11月27日,在南方電網(wǎng)西電東送重點工程——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,我國自主研發(fā)的首臺采用國產(chǎn)有載分接開關的換流變壓器成功投運。標志著我國在高端電力裝備研發(fā)方面取得重大成果,換流變壓器有載分接開關“卡脖子”難題得到有效化解,對帶動相關產(chǎn)業(yè)技術升級具有重要意義。
有載分接開關是換流變的關鍵核心部件,切換頻繁、零部件多、可靠性要求高,承擔著系統(tǒng)電壓靈活調(diào)節(jié)的重要作用,制造難度極大,關鍵技術一直掌握在國外少數(shù)廠家手中,我國換流變有載分接開關全部依賴進口。南方電網(wǎng)公司聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)攻克了有載分接開關拓撲結構、長壽命真空滅弧室等一系列難題,研發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權的6000千伏安有載分接開關,成功打破了國外廠家技術和市場壟斷,加快了我國電工產(chǎn)業(yè)鏈向高端邁進的步伐
時序配合精度可比擬機械手表
我國東西部跨度上千公里,西電東送大都采用長距離、大容量、高電壓的直流工程進行輸電,工程送端和受端站點均要用到重達300多噸的換流變壓器這種樞紐設備。而換流變壓器有一個關鍵的部件——有載分接開關,它是直流輸電系統(tǒng)調(diào)壓穩(wěn)壓的核心部件,也是一個非常精密的機電設備。
“換流變壓器有載分接開關好比汽車的自動‘變速箱’,電壓調(diào)高調(diào)低,負荷調(diào)多調(diào)少,電流調(diào)大調(diào)小,都要通過它的檔位來調(diào)節(jié)?!蹦戏诫娋W(wǎng)超高壓公司生技部副總經(jīng)理馮鶇說。
據(jù)介紹,換流變壓器有載分接開關有1000多個零部件,切換次數(shù)非常頻繁,一年高達6000余次,一次切換包括9個過程,每次動作涉及到400多個零部件的精密配合,而且每個過程的時序配合為毫秒級,動作過程中涉及到電、熱、力多場耦合作用,這種時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,這項技術一直掌握在外國少數(shù)廠家手里。設備維修也受限于外國廠家,一旦發(fā)生故障,只能更換同型號的進口產(chǎn)品,訂貨周期需要三至四個月?!蹦戏诫娋W(wǎng)超高壓公司廣州局副總經(jīng)理汪洋說,“近些年來,進口的換流變壓器有載分接開關在運行中暴露出了機械開裂、絕緣劣化等重大問題,嚴重威脅著電網(wǎng)的安全運行。”
“要做就做成世界領先”
為了攻克這個“卡脖子”難題,南方電網(wǎng)超高壓公司組建了“產(chǎn)學研用”攻關團隊,聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)共同開展“大容量換流變壓器用6000kVA有載分接開關”關鍵技術國產(chǎn)化攻關。
面對重重困難,攻關團隊做好了充足準備。南方電網(wǎng)超高壓公司高級技術專家鄧軍說:“我們結合多年運維經(jīng)驗,針對進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題,自主開展精細化建模仿真和真型樣機試驗驗證,逐個攻克難題,一步一步跨過難關。”
攻關團隊重點從設備結構、可靠性等方面開展攻堅。團隊從200多萬種可能的結構中選出36種,再優(yōu)中選優(yōu),并規(guī)避國際產(chǎn)權糾紛,最終選出最簡潔最平衡的有載分接開關拓撲結構。其次,重點開展核心器件研發(fā),其中難度極大的就是研發(fā)真空滅弧室(真空滅弧室,又叫真空開關管,是中高電壓電力開關的核心部件。其主要作用是通過管內(nèi)真空優(yōu)良的絕緣性使中高電壓電路切斷電源后,能迅速熄弧并抑制電流,避免發(fā)生事故)。
“我們研制的產(chǎn)品不論從電壓、容量還是電流,都是目前世界上最高等級的,這對真空滅弧室的要求非??量?。”鄧軍介紹,研發(fā)之初,他們想采用有成熟應用經(jīng)驗的進口真空滅弧室,但是經(jīng)過深入研究分析,認為既然要做成世界領先,那就所有東西都要領先,于是就決定聯(lián)合國內(nèi)領軍企業(yè)自主研發(fā)真空滅弧室。
經(jīng)過計算、仿真、對比,他們開展了3000次性能檢測、37萬次負載切換、160萬次機械壽命、900萬次波紋管疲勞等試驗,最終研發(fā)出了真空滅弧室。
功夫不負有心人。經(jīng)過兩年堅持不懈的努力,攻關團隊突破了設計、制造、試驗和可靠應用一系列關鍵技術,成功研制出了我國首臺額定容量6000kVA、最大電壓6000V、最大額定電流1300A的大容量換流變有載分接開關,實現(xiàn)了“原材料-組部件-整機”全鏈條的國產(chǎn)制造。
一個特高壓工程可節(jié)省成本近4000萬元
“單擊牛從乙極1、極2啟動按鈕!”
“執(zhí)行!”
隨著現(xiàn)場運行人員操作指令發(fā)布,從西換流站交流場的刀閘開關慢慢合上,電流瞬間從千里之外的西部,源源不斷地奔向東部地區(qū)。我國在大容量有載分接開關領域?qū)崿F(xiàn)了“從無到有,從有到優(yōu)”的跨越式突破,高壓直流輸電系統(tǒng)“變速箱”實現(xiàn)了“中國制造”
“與同類進口的產(chǎn)品相比,國產(chǎn)的換流變壓器有載分接開關結構更合理、選材更優(yōu)良、指標更優(yōu)異,在現(xiàn)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。經(jīng)行業(yè)權威機構鑒定取得國際領先評價,打破了西方企業(yè)的技術壟斷,不僅實現(xiàn)了國產(chǎn)化,并且達到了性能更優(yōu)。”南方電網(wǎng)超高壓公司創(chuàng)新部副總經(jīng)理陳歡說,“設備研制成功,證明了只要給他們機會,國內(nèi)廠家也可以生產(chǎn)出媲美進口的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品?!?/span>
南方電網(wǎng)超高壓公司副總經(jīng)理劉相槍表示:“我們的攻關團隊敢啃硬骨頭、敢接硬任務、敢挑重擔子,通過堅持不懈的努力,不斷取得新進展、新突破、新成效,這是我們‘胸懷大局、迎難而上、自立自強、永攀高峰’精神品質(zhì)的最好體現(xiàn)”。
據(jù)介紹,國產(chǎn)換流變壓器有載分接開關大的成功研制,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(jié)省費用近4000萬元,對提升西電東送主網(wǎng)架設備自主可控水平,帶動我國高端電工裝備產(chǎn)業(yè)鏈升級,以及保障我國能源電力供應的安全穩(wěn)定具有十分重要的意義