随着宁夏地区超高压输电线路的快速发展，乌害问题已严重威胁到330kV输电线路安全。2011年以来，宁夏地区330kV输电线路鸟害跳闸23次，占各电压等级乌害故障跳闸总数的26.7%，严重威胁超高压电网安全运行，需进一步引起重视，开展相关研究，采取防护措施，降低乌害故障跳闸次数，经调研，宁夏地区乌害故障具有以下特征：“I”型串闪络19次，占比73.1%，“V”型串闪络4次，占比26.9%；多集中于春季4月，时间集中于凌晨1:00到6:00；③星夜温差较大，相对湿度在50%RH以上，多有雾或凝露现象发生；①宁夏地区乌害引起输电线路跳闸同比国内平均水平比例更高，仅次于外力破坏，排名第二位；乌害故障随机发生，难以预测，极大威胁输电线路安全运行。 项目主要通过对宁夏地区乌类种类分布及活动习性开展调研分析，对330kV输电线路鸟害闪络机理及影响因素进行研究，对部分新型防鸟害装置进行仿真分析和效能评估，针对不同地域、不同鸟类和不同季节情况，因地制宜制定防鸟害综合策略，开发防乌害预警系统，有效指导宁夏电网防鸟害工作，确保电网安全稳定运行。

为解决混合光伏-温差(photovoltaic thermoelectric generator, PV-TEG)系统的最大功率点跟踪(maximum power point tracking, MPPT)问题以提高能源转换效率和利用率，提出了一种基于指数分布优化器(exponential distribution optimizer, EDO)的混合PV-TEG系统MPPT技术。EDO通过模拟指数分布的随机变化来搜索潜在的解空间，由于随机性，算法可有效避免在局部遮蔽条件(partial shading condition, PSC)下陷入局部最优，并在搜索空间中广泛探索以找到最优解。算例研究包括启动测试、太阳辐照度阶跃变化、随机变化、香港四季实际算例4个部分，并与其他5种算法进行对比分析，以较为全面地验证所提EDO技术在混合系统MPPT应用中的可行性和有效性。仿真结果表明，采用EDO的混合PV-TEG系统在不同运行条件下均能稳定、高效地实现最优越的MPPT性能，尤其是在春季低辐照度的条件下，EDO产生的能量分别超过蜻蜓算法(dragonfly algorithm, DA)、增量电导法(incremental conductance method, INC)、扰动观测法(perturbation observation method, P&O)能量输出的68.85%、66.13%和59.69%。

该成果依据《隐患排查治理大纲》、国网《配网二十一项反事故措施》开展全方位、无死角的隐患排查，缺陷隐患处理流程在PMS2.0系统中实现闭环。以配变为单位，通过落实设备同源管理，加强设备异动管理。主要应用于位于山区、矿区、潮湿度大、温差大的变电站防故障领域。该成果从2014年至2015年间先后在多个变电站进行试用，通过改造后的变电站事故率大大降低。目前，该成果已在国网辽宁省电力有限公司所属各地市级供电公司推广，特别在山区变电站农网改造中得到全面应用。该成果按照标准化建设要求，完成新农村电网建设和配电网环节发展目标。通过对老旧变电站改造技术创新，从根本上消除2009年之前建造的农网变电站安全隐患，解决了潮湿度大的变电站电缆隧道和母线桥散热等技术难题，推广《10kV模塑电缆头自动加热控温仪》施工工艺和交流检测法，进一步提高了冬季电缆制作工艺水平和标准化管理水平。近年来，通过对十几座变电站技术改造后运行情况评估，均达到预期技术指标和目标，其效果非常明显，因此，该研究成果具有广泛的推广和应用前景。

本项目首次提出了基于深度信念网络的燃煤烟气Ox和飞灰含碳量在线软测量技术。解决了硬件传感器测量不准甚至是测量错误或不能在线等问题，为建设电厂智能设备层提供技术支撑。提出了锅炉对流受热面积灰厚度在线监测技术。解决了目前燃煤电厂定吹模式存在的过渡吹灰、吹灰不及时、吹灰能耗大等问题，显著提高了锅炉的运行效率。开发了基于供需传热平衡的空冷单元冻结状态和清洁因子在线监测技术。突破了目前温差预测方法存在无法实时、准确预测冻结状态的瓶颈，提高了空冷岛的安全运行性能。提出了锅炉燃烧和汽轮机背压实时优化方案。实现了机组由热端至冷端的全工况运行性能优化，提高了机组的运行效率。基于ESP-isys实时数据库，结合SIS系统和MIS系统，研发了火力发电节能监测平台，实现了机组性能在线计算和在线优化。本技术经国电电科院太原分院测试，煤粉输送参数监测和优化技术使锅炉热效率提高了1.346%，空冷优化使机组热耗率平均下降53.86kJ/kW·h厂用电率平均下降0.06%，机组供电煤耗平均下降7.03g/kW.h。本技术在国电电力大同发电公司600MW空冷发电机组完成了工程示范，目前正推广在公司2台660MW机组。