设备研制

阐述了客户侧泛在电力物联网智能感知技术研究背景，针对非介入式负荷辨识技术、随器计量技术、传感芯片技术、基于HPLC的用采高级应用技术、基于HPLC的双模通信技术等关键技术以及核心设备研制开发进行全面介绍。最后结合实践分享了公司在典型应用场景的探索。

背景、设备研制及难点、核心部件国产化、设备质量现状、后续提升措施

柔性直流输电系统成套设计及核心装备系列国家标准，包括1《柔性直流输电系统成套设计规范》、2《柔性直流输电换流器技术规范》、3《柔性直流输电控制与保护设备技术要求》，均由南方电网科学研究有限责任公司牵头编写，为世界上首次制定，技术创新难度大，标准成果达到国际领先水平。 本项目之前，世界上尚无相关国际标准参考，南网科研院突破柔性直流输电技术领域三个重要技术方向，包括成套设计、换流器、控制保护核心技术，研究成果形成国家标准，规范了国内柔性直流输电系统成套及核心装备设计情况，为成套设计及核心装备设计、制造、试验、验收提供直接参考依据，意义重大。 项目团队依托国家863计划课题，通过多年技术攻关，完全掌握高柔性直流输电关键技术，在成套设计、换流器、控制保护等方面取得重大创新成果，形成技术标准，并率先实现工程应用，引起巨大社会反响： 1.标准1中第4、6、7部分，世界上首次提出了百千伏级高压柔性直流输电系统集成设计方法，实现了大规模新能源并网和区域电网互联的整体工程应用。 2.标准2中第5、6部分，世界上首次设计了自主化的高压大容量柔性直流输电换流阀关键装备，实现了直流电压从±160kV到±350kV、输送容量从百兆瓦到千兆瓦的跨越式突破。 3.标准3中第5部分，世界上首次提出了柔性直流输电控制与保护设备的体系化技术要求，有效支撑柔性直流输电工程控制保护系统的研发。 4.标准1中第9部分、标准2中第7部分、标准3中第6部分，世界上首次提出了覆盖柔性直流输电系统研究、装备研制、主设备试验的试验技术。 项目获得专利15项（发明专利12项）、软件著作权1项，发表论文14篇，专著1部。相关成果通过了中国电机工程学会及中国机械工业联合会的成果鉴定，鉴定委员会一致认为“多端柔性直流输电技术处于国际领先水平”、“研发的千兆瓦级柔性直流背靠背系统装备具有完全自主知识产权，达到国际领先水平”。 本系列标准已成功应用在云南电网与南网主网鲁西背靠背直流异步联网工程、乌东德电站送电广东广西特高压多端直流示范工程、三峡如东海上风电柔性直流输电示范项目中的系统成套设计、换流阀、控制保护等核心设备研制中，社会经济效益显著。 项目完成的国家标准是柔性直流输电技术成果转化为知识产权的直接体现，通过成功实施和推广应用，建成了产学研用科研团队，培养了大批专业技术人才，带动了国内高压大容量柔性直流输电换流器、控制保护等核心装备制造业的发展，提升了我国能源科技自主创新能力和国际竞争力，践行了国家创新驱动发展战略。

直流电源系统

近年来，北方地区采暖季因散煤燃烧导致的空气污染问题日益严重，为此国家大力推进冬季清洁取暖，“煤改电”工程得以快速实施。课题针对“煤改电”配电网规划设计标准缺失、供电可靠性要求提升、可持续发展、关键设备研制、运维服务等内容开展研究，旨在节省“煤改电”工程建设投资，增强“煤改电”供电保障能力，降低电采暖用户费用，提升服务品质，为打赢蓝天保卫战提供可靠技术支撑。

本项目在南方电网公司及超高压输电公司重点科技项目的支持下，立足自主创新，基于鲁西背靠背异步联网工程前期面临的高电压大容量柔性直流换流阀及其控制系统设备研制、控制保护功能设计所面临的技术难题，结合并联混合直流异步联网工程新设备精细运维遇到的新问题，以及工程建成投产后在一二次设备运行维护过程中出现的问题，主要从大容量高电压柔直换流阀及阀控系统、并联混合直流控制保护系统和设备运行维护等三个方面开展技术研究。 本项目获得国家发明专利授权10 项，实用新型专利授权8 项。在核心期刊发表论文9 篇。在中国电力出版社出版专著“背靠背柔性直流输电运行维护”1 部。形成南方电网公司企业标准《柔性直流电压源换流器状态评价导则》1 份，这是国内第一个柔性直流输电工程设备状态评价标准。该项目提出的高压力均匀传递功率模块结构和精密自校正压装工艺、利用柔直无功调节优势参与常规直流无功调节的背靠背混合直流无功协调控制策略、新型快速故障检测方法以及新型换相失败预测控制策略，研制的基于压接式和塑封式大容量功率器件的柔性直流换流阀及控制保护装置、柔直换流阀多维度数据集成系统，建立的基于多元线性回归的电压源换流器状态评价体系，均已直接应用于鲁西背靠背异步联网工程、云贵互联工程、昆柳龙直流输电工程，运行效果良好，有效提升了鲁西背靠背直流工程运行可靠性，促进了我国高电压大容量柔性直流输电整体设计技术、装备制造业、试验技术的发展创新，提升了我国在柔性直流输电领域的技术水平。

井间声波层析成像（CT）技术是地下物探方法的一种， 是依据医学 CT 原理，利用两钻孔对目标地质体进行声波扫 描，重建扫描断面内介质速度分布图像，根据波速差异达到 精确探测的目的。声波 CT 解决了地表物探方法探测精度随 深度降低的局限性，具有比电磁波 CT 更好的探测精度和分 辨率，是水电工程勘探和检测行业较理想的一种精细化探测 手段。项目所研制成套设备主要由电火花震源、声波接收探 头、采集主机和成像处理软件等四部分构成。市场上常用井间声波 CT 仪穿透距离只有 3～5m，能穿透 十多米孔距且保证有较好地质效果的应用报道非常少，更谈 不上穿透 30m 以上，且工作效率慢、采样精度不高。本项目 所研制系统的突出优势在于：穿透距离达 30m 左右（水电Ⅲ 类以上岩体达 60m）、探测精度高、初至波清晰、一致性好， 震源充放电速度快、安全性高，支持数字化实时监测和自动 化操控，配套处理软件反演结果准确可靠等。该系统既能对 断层破碎带、松动圈、溶洞、采空区进行精确探测，又能对 岩体质量、大体积混凝土质量、地下隐蔽工程质量进行准确 检测和评价，具有解决各种复杂的综合地质问题的能力，进 一步完善了该项技术在我国水电勘探领域的应用，可广泛应 用到水电岩溶勘探、防渗帷幕及堤防隐患探测、建基岩体质 量检测、灌浆效果检查等工程物探领域，现已成功应用到多 个大中型水电勘探项目和工民建项目，取得了显著的经济效 益和社会效益。

本项目主要关注大型发电机的早期绝缘缺陷问题。针对前文所介绍的定子绕组放电缺陷，转子绕组重间短路故障和定子端部绕组微渗漏问题等三种典型的早期绝缘缺陷的诊断技术展开了研究工作，针对定子绕组放电缺陷缺乏综合诊断评估手段的现状，本项目研究了基于介损测量数据，局放检测数据和紫外电晕数据的发电机定子绕组放电缺陷联合诊断技术。在紫外电晕查找方面，本项目首次将紫外成像技术应用于发电机定子端部绕组表面电晕查找工作，并通过提出计及观测距离，观测增益，湿度和海拔高度等因素的紫外成像仪光子数标定方法以及基于紫外成像法的发电机端部绕组电晕标准化检测方法，实现了电晕严重程度的量化评判。针对放电缺陷联合诊断技术，项目建立了放电缺陷评价指数用以综合评估定子绕组放电缺陷的总体严重程度，构建了基于三类检测数据的决策树，用以判断放电类型。项目所研究的联合诊断技术在托克托电厂5号机和京西燃气热电3号机上进行了应用，所研究的紫外电晕查找技术在国华北京热电2号机等40余台机组上进行了应用。针对RSO技术在理论研究方面尚无精确转子模型的问题，本项目基于多导体传输线（MTL）理论建立了转子绕组分析模型，为RSO技术的理论研究和设备研制奠定基础。针对RSO检测设备检测精度差，缺乏自主知识产权的问题，项目基于虚拟仪器技术自主研发了双模式输出，且具有阻抗匹配功能的RSO检测设备。针对RSO技术应用时缺乏一套详尽的流程规范，评判标准既无理论指导也无大量历史数据支撑的问题，项目提出了基于RSO法的转子绝缘缺陷标准化诊断流程和“两库一系统”的诊断方案。项目所研究的RSO技术在张家口电厂7号机和托克托电厂1、2、5号机上等近40台机组上进行了实际应用，并在京能京桥热电厂3号机上首次实现转子绕组动态一点接地故障检测与定位。针对电容分布谱技术实际应用时定子线棒局部电容测量精度低，微渗漏缺陷检测灵敏度和准确度有待进一步提高的问题，本项目提出采用中压变频方法的电容分布谱技术，实现了定子线棒微渗漏缺陷的诊断，建立了正态分布和四分位差互补的数据分析及判别准则和基于频谱分析的幅值相位校正算法，研发了采用柔性气动电极的电容分布谱测绘仪。所研究的电容分布谱技术在实验室进行了测试并在石景山热电厂2号机上进行了微渗漏缺陷的实地检测。

本项目属于变电技术领域。随着电网建设的需要，大量使用干式空心并联电抗器（以下简称电抗器）。但电抗器的质量令人担忧。这是某单位电抗器运行情况：自2001年至2016年共发生烧损故障34台，平均烧损率：11.8%。2010、2015两年每年烧损7台之多，而且由于其安装位置较高（4米以上），一旦起火很难施救。某变电站电抗器整整燃烧了4个半小时，从午夜起火一直燃烧到凌晨待地方消防队到场后，大火才被扑灭，严重威胁到电网的安全稳定运行。为了查明故障原因，自2006年起开展了分析研究。

项目组从 2012 年开始，对新一代 UPFC 总体拓扑结构、换流器设计、主设备特性、控制保护、调控运行策略等关键技术开展重点攻关。同时，在“十二五”期间南京 220kV西环网供电能力不足问题开始逐渐突出。因地处城市核心区，新建输电线路或现有线路增容改造的常规方案，不仅投资巨大且实施难度极大，经详细经济技术论证，采用 UPFC技术能有效解决南京西环网供电能力受限和输电瓶颈问题，通过潮流优化控制，可整体提高南京电网的供电能力和运行可靠性。在此背景下，国家电网公司将南京西环网统一潮流控制器工程列入重大科技示范工程，研制统一潮流控制器成套设备并实施工程应用。