由位于柏林的全球能源互聯(lián)網(wǎng)歐洲研究院(簡稱歐洲研究院)重點研發(fā)的石墨烯改性電工材料新技術(shù)此前成功應(yīng)用于高壓斷路器新型電觸頭制備。近日，基于這種新型電觸頭部件的252KV/63KA敞開式柱上斷路器在寧夏石嘴山步橋變電站中正式投入運(yùn)行。
據(jù)介紹，這項電工材料新技術(shù)在世界范圍內(nèi)率先填補(bǔ)了石墨烯改性高壓斷路器電觸頭材料領(lǐng)域的技術(shù)空白，可以將高壓斷路器的全功率開斷次數(shù)從12次提升至20次，從而*大程度延長斷路器的檢修間隔，提高設(shè)備可用率，降低系統(tǒng)全壽命周期成本。這對保障社會用電極其重要。
一、概述（WBDCS-8000電廠直流系統(tǒng)接地報警裝置易于維護(hù)，使用簡單）
WBDCS-8000直流電源系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置是在原有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)更新和提升。提高了裝置的測量精度和抗電容干擾的能力。在性能指標(biāo)的適應(yīng)性、調(diào)試的方便性及運(yùn)行的可靠性方面均處于國內(nèi)先進(jìn)水平。裝置第1次利用了信號相位鎖定、超前校正及跟蹤積木式結(jié)構(gòu)等技術(shù)，從根本上解決了判斷數(shù)據(jù)不全、選線不準(zhǔn)等弊病。且根據(jù)2011年12月國家電網(wǎng)公司制定的《十八項國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施》中的第五項“防止變電站全停及重要客戶停電事故”中明確提出了原有的直流電源系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置，要求增加交流竄直流故障的測記和報警功能。本裝置采用實時跟蹤信息零處理技術(shù)，解決了交流信號竄入直流故障的測記和報警，是作為直流系統(tǒng)逐步改造提升的理想設(shè)備。廣泛適用于電力、石化、冶金、郵電、鐵路等行業(yè)發(fā)電廠及變電站。是一種提高電網(wǎng)自動化管理水平、確保可靠運(yùn)行及故障準(zhǔn)確定位的理想智能儀器。
二、整機(jī)測量原理說明（WBDCS-8000電廠直流系統(tǒng)接地報警裝置易于維護(hù)，使用簡單）
根據(jù)直流系統(tǒng)的特殊性，本裝置的測量從測量內(nèi)容區(qū)分，可分為四大部分，一是母線監(jiān)測，二是分支回路查巡，三是交流竄直流監(jiān)與報警，直流系統(tǒng)交流成份紋波的監(jiān)測。
2.1直流母線監(jiān)測
2.1.1 在直流系統(tǒng)中，分別從橋網(wǎng)絡(luò)A和橋網(wǎng)絡(luò)B讀取X和Y兩個直流中心對地電壓值。
見圖－
◎ U 為直流系統(tǒng)母線電壓 ◎ U+為直流系統(tǒng)母線正極對地電壓
◎ U－為直流系統(tǒng)母線負(fù)極對地電壓 ◎ R+為直流系統(tǒng)母線正極對地電阻
◎ R－為直流系統(tǒng)母線負(fù)極對地電阻 ◎ X為電橋網(wǎng)絡(luò)A直流中點對地電壓
◎ Y為電橋網(wǎng)絡(luò)B直流中點對地電壓
2.1.2根據(jù)電路基本原理分析，要準(zhǔn)確求出正對地電阻R+和負(fù)對地電阻R－，必建立兩組獨立的電橋網(wǎng)絡(luò)方程，將其聯(lián)立求解，才能真正求出兩個電阻R+和R－的電阻值。R1、R2、R分別組成電橋網(wǎng)絡(luò)，R1≠R2為常量，我們充分利用兩個不平衡橋網(wǎng)絡(luò)A和網(wǎng)絡(luò)橋B?？梢詫?dǎo)出絕緣電阻R+和R－僅與母線電壓及測量值“X”與“Y”有關(guān)。經(jīng)電腦編程分別計算出R+與R－的數(shù)值，同時也可以計算出母線正端對地電壓U+與母線對地電壓U－值。結(jié)構(gòu)原理如圖一所示。
2.2支回路查巡，故障定位，報警。
主機(jī)中配有大功率電阻做為電橋，檢測支路時定時啟動電橋電阻信號接至直流系統(tǒng)的正負(fù)極與地之間。利用電阻電橋之間的轉(zhuǎn)換，不同的接地電阻與投入的電橋電阻之間的并聯(lián)，產(chǎn)生不同對地電壓，產(chǎn)生了不同的接地漏電流，安裝于各支路的傳感器檢測每個支路漏電流。工作原理見（圖二）所示。如果支路有電阻接地、交流竄入故障、直流互竄故障的支路信號、對于故障回路則該支路上的傳感器產(chǎn)生感應(yīng)電壓，感應(yīng)電壓的大小與支路電阻成反比。感應(yīng)電壓信號經(jīng)模擬選擇開關(guān)、放大、帶通濾波、相位比較、濾波、A/D轉(zhuǎn)換、送CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再通過RS485接口轉(zhuǎn)入主機(jī)。
隨著電網(wǎng)容量的不斷擴(kuò)大，電壓等級的不斷提高，分支回路也相應(yīng)的增多，有的變電站已多達(dá)500分支回路以上。為了滿足這方面的需求，本裝置利用了總線技術(shù)，采用分層分布式設(shè)計。將每16回路增加一個采集模塊，這種分層分布式的分散結(jié)構(gòu)不需改變原有的主機(jī)結(jié)構(gòu)。并可以拓展到512個回路。采樣模塊和主機(jī)之間利用RS485接口實現(xiàn)并接。每個模塊地址碼可以在現(xiàn)場隨意設(shè)定，大大提高了產(chǎn)品的適用性和裝置的可靠性。
2.3 直流系統(tǒng)中交流成份（紋波）的監(jiān)測。故障報警。
電路采用耦合、交直流分解等特殊電路處理，能實時準(zhǔn)確地對直流電源紋波含量即紋波電壓值，計算直流中的紋波系數(shù)，如圖三。
2.4 交流竄直流保護(hù)，故障幅度與錄波與波形分析,竄入支路故障定位。
主機(jī)配置母線交流電壓檢測電路，母線通過電容隔直流、差分運(yùn)放、快速整流、濾波、高速AD，實時檢測母線上的交流信號，并反饋至主芯片，若外部交流竄入電壓大于所設(shè)定的信號，通過聲光報警及干接點輸出報警相關(guān)信息，并啟動了支路巡查電路，巡查電路確定故障支路。并記錄保存本次報警相關(guān)信息，大大提高系統(tǒng)的可靠性。如圖四。
2.5 直流互竄檢測，故障定位與分析。
本機(jī)內(nèi)置快速高精度檢測電路，實時檢測現(xiàn)場兩段母線之間的直流互竄故障，并準(zhǔn)確查找互竄支路，大大提高系統(tǒng)的可靠性。為了保證直流電源對變電站可靠運(yùn)行需要。常常設(shè)有兩段獨立的直流電源。同一變電站兩段直流是要求分開獨立運(yùn)行，由于接線錯誤，設(shè)備老化通常會造成兩段母線發(fā)生了電氣上的連接，出現(xiàn)了兩段母線手拉手現(xiàn)象?，F(xiàn)有的直流系統(tǒng)是采用兩個電橋監(jiān)測各自的母線，兩段母線出現(xiàn)了電氣上的連接也說是會出現(xiàn)我們常說的“兩點接地現(xiàn)象”。兩點接地現(xiàn)象常常會對變電站的繼電保護(hù)正常運(yùn)行造成一定的危險。我們利用了現(xiàn)有直流接地裝置的技術(shù)升級，將電橋電路的智能化技術(shù)與支路巡查電路進(jìn)行充分的結(jié)合，成功解決了直流系統(tǒng)兩段母線出現(xiàn)了電氣上的連接，也就是發(fā)生了手接手的兩點接地進(jìn)行了告警，并通過支路巡查定位，準(zhǔn)確地查找發(fā)生兩段直流母線互竄的回路。我們將兩臺獨立測量的直流絕緣監(jiān)察裝置通過測量與通迅技術(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行了定位，有效地查找發(fā)生直流互竄接地的回路。
發(fā)生直流互竄的主要歸納為有五種工作方式：
現(xiàn)象一、第1段母線負(fù)端與第2段母線負(fù)互竄。
現(xiàn)象二： 第1段母線正和第2段母線正互竄.
現(xiàn)象三：第1段母線正和第2段母線正，第1段母線負(fù)和第2段母線負(fù)同時互竄
現(xiàn)象四：第1段母線負(fù)端和第2段母線正端互竄，或第1段母線正端和第2段母線負(fù)端互竄。
三、功能特點（WBDCS-8000電廠直流系統(tǒng)接地報警裝置易于維護(hù)，使用簡單）
本裝置采用Cortex-M3內(nèi)核的STM32芯片為主控芯片，集成度高，抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)行速度快，功耗低。
3.1 操作界面基于菜單式的人性化設(shè)計。
3.2相關(guān)的所有參數(shù)均可通過菜單進(jìn)行設(shè)置，相關(guān)的所有報警均通過聲光輸出和相應(yīng)的干接點輸出。
3.3準(zhǔn)確檢測直流電壓、模塊狀態(tài)、直流絕緣及接地選線為；精準(zhǔn)區(qū)分母線接地、支路接地，并顯示接地電阻阻值；自動分辨兩條或兩條以上支路同時接地的故障等。
3.4可隨時操作界面進(jìn)入全部支路的巡檢操作，以觀察全部支路的接地狀況。
3.5 可隨時操作界面進(jìn)入全部支路的單檢操作，分全部支路單檢（通過按鍵循環(huán)檢測）和選定支路單檢（通過按鍵選定某一支路檢測）。
3.6 保存顯示當(dāng)前5次的母線絕緣報警記錄。
3.7 提供檢測2段母線的紋波電壓和紋波系數(shù)。
3.8 對CT極性無一致性要求、無方向要求。
3.9 信號采集數(shù)據(jù)采用RS485接口技術(shù)，使數(shù)據(jù)的有效傳輸距離可達(dá) 1000米。
3.10裝置提供串行數(shù)據(jù)通訊接口（RS－232、RS－485）和外部設(shè)備連系。
3.11 裝置提供100M的以太網(wǎng)接口。
3.12支路檢測速度快.巡檢16路以后的數(shù)據(jù)時，平均每路巡檢時間低于1秒。
3.13 本機(jī)可以通過參數(shù)設(shè)定設(shè)置交流竄入報警門限（交流有效值）。
3.14裝置采用實時跟蹤信息零處理技術(shù)，解決了交流信號竄入直流故障的測記和報警。
3.15采用彩屏液晶顯示、中文界面、顯示直觀明了，并帶有液晶自動保護(hù)功能。
3.16本系統(tǒng)可提供簡單的多機(jī)連接功能，適用于復(fù)雜的多級直流系統(tǒng)中，不會出誤報及拒報現(xiàn)象。
3.17 紋波測量：采用實時全數(shù)字寬帶測量、實時測量全范圍的直流電源紋波、電壓值、并計算紋波系數(shù)值，有效記錄直流電源中的交流含量。
四、技術(shù)性能指標(biāo)（WBDCS-8000電廠直流系統(tǒng)接地報警裝置易于維護(hù)，使用簡單）
4.1 適應(yīng)環(huán)境溫度：-10℃～+55℃：濕度≤90％
4.2 大氣壓：80-110KPA；
4.3 直流系統(tǒng)電壓等級：220Vdc、110Vdc、48Vdc、24Vdc；
4.4裝置工作電壓：AC/DC 85-265v
4.5 母線段數(shù)：二段
4.6 繼電器接點電流：DC220V/3A
4.7 母線電壓測量精度：±0.5％
4.8 母線絕緣電阻測量精度：0-5KΩ誤差0.1KΩ
5-50KΩ誤差≤5％
50-100KΩ誤差≤10％
4.9 繼電器動作報警時間: ≤2秒
4.10 支路絕緣電阻測量精度：0.5-10KΩ誤差≤15％
10-25KΩ誤差≤20％
4.11 交流竄入電壓測量范圍：0-300V
4.12 交流竄入電壓測量精度：≤1%
4.13 紋波測量范圍：0-100V
4.14 紋波測量精度大于1%
4.15裝置功耗：≤30W
4.16 裝置重量：≤8Kg
4.17 外型尺寸：（長×高×深）：360×135×280㎜，
4.18 采集單元外型：155×95×43㎜
五、產(chǎn)品圖片（WBDCS-8000電廠直流系統(tǒng)接地報警裝置易于維護(hù)，使用簡單）
5.1主機(jī)前面板各部件功能介紹：見上圖所示。
5.1.1按鍵“上”鍵、“下”鍵、“左”鍵、“右”鍵、“確定”鍵、“取消”鍵。
5.1.2指示燈
電源指示燈：儀器通上電源時，該燈亮。
信號指示燈：儀器進(jìn)入支路檢測狀態(tài)后，該燈亮。
超壓報警燈：母線電壓超過門限設(shè)定值時，該燈亮。
欠壓報警燈：母線電壓低于門限設(shè)定值時，該燈亮。
絕緣報警燈：母線對地絕緣電阻低于門限設(shè)定值時，該燈亮。
支路報警燈：支路檢測時，接地電阻值低于門限設(shè)定值時，該燈亮。
瞬時接地?zé)簦耗妇€瞬時對地絕緣電阻值低于門限設(shè)定值時，該燈亮。
交流串路燈：當(dāng)有交流竄入時，該燈亮。
5.1.3液晶顯示器
中文顯示設(shè)定參數(shù),母線監(jiān)測數(shù)據(jù)及支路檢測數(shù)據(jù)等.
5.1.4電源開關(guān)
電源開關(guān)置于機(jī)箱后面，置ON時接通儀器工作電源，置OFF時，電源切斷。
5.2主機(jī)后面面板簡介
后面板上貼有接線端子功能表，見下圖所示。其中故障報警繼電器輸出為常閉觸點，當(dāng)儀器正常工作時，該繼電器觸點斷開；當(dāng)儀器發(fā)生故障時，該繼電器觸點閉合。其它報警繼電器輸出均為常開觸點，只有報警輸出時，相應(yīng)的繼電器觸點才閉合。
歐洲研究院是國家電網(wǎng)公司國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院有限公司(簡稱“智研院”)于2014年6月26日在德國投資組建的海外研究院，電工新材料是其重點攻關(guān)方向之一。自2016年啟動石墨烯改性電工材料類基礎(chǔ)研究工作以來，歐洲研究院與智研院國內(nèi)團(tuán)隊緊密協(xié)作，探索了化學(xué)氣相沉積(CVD)、真空燒結(jié)(SPS)等多種復(fù)合材料制備工藝，*終結(jié)合國內(nèi)實際優(yōu)選真空熔滲方法，成功制備新型材料并制成設(shè)備成品，設(shè)備成品于2021年成功通過型式試驗。
歐洲研究院電工材料攻關(guān)團(tuán)隊負(fù)責(zé)人周明瑜介紹，石墨烯改性高壓斷路器用觸頭材料等一系列項目的成功執(zhí)行，是中資企業(yè)“以海外先進(jìn)技術(shù)反哺國內(nèi)，并形成國內(nèi)外優(yōu)勢互補(bǔ)的團(tuán)隊優(yōu)勢”的科研模式的生動實踐，同時，利用石墨烯改性新型電工材料這一技術(shù)路線也打破了近八成石墨烯下游產(chǎn)品集中在低附加值、高成本的石墨烯加熱器、理療、可穿戴產(chǎn)品、涂料、導(dǎo)電添加劑等不具備強(qiáng)市場競爭力的應(yīng)用產(chǎn)品的局限性，為石墨烯材料在能源行業(yè)的應(yīng)用提供了新的方向。
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