一、 目的和意义

1. 描述与项目研究内容紧密相关的国家电网公司实际生产力水平和今后的发展方向；

在10kV配电网络中开关柜安装量很大，绝缘和过热是开关柜安全运行中发生的两种典型故障：1）绝缘故障：电缆终端、避雷器、电流互感器等多种一次设备的固体绝缘老化或存在制造缺陷，在这些位置发生局部放电，随着局部放电的演变和绝缘劣化的加剧，导致绝缘彻底击穿，酿成开关柜运行事故；支撑绝缘子等附件的开裂或表面污秽导致绝缘故障；母线等载流导体表面发生电晕；2）过热故障：高压开关柜开关插头、隔离开关缺陷、电缆终端连接处等在大负荷电流下导致的过热，高温导致内部空气电离或绝缘烧毁，酿成开关柜运行事故。一直以来高压开关柜的安全运行问题十分突出，如何确保大量开关柜的安全可靠运行已经成为配网管理中的难点之一。

自2006年以来，国家电网公司所属很多电力公司购买和引进了英国 EA Technology公司的基于地电波（Transient Earth Voltage, 简称TEV）的开关柜状态检测设备，取得了一定的成效，提升了生产力水平，提高了开关柜安全运行水平。但国外设备过于昂贵，我们没有掌握核心技术，制约了这项技术在我国的推广应用。

日前，建设智能电网、提高供电可靠性和改善电能质量的课题已经提上了国家电力企业的重要议事日程。结合国内外相关技术的研究进展及我国电力企业的应用情况，我们提议本项目开展10kV配电网络中高压开关柜的综合状态监测技术及应用策略的研究， 重点解决目前生产应用中发现的一系列关键问题，为今后相关技术在我国高效、经济的推广应用打下基础。

2. 阐述项目成果对该现状和技术发展的作用；

本项目开展10kV配电网络中高压开关柜的综合状态监测技术及应用策略的研究， 通过重点解决目前生产应用中发现的如下一系列关键问题，掌握核心技术、研制先进监测设备并制定应用策略，提升目前我国电力企业的开关柜状态监测技术及其应用水平。

1）监测技术问题

l 地电波监测技术中的精确定位问题和长期监测问题；

l 温度检测中外部温度监测和内部发热点温度的关系问题；

l 绝缘状态和热状态综合监测设备的研制；

2）监测策略问题：

l 监测设备的使用策略；

l 推广应用中的经济性问题；

国内所使用均是国外产品，价格昂贵，影响了在我省的推广使用。我们有必要在已经取得的研究成果的基础上，进一步创新性地加以提升，制定高效的监测策略，研制出经济而性能更先进的监测设备，实现开关柜的高效维护和可靠运行。

3）监测数据的管理问题

我省公司已经积累了一定的应用数据，但目前缺乏有效的手段或方法来利用现有的测试数据进行分析和管理，10kV开关柜进行状态评估导则还不完善，并且对大量的测试数据进行管理难度较大，迫切需要合适的方法和手段来完善这方面的工作。

3. 分析成果应用和推广的途径；

通过本项目的研究，可以系统而深入地掌握开关柜的地电波和超声波诊断技术，并创新性地加以提升和灵活应用，提出更好的监测方法，研制出经济而性能更先进的监测设备。研制的设备具有在浙江省公司内部和、向外推广的前景。

4. 分析成果推广后的直接和间接效益。

国内所使用均是英国EA Technology公司的产品 PDL1，每台售价约40万元，严重影响了在我局的大面积推广使用。通过本项目的研究，可以产生以下效益：

l 研制出经济而性能更先进的监测仪器，每台研制成本控制在8万元以内，省公司内推广时每台节约采购成本20多万元， 按我省需要100台计算，可节约成本1200多万元；向外推广所研发的监测仪器也会为企业带来直接的经济效益；

l 提高我省在开关柜地电波监测技术方面的应用水平和工作效率，实现对开关柜绝缘状况进行全面而准确的评估，有效减少电力用户因开关柜问题带来的经济损失、提升供电企业形象、并改善我省的经济投资环境，对于用户、供电企业和我省经济发展三方面都能带来巨大的经济效益和间接社会效益。

综上所述，本项目通过消化、吸收、改进和提升目前国外的先进监测技术，研究和开发具有创新性、实用性、经济性的监测技术和设备，提高监测和诊断的可靠性以及工作效率；掌握高压开关柜中绝缘缺陷和过热缺陷形成和发展的机理，为开关柜设备采取预防性维护措施提供科学和技术依据；为高压开关柜中绝缘缺陷和过热缺陷的检测提供先进的方法、技术和设备；为我省电力企业在监测设备的应用方法和策略及监测结果的评价提供指导。项目的成功实施可望在智能电网的建设中确保高压开关柜及环网柜的可靠运行提供先进的技术支撑，全面提升开关柜的运行管理水平，从而为广大电力用户提供高可靠性和高质量的电能，产生直接的经济效益和较好的社会效益，可使我省相关部门在高压开关柜的状态监测技术的应用方面走在全国电力运行部门的前列。该项目的研究成果可望达到国际领先水平。

二、 国内外研究水平综述

1. 与项目研究内容紧密相关的技术发展历史的简要回顾；

目前使用较广的是英国 EA Technology 公司研制的基于地电波的局放测试仪，虽然应用方面积累了一定的经验。但目前无论从理论上、还是从我国工业实践的角度看，都还有大量的问题需要研究和解决，提升目前我国电力企业的开关柜状态监测技术及其应用水平。本项目提议以下研究内容：

l 理论和试验研究高压开关柜中绝缘缺陷和过热缺陷形成和发展的机理；

目前对内部局放电磁信号传播机理不够深入，影响进一步的应用，需要深入研究。过热点的产生、热的传递过程目前研究也很少。

l 研究高压开关柜绝缘故障和过热故障内在和外在因素及故障发出各类信号特征，建立智能化检测应用技术体系；

l 研制便携、非侵入式高压开关柜局部放电监测和定位系统；

英国EA 公司从事相关仪器的研制和生产多年， 在我国有销售代理。但其关键仪器局部放电定位仪PDL1抗干扰能力弱，远远不能胜任我国的应用要求。

l 研制在线、网络型非侵入式高压开关柜综合状态监测技术和设备；

英国EA 公司从事相关仪器的研制和生产多年， 在我国有销售代理。

l 建立智能化监测应用技术体系、使用导则及监测策略。

2. 国内外研究水平的现状和发展趋势；

目前在开关柜监测方面最大的挑战是仪器的抗干扰能力问题，或者如何区分干扰和内部放电的问题。解决这一问题，并研制相关设备是当前相关技术发展的重要趋势之一。

总的来讲，目前在高压开关柜的状态监测技术方面，电力企业在生产和应用中依然面临着以下技术问题亟需进一步开展深入而系统的研究。

1） 状态监测中的技术问题

l 地电波监测技术中可靠性和高精度定位问题

目前主要应用的是便携式监测仪UltraTEVPLUS和定位仪PDL1，鉴于局部放电发生的复杂性、间歇性特点以及现场复杂的电磁干扰问题，技术上需要两类新型设备：第一类）网络型在线监测设备，该系统应该能够同时长期监测至少20面开关柜的局部放电活动状态，从而提升负荷、环境变化条件下局部放电监测的可靠性，避免漏检和误检；第二类）精确定位型设备，目前所采用的TEV技术时间分辨率为2ns，分辨力低，难以在柜体表面精确定位地电波的泄漏位置；局部放电在物理性质上是随机的，所产生的地电波波形是复杂的，其脉冲前沿不总是单调上升的，而仅仅依据脉冲前沿来计时的电路结构有时就会造成地电波脉冲到达顺序的误判，不能准确地给出局部放电源的位置信息，工作效率低，需要开发4通道监测和精确定位系统。

l 缺陷性质的评估

开关柜内缺陷的性质对于现场操作人员有效安全地开展开关柜的维护有很大帮助的，由缺陷的性质可以初步评估缺陷的危险性从而采取合理的行动，例如电晕放电或许不需要立即排除，表面放电或许意味着整个变电站有污秽问题需要工程师适时安排全面清扫，而电缆终端中的固体绝缘放电或许意味着需尽早安排维修等。

这些绝缘缺陷的性质可以通过监测局部放点信号波形来揭示，但现有的技术不能捕获时域信号波形，难以评估缺陷的性质。

l 热状态监测和载流能力评估

目前开关柜中发热对绝缘材料及器件影响作用机制、开关柜发热对导体材料及连接形式影响作用机制以及高压开关柜固定点温度监测方法和载流能力评估还亟需加强研究。

2） 监测策略问题：监测设备的使用方法；推广应用中的经济性问题

国内所使用均是国外产品，价格昂贵，影响了在我省的推广使用。我们有必要在已经取得的研究成果的基础上，进一步创新性地加以提升，制定高效的监测策略，研制出经济而性能更先进的监测设备，实现开关柜的高效维护和可靠运行。

3） 监测数据管理中的问题

目前缺乏有效的手段或方法来分析和管理现有的大量测试数据，开关柜进行状态评估导则还不完善，迫切需要合适的方法和手段来完善这方面的工作。

可以预期高压开关柜的综合监测技术是该领域的发展方向。本项目通过消化、吸收、改进和提升目前国外的先进监测技术，研究和开发具有创新性、实用性、经济性的监测技术和设备，提高监测和诊断的可靠性以及工作效率；项目的成功实施可望在智能电网的建设中确保高压开关柜及环网柜的可靠运行提供先进的技术支撑。

3. 介绍国外研究机构对本项目的研究情况；

在国外，发达国家由于对供电可靠性和电能质量要求比较高，近十几年来开展了大量的研究工作，研发出了多种仪器，如目前使用较广的是英国 EA Technology 公司研制的局放仪PDL（Partial Discharge Locator）、地电波监测仪TEV（Transient Earth Voltage）。这些仪器以非侵入的方式通过在开关柜外表面安装传感器来测量高压开关柜内部绝缘缺陷辐射的地电波（一种电磁波），从而实现了开关柜内部绝缘状态的监测。近些年，这些仪器在欧洲、澳大利亚、东南亚等一些国家和地区的配网管理中得到了广泛应用。

EA Technology 公司最近提升了他们的技术，在网络型监测产品PDM03中加入了基于点式温度测量的开关柜热状态监测技术，升级为 PD Monitor。

4.介绍国内研究机构对本项目的研究情况。

l 国内应用情况

通过跟新加坡电力公司进行行业对标，我国电力企业了解了先进的高压开关柜绝缘诊断技术和设备。自2006年开始引进和尝试推广应用英国EA Technology 公司的基于地电波测量的高压开关柜局部放电监测技术，取得了明显的应用效果，开关柜状态监测方面的困难局面得以缓解。

在内部热状态的监测技术方面，我国有些电力企业尝试研究和应用在观察窗处安装红外传感器的监测方法。

l 国内研究情况

目前国内一些高校如清华大学、华北电力大学及西安交通大学等，一些企业如宁波理工、厦门红相、领步电气等在从事相关方面的研究和开发。