國內首臺采用國產(chǎn)有載分接開(kāi)關(guān)的換流變壓器投運

±500千伏溪洛渡直流工程從西換流站。 李品 攝

11月27日，在南方電網(wǎng)公司西電東送重點(diǎn)工程——溪洛渡右岸電站送電廣東±500千伏同塔雙回直流輸電工程的受端從西換流站，隨著(zhù)現場(chǎng)運行人員操作指令發(fā)布，從西換流站交流場(chǎng)的刀閘開(kāi)關(guān)慢慢合上，電流瞬間從千里之外的西部，源源不斷地奔向東部地區。這標志著(zhù)我國自主研發(fā)的首臺采用國產(chǎn)有載分接開(kāi)關(guān)的換流變壓器成功投運。
這是我國在高端電力裝備研發(fā)方面取得的重大成果，我國在大容量有載分接開(kāi)關(guān)領(lǐng)域實(shí)現了“從無(wú)到有，從有到優(yōu)”的跨越式突破，高壓直流輸電系統“變速箱”實(shí)現了中國制造。
時(shí)序配合精度堪比機械手表
關(guān)鍵設備技術(shù)長(cháng)期受制于人
我國東西部跨度上千公里，西電東送大都采用長(cháng)距離、大容量、高電壓的直流工程進(jìn)行輸電，工程送端和受端站點(diǎn)均要用到重達300多噸的換流變壓器這種樞紐設備。而換流變壓器有一個(gè)關(guān)鍵的部件就是有載分接開(kāi)關(guān)，它是直流輸電系統調壓穩壓的核心部件，也是一個(gè)非常精密的機電設備。
“換流變壓器有載分接開(kāi)關(guān)好比汽車(chē)的自動(dòng)‘變速箱’，電壓調高調低，負荷調多調少，電流調大調小，都要通過(guò)它的檔位來(lái)調節?！背邏汗旧疾扛笨偨?jīng)理馮鶇說(shuō)。
據介紹，換流變壓器有載分接開(kāi)關(guān)有1000多個(gè)零部件，切換次數非常頻繁，一年高達6000余次，一次切換包括9個(gè)過(guò)程，每次動(dòng)作涉及到400多個(gè)零部件的精密配合，而且每個(gè)過(guò)程的時(shí)序配合為毫秒級，動(dòng)作過(guò)程中涉及到電、熱、力多場(chǎng)耦合作用，這種時(shí)序配合的精度可比擬機械手表。
“由于可靠性要求極高，制造難度極大，這項技術(shù)一直掌握在國外少數廠(chǎng)家手里。設備維修也受限于國外廠(chǎng)家，一旦發(fā)生故障，只能更換同型號的進(jìn)口產(chǎn)品，訂貨周期需要3—4個(gè)月?！背邏汗緩V州局副總經(jīng)理汪洋說(shuō)，“近些年，進(jìn)口的換流變壓器有載分接開(kāi)關(guān)在運行中暴露出了機械開(kāi)裂、絕緣劣化等重大問(wèn)題，嚴重威脅著(zhù)電網(wǎng)的安全運行?！?br /> 實(shí)現全鏈條國產(chǎn)制造
一個(gè)特高壓工程可節省近4000萬(wàn)元
為了攻克這個(gè)“卡脖子”難題，超高壓公司組建了“產(chǎn)學(xué)研用”攻關(guān)團隊，聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)共同開(kāi)展“大容量換流變壓器用6000千伏安有載分接開(kāi)關(guān)”關(guān)鍵技術(shù)國產(chǎn)化攻關(guān)。
面對重重困難，攻關(guān)團隊做好了充足準備。超高壓公司高級技術(shù)專(zhuān)家鄧軍介紹，攻關(guān)團隊結合多年運維經(jīng)驗，針對進(jìn)口設備暴露出的絕緣裕度不足、材料選型不合理、電氣設計不完善等問(wèn)題，自主開(kāi)展精細化建模仿真和真型樣機試驗驗證，逐個(gè)攻克難題。
攻關(guān)團隊重點(diǎn)從設備結構、可靠性等方面開(kāi)展攻堅，從200多萬(wàn)種可能的結構中選出36種，再優(yōu)中選優(yōu)，最終選出最簡(jiǎn)潔最平衡的有載分接開(kāi)關(guān)拓撲結構。
“核心器件研發(fā)過(guò)程中，難度極大的是真空滅弧室，這是中高電壓電力開(kāi)關(guān)的核心部件?！编囓娀貞?，研發(fā)之初，攻關(guān)團隊計劃采用有成熟應用經(jīng)驗的進(jìn)口真空滅弧室，但經(jīng)過(guò)深入研究分析，還是決定聯(lián)合國內領(lǐng)軍企業(yè)自主研發(fā)真空滅弧室?！凹热灰龀墒澜珙I(lǐng)先，那就所有東西都要領(lǐng)先?！编囓娬f(shuō)。經(jīng)過(guò)計算、仿真、對比，他們開(kāi)展了3000次性能檢測、37萬(wàn)次負載切換、160萬(wàn)次機械壽命、900萬(wàn)次波紋管疲勞等試驗，最終研發(fā)出了真空滅弧室。
經(jīng)過(guò)兩年堅持不懈的努力，攻關(guān)團隊突破了設計、制造、試驗和可靠應用一系列關(guān)鍵技術(shù)，成功研制出了我國首臺額定容量6000千伏安、最大電壓6000伏、最大額定電流1300安的大容量換流變有載分接開(kāi)關(guān)，實(shí)現了“原材料—組部件—整機”全鏈條的國產(chǎn)制造。
“與同類(lèi)進(jìn)口的產(chǎn)品相比，國產(chǎn)的換流變壓器有載分接開(kāi)關(guān)結構更合理、選材更優(yōu)良、指標更優(yōu)異，在現行IEC和國家標準基礎上提高了2項試驗考核指標，新增了1項性能驗證和3項性能摸底試驗?！背邏汗緞?chuàng )新部副總經(jīng)理陳歡說(shuō)，經(jīng)行業(yè)權威機構鑒定取得國際領(lǐng)先評價(jià)，打破了西方企業(yè)的技術(shù)壟斷，不僅實(shí)現了國產(chǎn)化，并且達到了性能更優(yōu)。
據介紹，國產(chǎn)換流變壓器有載分接開(kāi)關(guān)大的成功研制，將大幅減少工程建設投入，僅從設備成本方面估算，新建一條特高壓直流輸電工程可以節省費用近4000萬(wàn)元，對提升西電東送主網(wǎng)架設備自主可控水平，帶動(dòng)我國高端電工裝備產(chǎn)業(yè)鏈升級，以及保障我國能源供應的安全穩定具有十分重要的意義。 （李品）