“去年夏天，四川遭遇了歷史同期*極端高溫、*少降雨量、*大電力負(fù)荷的‘三*’疊加局面，全省電力系統(tǒng)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。”四川省能源局副局長(zhǎng)林挺介紹，“三*”疊加給四川省社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了嚴(yán)重影響，同時(shí)暴露了以可再生能源為主的電力系統(tǒng)在極端氣溫條件下的諸多短板。“要進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)觀念，加快新型電力系統(tǒng)建設(shè)，增強(qiáng)供電保障能力。”

中國(guó)科學(xué)院院士周孝信采用情景分析法研判了2020－2060年中長(zhǎng)期能源電力發(fā)展趨勢(shì)，并探討了我國(guó)未來(lái)能源電力系統(tǒng)發(fā)展前景。他指出，根據(jù)非化石能源電力按照發(fā)電煤耗法計(jì)算，2035年我國(guó)非化石能源發(fā)電量占比將達(dá)52.9%，2060年達(dá)93.5%。“2035年電源裝機(jī)情況比較均勻，風(fēng)電裝機(jī)約8億千瓦，煤電11億千瓦，核電1.4億千瓦；電力情況也比較均勻，煤電發(fā)電量占比超1/3。2035年，非化石能源消費(fèi)比重在2030年達(dá)到25%的基礎(chǔ)上進(jìn)一步大幅提升，可再生能源成為主體電源。”

不論從發(fā)電、輸電還是用電來(lái)看，新型電力系統(tǒng)的各關(guān)鍵環(huán)節(jié)都與天氣、氣候密切相關(guān)。“從發(fā)電端看，傳統(tǒng)能源和可再生能源對(duì)天氣變化高度敏感。從輸電環(huán)節(jié)看，輸電線路對(duì)災(zāi)害性天氣高度敏感，極端高溫和持續(xù)性高溫對(duì)用電負(fù)荷影響巨大。”

一、概述（WBDCS-8000直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)察裝置設(shè)計(jì)精巧，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單）

WBDCS-8000直流電源系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)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(cè)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(guó)內(nèi)可靠水平。裝置頭一次利用了信號(hào)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(guó)家電網(wǎng)公司制定的《十八項(xiàng)國(guó)家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》中的第五項(xiàng)“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(cè)裝置，要求增加交流竄直流故障的測(cè)記和報(bào)警功能。本裝置采用實(shí)時(shí)跟蹤信息零處理技術(shù)，解決了交流信號(hào)竄入直流故障的測(cè)記和報(bào)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(dòng)化管理水平、確?？煽窟\(yùn)行及故障準(zhǔn)確定位的理想智能儀器。

二、整機(jī)測(cè)量原理說(shuō)明（WBDCS-8000直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)察裝置設(shè)計(jì)精巧，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單）

根據(jù)直流系統(tǒng)的特殊性，本裝置的測(cè)量從測(cè)量?jī)?nèi)容區(qū)分，可分為四大部分，一是母線監(jiān)測(cè)，二是分支回路查巡，三是交流竄直流監(jiān)與報(bào)警，直流系統(tǒng)交流成份紋波的監(jiān)測(cè)。

2.1直流母線監(jiān)測(cè)

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(gè)直流中心對(duì)地電壓值。

見(jiàn)圖－

◎ U 為直流系統(tǒng)母線電壓            ◎ U+為直流系統(tǒng)母線正極對(duì)地電壓

◎ U－為直流系統(tǒng)母線負(fù)極對(duì)地電壓   ◎ R+為直流系統(tǒng)母線正極對(duì)地電阻

◎ R－為直流系統(tǒng)母線負(fù)極對(duì)地電阻   ◎ X為電橋網(wǎng)絡(luò)A直流中點(diǎn)對(duì)地電壓

◎ Y為電橋網(wǎng)絡(luò)B直流中點(diǎn)對(duì)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(duì)地電阻R+和負(fù)對(duì)地電阻R－，必建立兩組獨(dú)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(gè)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(gè)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(cè)量值“X”與“Y”有關(guān)。經(jīng)電腦編程分別計(jì)算出R+與R－的數(shù)值，同時(shí)也可以計(jì)算出母線正端對(duì)地電壓U+與母線對(duì)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(bào)警。

主機(jī)中配有大功率電阻做為電橋，檢測(cè)支路時(shí)定時(shí)啟動(dòng)電橋電阻信號(hào)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(duì)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(cè)每個(gè)支路漏電流。工作原理見(jiàn)（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(hào)、對(duì)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(hào)經(jīng)模擬選擇開(kāi)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(guò)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(jí)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(jì)。將每16回路增加一個(gè)采集模塊，這種分層分布式的分散結(jié)構(gòu)不需改變?cè)械闹鳈C(jī)結(jié)構(gòu)。并可以拓展到512個(gè)回路。采樣模塊和主機(jī)之間利用RS485接口實(shí)現(xiàn)并接。每個(gè)模塊地址碼可以在現(xiàn)場(chǎng)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(cè)。故障報(bào)警。

電路采用耦合、交直流分解等特殊電路處理，能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)直流電源紋波含量即紋波電壓值，計(jì)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(cè)電路，母線通過(guò)電容隔直流、差分運(yùn)放、快速整流、濾波、高速AD，實(shí)時(shí)檢測(cè)母線上的交流信號(hào)，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(hào)，通過(guò)聲光報(bào)警及干接點(diǎn)輸出報(bào)警相關(guān)信息，并啟動(dòng)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(bào)警相關(guān)信息，大大提高系統(tǒng)的保障性和可靠性。如圖四。

2.5 直流互竄檢測(cè)，故障定位與分析。

本機(jī)內(nèi)置快速高精度檢測(cè)電路，實(shí)時(shí)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)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)的保障性和可靠性。為了保證直流電源對(duì)變電站可靠運(yùn)行需要。常常設(shè)有兩段獨(dú)立的直流電源。同一變電站兩段直流是要求分開(kāi)獨(dú)立運(yùn)行，由于接線錯(cuò)誤，設(shè)備老化通常會(huì)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。現(xiàn)有的直流系統(tǒng)是采用兩個(gè)電橋監(jiān)測(cè)各自的母線，兩段母線出現(xiàn)了電氣上的連接也說(shuō)是會(huì)出現(xiàn)我們常說(shuō)的“兩點(diǎn)接地現(xiàn)象”。兩點(diǎn)接地現(xiàn)象常常會(huì)對(duì)變電站的繼電保護(hù)正常運(yùn)行造成一定的危險(xiǎn)。我們利用了現(xiàn)有直流接地裝置的技術(shù)升級(jí)，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(diǎn)接地進(jìn)行了告警，并通過(guò)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(tái)獨(dú)立測(cè)量的直流絕緣監(jiān)察裝置通過(guò)測(cè)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?dú)w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(shí)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(diǎn)（WBDCS-8000直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)察裝置設(shè)計(jì)精巧，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jì)。

3.2相關(guān)的所有參數(shù)均可通過(guò)菜單進(jìn)行設(shè)置，相關(guān)的所有報(bào)警均通過(guò)聲光輸出和相應(yīng)的干接點(diǎn)輸出。

3.3準(zhǔn)確檢測(cè)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(dòng)分辨兩條或兩條以上支路同時(shí)接地的故障等。

3.4可隨時(shí)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(shí)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(guò)按鍵循環(huán)檢測(cè)）和選定支路單檢（通過(guò)按鍵選定某一支路檢測(cè)）。

3.6 保存顯示當(dāng)前5次的母線絕緣報(bào)警記錄。

3.7 提供檢測(cè)2段母線的紋波電壓和紋波系數(shù)。

3.8 對(duì)CT極性無(wú)一致性要求、無(wú)方向要求。

3.9 信號(hào)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(cè)速度快.巡檢16路以后的數(shù)據(jù)時(shí)，平均每路巡檢時(shí)間低于1秒。

3.13 本機(jī)可以通過(guò)參數(shù)設(shè)定設(shè)置交流竄入報(bào)警門(mén)限（交流有效值）。

3.14裝置采用實(shí)時(shí)跟蹤信息零處理技術(shù)，解決了交流信號(hào)竄入直流故障的測(cè)記和報(bào)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(dòng)保護(hù)功能。

3.16本系統(tǒng)可提供簡(jiǎn)單的多機(jī)連接功能，適用于復(fù)雜的多級(jí)直流系統(tǒng)中，不會(huì)出誤報(bào)及拒報(bào)現(xiàn)象。

3.17 紋波測(cè)量：采用實(shí)時(shí)全數(shù)字寬帶測(cè)量、實(shí)時(shí)測(cè)量全范圍的直流電源紋波、電壓值、并計(jì)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直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)察裝置設(shè)計(jì)精巧，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jí)：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(diǎn)電流：DC220V/3A

4.7 母線電壓測(cè)量精度：±0.5％

4.8 母線絕緣電阻測(cè)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(dòng)作報(bào)警時(shí)間:    ≤2秒

4.10 支路絕緣電阻測(cè)量精度：0.5-10KΩ誤差≤15％

10-25KΩ誤差≤20％

4.11 交流竄入電壓測(cè)量范圍：0-300V

4.12  交流竄入電壓測(cè)量精度：≤1%

4.13 紋波測(cè)量范圍：0-100V

4.14 紋波測(cè)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(zhǎng)×高×深）：360×135×280㎜，

4.18 采集單元外型：155×95×43㎜

五、產(chǎn)品圖片（WBDCS-8000直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)察裝置設(shè)計(jì)精巧，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單）

5.1主機(jī)前面板各部件功能介紹：見(jiàn)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(shí)，該燈亮。

信號(hào)指示燈：儀器進(jìn)入支路檢測(cè)狀態(tài)后，該燈亮。

超壓報(bào)警燈：母線電壓超過(guò)門(mén)限設(shè)定值時(shí)，該燈亮。

欠壓報(bào)警燈：母線電壓低于門(mén)限設(shè)定值時(shí)，該燈亮。

絕緣報(bào)警燈：母線對(duì)地絕緣電阻低于門(mén)限設(shè)定值時(shí)，該燈亮。

支路報(bào)警燈：支路檢測(cè)時(shí)，接地電阻值低于門(mén)限設(shè)定值時(shí)，該燈亮。

瞬時(shí)接地?zé)簦耗妇€瞬時(shí)對(duì)地絕緣電阻值低于門(mén)限設(shè)定值時(shí)，該燈亮。

交流串路燈：當(dāng)有交流竄入時(shí)，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(cè)數(shù)據(jù)及支路檢測(cè)數(shù)據(jù)等.

5.1.4電源開(kāi)關(guān)

電源開(kāi)關(guān)置于機(jī)箱后面，置ON時(shí)接通儀器工作電源，置OFF時(shí)，電源切斷。

5.2主機(jī)后面面板簡(jiǎn)介

后面板上貼有接線端子功能表，見(jiàn)下圖所示。其中故障報(bào)警繼電器輸出為常閉觸點(diǎn)，當(dāng)儀器正常工作時(shí)，該繼電器觸點(diǎn)斷開(kāi)；當(dāng)儀器發(fā)生故障時(shí)，該繼電器觸點(diǎn)閉合。其它報(bào)警繼電器輸出均為常開(kāi)觸點(diǎn)，只有報(bào)警輸出時(shí)，相應(yīng)的繼電器觸點(diǎn)才閉合。

六、通電前檢查

6.1裝置到貨后，首先應(yīng)檢查包裝箱上的產(chǎn)品登記單與裝置箱體上的質(zhì)量檢驗(yàn)合格證，并確認(rèn)與訂貨一致。

6.2打開(kāi)裝置機(jī)箱對(duì)裝置各部件進(jìn)行檢查，確定各部件有無(wú)松動(dòng)及損壞現(xiàn)象，檢查有關(guān)電纜線連接是否可靠。

6.3核對(duì)裝置工作電源電壓和現(xiàn)場(chǎng)電壓是否相符。

6.4上述各項(xiàng)檢查完畢方可通電試驗(yàn)。

中國(guó)電科院技術(shù)專(zhuān)家惠東認(rèn)為，未來(lái)新能源將逐漸從裝機(jī)主體變?yōu)殡娏恐黧w，再變?yōu)槌隽χ黧w。“這就需要考慮電網(wǎng)傳統(tǒng)慣量受到制約后，電力系統(tǒng)是否還能承載更多新能源，承載是否達(dá)到飽和。以現(xiàn)有電網(wǎng)技術(shù)看，新能源滲透率無(wú)法超過(guò)50%。”對(duì)此，有業(yè)內(nèi)專(zhuān)家指出，新型電力系統(tǒng)的保供矛盾在本質(zhì)上是新能源在各時(shí)間軸上的波動(dòng)與靈活調(diào)節(jié)能力之間的問(wèn)題。

“?？煽俊⒋傧{涉及從秒級(jí)到更長(zhǎng)時(shí)間跨度的跨越。”惠東進(jìn)一步分析，現(xiàn)有任何一種靈活性手段都無(wú)法達(dá)到四兩撥千斤的效果。“一度電就是一度電，目前的靈活性調(diào)節(jié)資源如火電、氣電等還存在較大缺口；抽蓄調(diào)節(jié)速度較快，但布局不盡合理。此外，電力市場(chǎng)和需求側(cè)響應(yīng)之間的調(diào)度有待進(jìn)一步激活。”

不同的靈活性調(diào)節(jié)資源的爬坡能力、啟停時(shí)間、額定續(xù)航能力、慣量支撐和電壓支撐能力都不同。“經(jīng)過(guò)改造的火電機(jī)組具有電壓支撐能力和慣量支撐能力，但爬坡響應(yīng)能力和額定續(xù)航能力不足。電化學(xué)儲(chǔ)能響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)準(zhǔn)確，但只能定位在日內(nèi)調(diào)節(jié)資源，很難做到長(zhǎng)期調(diào)節(jié)。”從調(diào)節(jié)成本來(lái)看，惠東分析，改造后的火電機(jī)組調(diào)節(jié)度電成本大約在0.05元到0.12元，抽蓄調(diào)節(jié)成本大約度電0.25元，電化學(xué)儲(chǔ)能在有市場(chǎng)、有價(jià)格時(shí)運(yùn)行利用率較高，如參與調(diào)頻市場(chǎng)。“但在新能源配置儲(chǔ)能的情況下其利用非常低，一年不足50－80次，有的場(chǎng)站一年都用不了一兩次，經(jīng)濟(jì)性比較差。”

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