世界首臺200千伏高壓直流斷路器通過鑒定
作者： 來源： 時間：2021-11-01 00:00:00 字體：
[大] [中] [小]
近日，國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院研制的世界首臺200千伏高壓直流斷路器順利通過中國電機工程學(xué)會技術(shù)成果鑒定。
該斷路器額定工作電流2千安，分斷電流15千安，分斷時間3毫秒，整體技術(shù)達到國際領(lǐng)先水平。該項成果的取得不僅填補了我國在高壓直流斷路器領(lǐng)域的空白，同時也標(biāo)志著我國在智能電網(wǎng)高端裝備方面再一次走在了世界前列。
基于柔性直流的多端直流輸電和直流電網(wǎng)技術(shù)是解決新能源并網(wǎng)和消納問題的有效技術(shù)手段之一，而高壓直流斷路器是構(gòu)建直流電網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備，對直流輸電系統(tǒng)和直流電網(wǎng)的安全可靠運行有著極其重要的作用。
但一直以來，在高電壓、大電流條件下，如何解決直流電流無自然過零點而難以開斷、直流短路電流上升速度快要求其數(shù)毫秒內(nèi)開斷等問題，困擾著國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工程界，被譽為電力技術(shù)領(lǐng)域的百年難題，也是制約我國直流電網(wǎng)發(fā)展的主要瓶頸之一。
未雨綢繆
作為國內(nèi)直流輸電技術(shù)的引領(lǐng)者，國網(wǎng)智研院長期遵循可持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略。早在2010年，該院便將目光投向了高壓直流斷路器這一在國際上尚屬全新的領(lǐng)域，組建了由18人構(gòu)成的高壓直流斷路器攻關(guān)團隊。
團隊采用高效的閉環(huán)反饋科研管理模式，僅用不到兩年便掌握了快速直流分斷的基礎(chǔ)理論及核心原理，形成多達100多份技術(shù)報告和20多項相關(guān)專利。團隊的努力和成果很快便得到了國家電網(wǎng)公司的高度關(guān)注和支持。2012年10月，“高壓直流斷路器關(guān)鍵技術(shù)研究及樣機研制”作為公司重大科技專項正式立項。雖然前期準(zhǔn)備得很全面，但高標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)需求仍然讓團隊成員隱約感覺到這將是一塊極難啃的硬骨頭。
謀定而動
2012年11月，“高壓直流斷路器關(guān)鍵技術(shù)研究及樣機研制”項目正式啟動，在啟動會上，成員們既興奮又緊張。興奮的是馬上要在同一起跑線與世界各先進機構(gòu)競爭;緊張的是既要實現(xiàn)創(chuàng)新突破，又要完成技術(shù)超越，可留給成員們的時間卻只有短短的兩年。
“新”即需“穩(wěn)”，“超”則求“快”，如何在一穩(wěn)一快之間尋找出最佳的工作模式，無疑是擺在團隊面前的首要難題。國網(wǎng)智研院因時而變、因事而變，創(chuàng)新性地將員工思想管理與科技項目管理有機地融合在一起，以此來提高團隊的執(zhí)行效率。通過這種方式，團隊平穩(wěn)地推進項目建設(shè)。
拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計是斷路器研制周期中最基礎(chǔ)也最為重要的環(huán)節(jié)，為了設(shè)計和選擇一種最高效可靠的斷路器拓撲結(jié)構(gòu)，團隊展開“頭腦風(fēng)暴”，設(shè)計并提出了10余種可行性方案，之后，團隊通過對各方案的可靠性、工程性、經(jīng)濟性等指標(biāo)比對分析，最終選擇出一種最優(yōu)的拓撲結(jié)構(gòu)形式。
研發(fā)的目標(biāo)是明確的，但過程卻是艱辛的。一組組參數(shù)的微調(diào)，一個個模型的修改，近乎偏執(zhí)地把握細節(jié)，就是為了讓仿真結(jié)果更加精確;一只只器件的測試，一行行代碼的斟酌，不厭其煩地迭代修改，就是為了讓設(shè)計方案更加完美;一件件零件的優(yōu)化，一張張圖紙的評審，精益求精地優(yōu)化完善，就是為了讓工程樣機更加可靠。
方案推倒了再重來，設(shè)計否定了再更新。在項目最艱難的樣機研制階段，繁重的組裝和調(diào)試工作讓每個人都瀕臨身體和心理上的極限。
“堅持創(chuàng)造、不斷引領(lǐng)”，不知何時何人，在組裝調(diào)試大廳的墻上貼了這樣一句話。大家看了都會心一笑，因為大家心里清楚，在自己手上推進的不僅僅是一套裝備，更是一面旗幟，是未來直流電網(wǎng)的引領(lǐng)之旗，更是“中國創(chuàng)造”這幅巨作的一個縮影。
攻關(guān)團隊這個強大的科研引擎再一次高速運轉(zhuǎn)起來。深夜12時、1時、2時，紀(jì)錄被一次次刷新。成員們對這種工作狀態(tài)戲稱道：“我們這是先下班后上班。”憑著這股動力，2014年10月，團隊終于搭建完成了200千伏高壓直流斷路器樣機。
當(dāng)斷則斷
高壓直流斷路器的等效試驗方法是擺在團隊成員面前的另一個難題。由于沒有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范可以參考，隊員只有開辟一條全新的試驗技術(shù)路線。為確保試驗的等效性，團隊進行了多達兩百多次的原理試驗。在多位院士專家的幫助下，創(chuàng)新性地提出了適用于高壓直流斷路器的合成等效試驗方法。
進入緊張的試驗階段，團隊骨干們雖然有豐富的高壓大電流產(chǎn)品試驗經(jīng)驗，但是仍然不敢掉以輕心，就像在為斷路器進行體檢一般，反復(fù)交替檢查試驗接線是否正確、是否有工具零件遺落在斷路器設(shè)備中。
為了摸清設(shè)備的性能邊際，團隊開展了數(shù)百次不同條件的分斷試驗。而這些試驗難就難在既不能破壞設(shè)備，同時又要盡可能地暴露設(shè)備極限能力。大家都戲稱這是在“玩心跳、走鋼絲”。1千安、2千安、5千安、10千安……隨著試驗進程的穩(wěn)步推進，故障電流分斷水平也在不斷提高。
2014 年11月25日，在國家電網(wǎng)電力系統(tǒng)電力電子實驗室高壓試驗大廳里，每個人都神情緊張地注視著顯示器。“分斷倒計時!三、二、一!砰!”隨著斷路器中機械開關(guān)的動作聲，監(jiān)測大屏幕中15千安故障電流被精準(zhǔn)地在3毫秒內(nèi)分斷，標(biāo)志著項目研制的200千伏高壓直流斷路器成功通過了型試試驗。
歡呼聲回蕩在試驗大廳中，在冰冷的冬夜里顯得格外的歡暢。
【相關(guān)鏈接】
高壓直流斷路器知多少?
直流斷路器具有超一流的限流性能，能準(zhǔn)確保護繼電保護、自動裝置免受過載、短路等故障危害。國網(wǎng)智研院研制出的世界首臺200千伏高壓直流斷路器，3毫秒內(nèi)可開斷高達15千安的故障電流，其分斷速度比人類眨眼的瞬間還要快100倍，設(shè)計參數(shù)超越了國際跨國公司ABB的樣機(80千伏/8.5千安/5毫秒)和 ALSTOM的樣機(120千伏/5.2千安/5.5毫秒)。
高壓直流斷路器關(guān)鍵技術(shù)和樣機研制的成功突破，進一步鞏固了公司在高壓直流斷路器領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)先地位，為我國堅強智能電網(wǎng)建設(shè)提供了堅實的技術(shù)和高端裝備支撐，使我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)高壓直流輸電成套裝備的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更加合理、更加完善，為我國直流輸電網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)、可再生能源的高效傳輸與利用提供技術(shù)支撐。
