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。
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)。”南方電網(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。”南方電網(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。”
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。
