1兆赫茲全頻捕捉，“寬頻偵探”讓“隱形刺客”無所遁形

來 源：浙電e家

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“雙碳”目標提出五年來，中國新能源發展進入“快車道”，以前所未有的力量重塑能源格局，風電、光伏年均新增裝機由“千萬千瓦級”躍升至“億千瓦級”，成為全球能源轉型的引領者。

在這場能源革命中，浙江以其獨特的地理優勢和“海陸并舉”的鮮明特色成為“排頭兵”。從杭州的分布式光伏屋頂到舟山的海上風電場，清潔能源已融入浙江經濟社會發展的血脈，年發電量可滿足全省1/3的居民用電需求。

國網桐鄉市供電公司工作人員來到浙江雙箭橡膠股份有限公司，對其屋頂光伏進行安全檢查丨瞿修旺 攝

但新能源的“井噴式”增長也帶來了新挑戰。風電、光伏等新能源發電依賴自然條件，輸出功率具有波動性；而新能源并網必須通過逆變器等電力電子設備，這些設備在能量轉換過程中，會產生大量非50赫茲工頻的電信號，形成覆蓋范圍從幾百赫茲到上千赫茲的寬頻電壓與電流，它們就像電網的“隱形刺客”，悄悄地影響著電網的安全運行。

隱形威脅：寬頻信號如何擾動電網？

如果把穩定的電網比作一首和諧的交響樂，50赫茲的工頻電流就是主旋律，那么寬頻電壓、電流就是破壞節奏的“雜音”。這些看似微弱的信號，卻可能給電網帶來連鎖反應式的危害，這不是危言聳聽。

2009年，美國德州某風電場通過含75%串聯補償的線路并入電網，引發了20赫茲左右的次同步振蕩，造成風電機組脫網及過電壓保護電路損壞。

2014年，德國北海海上風電場就曾因寬頻振蕩，導致短時振蕩電流占比達30%，最終不得不讓整個風電場停機脫網避險。

寬頻信號不僅會影響電網安全，也會降低電能質量，造成空調、冰箱等家電噪音增大、壽命縮短，影響生產線的精密儀器精度，甚至導致產品報廢。

監測困局：寬頻信號為何“難捕捉”？

破解寬頻信號危害的核心，在于實現“看得見、辨得準、反應快”的全鏈條管控。首先要攻克的難關是：寬頻電壓與電流的監測，而這本身就是一項“技術活”，其難度遠超常規工頻信號的測量，根源在于其“廣、弱、變”的特性與現有技術的矛盾，具體可概括為三大挑戰：

頻率跨度大導致“視野局限”。寬頻信號覆蓋從工頻到上千赫茲的范圍，而傳統監測設備的測量頻率上限通常只有50千赫茲，如同用廣角鏡頭卻只能拍到局部場景，大量高頻信號會“逃出”監測范圍，比如雷電過電壓的頻率通常在數十千赫茲到數兆赫茲之間，傳統設備根本無法測量。更棘手的是，光伏產生的3000赫茲高次諧波、雷電沖擊的暫態信號等不同類型寬頻信號的特性差異極大，很難用單一設備全面捕捉。

國網桐鄉市供電公司工作人員在110千伏石門變電站，對國家電網首臺寬頻電壓電流測量裝置的一次設備進行調試丨呂琳軼 攝

信號微弱且易受干擾。寬頻信號往往比工頻信號弱得多，卻容易被電網中的電磁噪聲掩蓋。變電站里的變壓器、開關設備都會產生電磁干擾，傳統監測設備的抗干擾能力不足，即便勉強捕捉到信號，也可能因干擾導致測量不準，就像在嘈雜環境中聽不清細微的聲音。

多設備協同難且效率低。傳統方案需要在變電站安裝工頻表、諧波儀、暫態記錄儀等多臺設備，分別監測不同類型的信號。這些設備“各管一攤”，數據無法實時共享，需要人工匯總分析，等找到問題根源時，故障已經發生。

寬頻偵探：四大核心本領破解難題

為精準破解上述困局，國網嘉興供電公司在110千伏石門變電站投運國家電網首臺寬頻電壓/電流監測裝置。這臺被工程師們稱為“寬頻偵探”的設備，由一次設備和二次設備組成，采用了人工智能、大數據和寬頻諧波快速辨識與監測技術，憑借全頻段捕捉、高精度測量、多功能集成等本領，成為管控寬頻信號的“利器”。

全頻段“無死角”，1兆赫茲內信號全捕捉。該裝置將測量頻率上限提升至1兆赫茲，覆蓋從50赫茲工頻到1兆赫茲高頻的所有信號，范圍是傳統設備的20倍以上。無論是光伏電站產生的3000赫茲高次諧波，還是雷電擊中線路的暫態信號，甚至是設備異常時的間諧波，都能被精準捕捉。

高精度“零誤差”，300納秒鎖定故障。對電網而言，測量精度直接決定決策準確性。這臺裝置的工頻測量準確度達0.02%，測1000安電流誤差僅0.2安，遠高于傳統設備0.2%的精度水平；在3000赫茲范圍內的諧波測量幅值誤差小于1.5%，對5納秒方波信號，響應時間僅300納秒，比眨眼睛還快，瞬間鎖定故障位置。

國家電網首臺寬頻電壓電流測量裝置在110千伏石門變電站試點應用丨瞿修旺 攝

多功能“一體化”，一臺頂過去五臺。傳統變電站測量不同信號需多臺設備“各司其職”，不僅占地大，還得人工匯總數據。這臺裝置實現了“一機多能”，單臺設備即可完成工頻、暫態、諧波及雷電沖擊測量。

強適配“易落地”，不用改造直接裝。新設備、新技術要推廣，首先要解決的就是“水土不服”問題，而這臺裝置堪稱“百搭選手”。一次設備采用AIS敞開式結構，“SF6氣體絕緣+硅橡膠外殼”無懼戶外風雨；接入位置選在斷路器與隔離刀閘之間，不用拆換原有設備，傳統站、智能站都能“即插即用”。傳感器模塊可無損互換，維護效率提升80%，以前半天的活兒現在1小時就能搞定，省時省力又省心，具有普適性，便于推廣應用。

價值轉化：四大拓展應用守護平安

寬頻電壓/電流監測并非終點，其核心價值在于將捕捉到的信號轉化為解決電網實際問題的關鍵依據，具體有哪些用途呢？

電能質量分析。實時監測諧波、電壓暫降等異常，像光伏電站高次諧波累積、串補線路潛在振蕩跡象，信號超過閾值即觸發預警，避免升級為跳閘、設備燒毀等事故，保障敏感設備穩定運行。

狀態預測預警。通過寬頻信號可反映變壓器等設備的絕緣、結構狀況，通過長期監測建立設備“健康檔案”，結合歷史數據趨勢判斷設備劣化苗頭，變被動搶修為主動維護，優化運維成本。

國網桐鄉市供電公司變電運檢人員正在對寬頻電壓電流測量裝置進行巡檢丨彭艷珍 攝

故障精準定位。如電網因新能源并網產生高頻諧波，或雷電沖擊暫態信號出現過電壓時，其數據能毫秒級精準定位、溯源，助力運維人員跳過排查直接鎖定故障點，縮短修復時間。

支撐新型電力系統建設。寬頻監測數據破解了新能源并網容量測算痛點——避免容量過低浪費或過高引發電壓失穩等風險，精準量化并網容量，為新能源接入、電網拓撲優化、保護參數調整及負荷響應提供依據，提升“源網荷儲”協同效率。

光伏、風電等新能源的蓬勃發展正在改寫能源版圖，高比例新能源接入也對電網穩定運行提出了更大的挑戰。只有不斷開拓思維、創新發展，持續推進新型電力系統建設，將“被動防御”轉為“主動進攻”，才能為電網的安全穩定運行筑牢技術根基，為“雙碳”目標的實現提供堅實保障。