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基于振动信号和无线传感器网络的GIL故障在线监测系统

成果类型:: 发明专利

发布时间: 2022-11-01 16:55:35

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:“科创中国”华中科技大学智能制造专业科技服务团| 王正伦 | 2022-11-02 15:08:05
可长期在线监测 GIL 设备故障状况,分为“被动唤醒”和“主动激发”两种工作状态:“被动唤醒”即在设备无故障时,根据工作人员设定进行指定时间间隔的 24 小时不间断监测,此功能为节能模式。“主动激发”即在产生故障先兆或故障突发时,设备主动开始缩短监测时间间隔,并在后台工作人员操作下定位故障位置、故障类型及故障严重程度,给出现场运维的参考操作措施,此功能为应急响应模式。此外本系统还具有设备地图、无线组网、深度学习等常规功能。
1)揭示了GIL故障检测关键因素机理,得到GIL在不同故障下的振动信号特性。 2)得到不同故障类型的GIL振动图谱特征,能够明晰表征GIL设备不同类型故障特征与典型故障判据。 3)开展无线传感网络技术原理在厂站GIL振动在线检测采样媒介中应用研究,确定无线传感网络传感器关键参数范围,得到适用的无线传感器网络结构。 4)建成了GIL振动图谱特征数据库,后期工程可通过比对振动图谱特征来甄别GIL的工作状态(是否故障); 5)研制了基于振动信号和无线传感器网络的GIL故障在线监测系统,并成功实现挂网运行。

1、适用领域范围:各类发电厂、水电站、换流站 220kV 及以上电压等级 GIL设备状态在线检测。2、具体应用条件:对 GIL 布置形式无要求,现场具备就近安装户内控制柜即可;装置的采集单元为太阳能供电、免维护;在线监测软件平台需持续供电,并以服务器工作站为载体,长期使用应提供 UPS。本成果于 2018 年 11 月始投入南方电网超高压公司±500kV 牛寨换流站挂网试运行。GIL 故障振动无线在线监测系统装置采集周期为每 2 小时采集 1 组共 42 个监测点运行数据,正常运行 120 余天,正确采集数据 3 万余组,通过实时判据对比并进行横向纵向趋势分析,掌握了±500kV 牛寨换流站 500kV #8M 母线运行状态,未见故障及预警,应用成效良好。

本研究团队长期从事电气设备故障检测与绝缘监测方面的研究,与国内电力部门的多家科研单位和一些主要的电力设备生产厂家如中国西电集团、特变电工、天威集团等建立了长期稳定的合作关系,在电力设备的绝缘故障检测、在线监测、风险评估、寿命预测等方面有大量研究成果。以GIL故障在线监测系统为例,研究团队的创新性研究成果“基于振动信号和无线传感器网络的GIL故障在线监测系统”已获得国际专利(美国)授权,并列入南方电网2019年首批产品推广目录,并牵头编制团体标准《72.5kV~1100kV气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)振动量在线监测装置导则》。研究团队负责人臧春艳博士是国家自然科学基金同行评议专家、教育部学位与研究生教育评估专家、湖北省本科优秀毕业论文评审专家、多个电力国际标准、国家及行业标准编制工作组成员;英国工程技术学会IET认证特许工程师CEng,中国电工技术学会高级会员兼人工智能专委会委员

(1)直接经济效益:技术服务一般检测多个形态单元,按形态单元数量收费,检测费用由检测方自由确定,利润率远超过 100%。或采用装置出售方式,例如检测 10 个形态单元,若直接销售装置则约 50 万元/套(受让专利及技术后成本可降至 10 万元/套或更低)。以武汉 XX 区电力管廊建设项目为例,该工程GIL 管母长度 36 公里,在线监测系统布置预算为 5400 万余元,采用本系统布 置约 3000 万元或更低,具有极大市场竞争力。(2)间接经济效益:据不完全统计,2014 年至 2019 年,全国 GIL 故障发生 8 起并造成非计划停运,年均故障率达 1.6 起/年。以“两渡”工程为例,GIL故障非计划停运导致降功率运行损失送电量约 384 万 kwh/天,抢修复电需 12天,过网电量按 0.05 元计,共造成年均经济损失 2304 万元/年。而应用本项目成果,可全方位掌握 GIL 运行状态,为设备状态检修提供可靠预警,如设备 故障可安排计划检修工作,可有效挽回非计划停运导致的上述重大经济损失。随着 GIL 在我国电网工程中的大量投运,本项目成果具有十分强烈的现实需求和广阔的商业应用前景。

(1)一次性专利打包出售。该方式的特点是:专利更名后由专利受让方独有,后续延伸专利也由专利受让方独有。投入额度高(不能低于甲方前期研发投入费用),且需专利持有方(南方电网公司)同意。 (2)专利所有权按部分现金、部分产品销售分成方式转让。该方式特点是:专利更名后专利受让方参与,后续延伸专利由专利持有方和受让方共同所有(专利受让方第一)。投入额度适中,产品销售占比由专利持有方和受让方商定。 (3)专利所有权不转让,专利委托生产许可转让。本项目专利打包后挂省级知识产权交易中心进行专利成果转让,在知识产权交易中心与专利受让方签订独占许可合同,售出后利润部分由许可方和被许可方按一定比例分成(如 3:7)。该方式特点是:投入额度低,原专利持有人不变,后续延伸专利由专利持有方和受让方共同所有。但原专利的委托生产许可是否属于独家委托,待商讨。(即本系统涉及所有专利的委托生产可以委托多家公司或划定地域范围) 以上三种转让方式可供选择。