由位于柏林的全球能源互聯網歐洲研究院(簡稱歐洲研究院)重點研發的石墨烯改性電工材料新技術此前成功應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行。

據介紹，這項電工材料新技術在世界范圍內率先填補了石墨烯改性高壓斷路器電觸頭材料領域的技術空白，可以將高壓斷路器的全功率開斷次數從12次提升至20次，從而*大程度延長斷路器的檢修間隔，提高設備可用率，降低系統全壽命周期成本。這對保障社會用電極其重要。

一、概述（WBDCS-8000電廠直流系統接地報警裝置易于維護，使用簡單）

WBDCS-8000直流電源系統絕緣監測裝置是在原有產品的基礎上進行技術更新和提升。提高了裝置的測量精度和抗電容干擾的能力。在性能指標的適應性、調試的方便性及運行的可靠性方面均處于國內先進水平。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構等技術，從根本上解決了判斷數據不全、選線不準等弊病。且根據2011年12月國家電網公司制定的《十八項國家電網公司十八項電網重大反事故措施》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絕緣監測裝置，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，解決了交流信號竄入直流故障的測記和報警，是作為直流系統逐步改造提升的理想設備。廣泛適用于電力、石化、冶金、郵電、鐵路等行業發電廠及變電站。是一種提高電網自動化管理水平、確保可靠運行及故障準確定位的理想智能儀器。

二、整機測量原理說明（WBDCS-8000電廠直流系統接地報警裝置易于維護，使用簡單）

根據直流系統的特殊性，本裝置的測量從測量內容區分，可分為四大部分，一是母線監測，二是分支回路查巡，三是交流竄直流監與報警，直流系統交流成份紋波的監測。

2.1直流母線監測

2.1.1 在直流系統中，分別從橋網絡A和橋網絡B讀取X和Y兩個直流中心對地電壓值。

見圖－

◎ U 為直流系統母線電壓            ◎ U+為直流系統母線正極對地電壓

◎ U－為直流系統母線負極對地電壓   ◎ R+為直流系統母線正極對地電阻

◎ R－為直流系統母線負極對地電阻   ◎ X為電橋網絡A直流中點對地電壓

◎ Y為電橋網絡B直流中點對地電壓

2.1.2根據電路基本原理分析，要準確求出正對地電阻R+和負對地電阻R－，必建立兩組獨立的電橋網絡方程，將其聯立求解，才能真正求出兩個電阻R+和R－的電阻值。R1、R2、R分別組成電橋網絡，R1≠R2為常量，我們充分利用兩個不平衡橋網絡A和網絡橋B。可以導出絕緣電阻R+和R－僅與母線電壓及測量值“X”與“Y”有關。經電腦編程分別計算出R+與R－的數值，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。結構原理如圖一所示。

2.2支回路查巡，故障定位，報警。

主機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的正負極與地之間。利用電阻電橋之間的轉換，不同的接地電阻與投入的電橋電阻之間的并聯，產生不同對地電壓，產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生感應電壓，感應電壓的大小與支路電阻成反比。感應電壓信號經模擬選擇開關、放大、帶通濾波、相位比較、濾波、A/D轉換、送CPU進行數據處理，再通過RS485接口轉入主機。

隨著電網容量的不斷擴大，電壓等級的不斷提高，分支回路也相應的增多，有的變電站已多達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，采用分層分布式設計。將每16回路增加一個采集模塊，這種分層分布式的分散結構不需改變原有的主機結構。并可以拓展到512個回路。采樣模塊和主機之間利用RS485接口實現并接。每個模塊地址碼可以在現場隨意設定，大大提高了產品的適用性和裝置的可靠性。

2.3 直流系統中交流成份（紋波）的監測。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，如圖三。

2.4 交流竄直流保護，故障幅度與錄波與波形分析,竄入支路故障定位。

主機配置母線交流電壓檢測電路，母線通過電容隔直流、差分運放、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定的信號，通過聲光報警及干接點輸出報警相關信息，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信息，大大提高系統的可靠性。如圖四。

2.5 直流互竄檢測，故障定位與分析。

本機內置快速高精度檢測電路，實時檢測現場兩段母線之間的直流互竄故障，并準確查找互竄支路，大大提高系統的可靠性。為了保證直流電源對變電站可靠運行需要。常常設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行，由于接線錯誤，設備老化通常會造成兩段母線發生了電氣上的連接，出現了兩段母線手拉手現象。現有的直流系統是采用兩個電橋監測各自的母線，兩段母線出現了電氣上的連接也說是會出現我們常說的“兩點接地現象”。兩點接地現象常常會對變電站的繼電保護正常運行造成一定的危險。我們利用了現有直流接地裝置的技術升級，將電橋電路的智能化技術與支路巡查電路進行充分的結合，成功解決了直流系統兩段母線出現了電氣上的連接，也就是發生了手接手的兩點接地進行了告警，并通過支路巡查定位，準確地查找發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察裝置通過測量與通迅技術，進行數據分析，進行了定位，有效地查找發生直流互竄接地的回路。

發生直流互竄的主要歸納為有五種工作方式：

現象一、第1段母線負端與第2段母線負互竄。

現象二： 第1段母線正和第2段母線正互竄.

現象三：第1段母線正和第2段母線正，第1段母線負和第2段母線負同時互竄

現象四：第1段母線負端和第2段母線正端互竄，或第1段母線正端和第2段母線負端互竄。

三、功能特點（WBDCS-8000電廠直流系統接地報警裝置易于維護，使用簡單）

本裝置采用Cortex-M3內核的STM32芯片為主控芯片，集成度高，抗干擾能力強，運行速度快，功耗低。

3.1 操作界面基于菜單式的人性化設計。

3.2相關的所有參數均可通過菜單進行設置，相關的所有報警均通過聲光輸出和相應的干接點輸出。

3.3準確檢測直流電壓、模塊狀態、直流絕緣及接地選線為；精準區分母線接地、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 可隨時操作界面進入全部支路的單檢操作，分全部支路單檢（通過按鍵循環檢測）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。

3.8 對CT極性無一致性要求、無方向要求。

3.9 信號采集數據采用RS485接口技術，使數據的有效傳輸距離可達 1000米。

3.10裝置提供串行數據通訊接口（RS－232、RS－485）和外部設備連系。

3.11 裝置提供100M的以太網接口。

3.12支路檢測速度快.巡檢16路以后的數據時，平均每路巡檢時間低于1秒。

3.13 本機可以通過參數設定設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，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功能。

3.16本系統可提供簡單的多機連接功能，適用于復雜的多級直流系統中，不會出誤報及拒報現象。

3.17 紋波測量：采用實時全數字寬帶測量、實時測量全范圍的直流電源紋波、電壓值、并計算紋波系數值，有效記錄直流電源中的交流含量。

四、技術性能指標（WBDCS-8000電廠直流系統接地報警裝置易于維護，使用簡單）

4.1 適應環境溫度：-10℃～+55℃：濕度≤90％

4.2 大氣壓：80-110KPA；

4.3 直流系統電壓等級：220Vdc、110Vdc、48Vdc、24Vdc；

4.4裝置工作電壓：AC/DC 85-265v

4.5 母線段數：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、產品圖片（WBDCS-8000電廠直流系統接地報警裝置易于維護，使用簡單）

5.1主機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：儀器進入支路檢測狀態后，該燈亮。

超壓報警燈：母線電壓超過門限設定值時，該燈亮。

欠壓報警燈：母線電壓低于門限設定值時，該燈亮。

絕緣報警燈：母線對地絕緣電阻低于門限設定值時，該燈亮。

支路報警燈：支路檢測時，接地電阻值低于門限設定值時，該燈亮。

瞬時接地燈：母線瞬時對地絕緣電阻值低于門限設定值時，該燈亮。

交流串路燈：當有交流竄入時，該燈亮。

5.1.3液晶顯示器

中文顯示設定參數,母線監測數據及支路檢測數據等.

5.1.4電源開關

電源開關置于機箱后面，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，當儀器正常工作時，該繼電器觸點斷開；當儀器發生故障時，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，相應的繼電器觸點才閉合。

歐洲研究院是國家電網公司國網智能電網研究院有限公司(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方向之一。自2016年啟動石墨烯改性電工材料類基礎研究工作以來，歐洲研究院與智研院國內團隊緊密協作，探索了化學氣相沉積(CVD)、真空燒結(SPS)等多種復合材料制備工藝，*終結合國內實際優選真空熔滲方法，成功制備新型材料并制成設備成品，設備成品于2021年成功通過型式試驗。

歐洲研究院電工材料攻關團隊負責人周明瑜介紹，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行，是中資企業“以海外先進技術反哺國內，并形成國內外優勢互補的團隊優勢”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路線也打破了近八成石墨烯下游產品集中在低附加值、高成本的石墨烯加熱器、理療、可穿戴產品、涂料、導電添加劑等不具備強市場競爭力的應用產品的局限性，為石墨烯材料在能源行業的應用提供了新的方向。

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