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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,國網智能電網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會技術成果鑒定。

  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,整體技術達到國際領先水平。該項成果的取得不僅填補了我國在高壓直流斷路器領域的空白,同時也標志著我國在智能電網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技術是解決新能源并網和消納問題的有效技術手段之一,而高壓直流斷路器是構建直流電網的關鍵設備,對直流輸電系統和直流電網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毫秒內開斷等問題,困擾著國內外學術界和工程界,被譽為電力技術領域的百年難題,也是制約我國直流電網發展的主要瓶頸之一。

  未雨綢繆

  作為國內直流輸電技術的引領者,國網智研院長期遵循可持續創新發展戰略。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域,組建了由18人構成的高壓直流斷路器攻關團隊。

  團隊采用高效的閉環反饋科研管理模式,僅用不到兩年便掌握了快速直流分斷的基礎理論及核心原理,形成多達100多份技術報告和20多項相關專利。團隊的努力和成果很快便得到了國家電網公司的高度關注和支持。2012年10月,“高壓直流斷路器關鍵技術研究及樣機研制”作為公司重大科技專項正式立項。雖然前期準備得很全面,但高標準的參數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,“高壓直流斷路器關鍵技術研究及樣機研制”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競爭;緊張的是既要實現創新突破,又要完成技術超越,可留給成員們的時間卻只有短短的兩年。

  “新”即需“穩”,“超”則求“快”,如何在一穩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。國網智研院因時而變、因事而變,創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行效率。通過這種方式,團隊平穩地推進項目建設。

  拓撲結構設計是斷路器研制周期中最基礎也最為重要的環節,為了設計和選擇一種最高效可靠的斷路器拓撲結構,團隊展開“頭腦風暴”,設計并提出了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、經濟性等指標比對分析,最終選擇出一種最優的拓撲結構形式。

  研發的目標是明確的,但過程卻是艱辛的。一組組參數的微調,一個個模型的修改,近乎偏執地把握細節,就是為了讓仿真結果更加精確;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,就是為了讓設計方案更加完美;一件件零件的優化,一張張圖紙的評審,精益求精地優化完善,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,繁重的組裝和調試工作讓每個人都瀕臨身體和心理上的極限。

  “堅持創造、不斷引領”,不知何時何人,在組裝調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,是未來直流電網的引領之旗,更是“中國創造”這幅巨作的一個縮影。

  攻關團隊這個強大的科研引擎再一次高速運轉起來。深夜12時、1時、2時,紀錄被一次次刷新。成員們對這種工作狀態戲稱道:“我們這是先下班后上班?!睉{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。由于沒有標準規范可以參考,隊員只有開辟一條全新的試驗技術路線。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品試驗經驗,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備中。

  為了摸清設備的性能邊際,團隊開展了數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備,同時又要盡可能地暴露設備極限能力。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,在國家電網電力系統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?!胺謹嗟褂嫊r!三、二、一!砰!”隨著斷路器中機械開關的動作聲,監測大屏幕中15千安故障電流被精準地在3毫秒內分斷,標志著項目研制的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。

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  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,能準確保護繼電保護、自動裝置免受過載、短路等故障危害。國網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,設計參數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)。

  高壓直流斷路器關鍵技術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域的技術領先地位,為我國堅強智能電網建設提供了堅實的技術和高端裝備支撐,使我國具有自主知識產權高壓直流輸電成套裝備的產品結構更加合理、更加完善,為我國直流輸電網絡的互聯、可再生能源的高效傳輸與利用提供技術支撐。
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