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:
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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(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)技術是解決新能源并網(wǎng)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(wǎng)的關鍵設備,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(wǎng)發(fā)展的主要瓶頸之一。
未雨綢繆
作為國內(nèi)直流輸電技術的引領者,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(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(wǎng)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(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(xiàn)創(chuàng)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(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。
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(huán)節(jié),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(jīng)濟性等指標比對分析,最終選擇出一種最優(yōu)的拓撲結構形式。
研發(fā)的目標是明確的,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(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”,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)的引領之旗,更是“中國創(chuàng)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(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(guī)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(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(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(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?!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(jiān)測大屏幕中15千安故障電流被精準地在3毫秒內(nèi)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(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(wǎng)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(chǎn)權高壓直流輸電成套裝備的產(chǎn)品結構更加合理、更加完善,為我國直流輸電網(wǎng)絡的互聯(lián)、可再生能源的高效傳輸與利用提供技術支撐。