世界首臺(tái)200千伏高壓直流斷路器通過(guò)鑒定
作者： 來(lái)源： 時(shí)間：2021-11-01 00:00:00 字體：
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近日，國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院研制的世界首臺(tái)200千伏高壓直流斷路器順利通過(guò)中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)技術(shù)成果鑒定。
該斷路器額定工作電流2千安，分?jǐn)嚯娏?5千安，分?jǐn)鄷r(shí)間3毫秒，整體技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。該項(xiàng)成果的取得不僅填補(bǔ)了我國(guó)在高壓直流斷路器領(lǐng)域的空白，同時(shí)也標(biāo)志著我國(guó)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(shù)是解決新能源并網(wǎng)和消納問(wèn)題的有效技術(shù)手段之一，而高壓直流斷路器是構(gòu)建直流電網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備，對(duì)直流輸電系統(tǒng)和直流電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行有著極其重要的作用。
但一直以來(lái)，在高電壓、大電流條件下，如何解決直流電流無(wú)自然過(guò)零點(diǎn)而難以開(kāi)斷、直流短路電流上升速度快要求其數(shù)毫秒內(nèi)開(kāi)斷等問(wèn)題，困擾著國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工程界，被譽(yù)為電力技術(shù)領(lǐng)域的百年難題，也是制約我國(guó)直流電網(wǎng)發(fā)展的主要瓶頸之一。
未雨綢繆
作為國(guó)內(nèi)直流輸電技術(shù)的引領(lǐng)者，國(guó)網(wǎng)智研院長(zhǎng)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(guó)際上尚屬全新的領(lǐng)域，組建了由18人構(gòu)成的高壓直流斷路器攻關(guān)團(tuán)隊(duì)。
團(tuán)隊(duì)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?jǐn)嗟幕A(chǔ)理論及核心原理，形成多達(dá)100多份技術(shù)報(bào)告和20多項(xiàng)相關(guān)專(zhuān)利。團(tuán)隊(duì)的努力和成果很快便得到了國(guó)家電網(wǎng)公司的高度關(guān)注和支持。2012年10月，“高壓直流斷路器關(guān)鍵技術(shù)研究及樣機(jī)研制”作為公司重大科技專(zhuān)項(xiàng)正式立項(xiàng)。雖然前期準(zhǔn)備得很全面，但高標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)需求仍然讓團(tuán)隊(duì)成員隱約感覺(jué)到這將是一塊極難啃的硬骨頭。
謀定而動(dòng)
2012年11月，“高壓直流斷路器關(guān)鍵技術(shù)研究及樣機(jī)研制”項(xiàng)目正式啟動(dòng)，在啟動(dòng)會(huì)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(jìn)機(jī)構(gòu)競(jìng)爭(zhēng);緊張的是既要實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新突破，又要完成技術(shù)超越，可留給成員們的時(shí)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(wú)疑是擺在團(tuán)隊(duì)面前的首要難題。國(guó)網(wǎng)智研院因時(shí)而變、因事而變，創(chuàng)新性地將員工思想管理與科技項(xiàng)目管理有機(jī)地融合在一起，以此來(lái)提高團(tuán)隊(duì)的執(zhí)行效率。通過(guò)這種方式，團(tuán)隊(duì)平穩(wěn)地推進(jìn)項(xiàng)目建設(shè)。
拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是斷路器研制周期中最基礎(chǔ)也最為重要的環(huán)節(jié)，為了設(shè)計(jì)和選擇一種最高效可靠的斷路器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，團(tuán)隊(duì)展開(kāi)“頭腦風(fēng)暴”，設(shè)計(jì)并提出了10余種可行性方案，之后，團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)各方案的可靠性、工程性、經(jīng)濟(jì)性等指標(biāo)比對(duì)分析，最終選擇出一種最優(yōu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式。
研發(fā)的目標(biāo)是明確的，但過(guò)程卻是艱辛的。一組組參數(shù)的微調(diào)，一個(gè)個(gè)模型的修改，近乎偏執(zhí)地把握細(xì)節(jié)，就是為了讓仿真結(jié)果更加精確;一只只器件的測(cè)試，一行行代碼的斟酌，不厭其煩地迭代修改，就是為了讓設(shè)計(jì)方案更加完美;一件件零件的優(yōu)化，一張張圖紙的評(píng)審，精益求精地優(yōu)化完善，就是為了讓工程樣機(jī)更加可靠。
方案推倒了再重來(lái)，設(shè)計(jì)否定了再更新。在項(xiàng)目最艱難的樣機(jī)研制階段，繁重的組裝和調(diào)試工作讓每個(gè)人都瀕臨身體和心理上的極限。
“堅(jiān)持創(chuàng)造、不斷引領(lǐng)”，不知何時(shí)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(huì)心一笑，因?yàn)榇蠹倚睦锴宄谧约菏稚贤七M(jìn)的不僅僅是一套裝備，更是一面旗幟，是未來(lái)直流電網(wǎng)的引領(lǐng)之旗，更是“中國(guó)創(chuàng)造”這幅巨作的一個(gè)縮影。
攻關(guān)團(tuán)隊(duì)這個(gè)強(qiáng)大的科研引擎再一次高速運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)。深夜12時(shí)、1時(shí)、2時(shí)，紀(jì)錄被一次次刷新。成員們對(duì)這種工作狀態(tài)戲稱(chēng)道：“我們這是先下班后上班。”憑著這股動(dòng)力，2014年10月，團(tuán)隊(duì)終于搭建完成了200千伏高壓直流斷路器樣機(jī)。
當(dāng)斷則斷
高壓直流斷路器的等效試驗(yàn)方法是擺在團(tuán)隊(duì)成員面前的另一個(gè)難題。由于沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范可以參考，隊(duì)員只有開(kāi)辟一條全新的試驗(yàn)技術(shù)路線。為確保試驗(yàn)的等效性，團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了多達(dá)兩百多次的原理試驗(yàn)。在多位院士專(zhuān)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(yàn)方法。
進(jìn)入緊張的試驗(yàn)階段，團(tuán)隊(duì)骨干們雖然有豐富的高壓大電流產(chǎn)品試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，但是仍然不敢掉以輕心，就像在為斷路器進(jìn)行體檢一般，反復(fù)交替檢查試驗(yàn)接線是否正確、是否有工具零件遺落在斷路器設(shè)備中。
為了摸清設(shè)備的性能邊際，團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了數(shù)百次不同條件的分?jǐn)嘣囼?yàn)。而這些試驗(yàn)難就難在既不能破壞設(shè)備，同時(shí)又要盡可能地暴露設(shè)備極限能力。大家都戲稱(chēng)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(yàn)進(jìn)程的穩(wěn)步推進(jìn)，故障電流分?jǐn)嗨揭苍诓粩嗵岣摺?br />
2014 年11月25日，在國(guó)家電網(wǎng)電力系統(tǒng)電力電子實(shí)驗(yàn)室高壓試驗(yàn)大廳里，每個(gè)人都神情緊張地注視著顯示器。“分?jǐn)嗟褂?jì)時(shí)!三、二、一!砰!”隨著斷路器中機(jī)械開(kāi)關(guān)的動(dòng)作聲，監(jiān)測(cè)大屏幕中15千安故障電流被精準(zhǔn)地在3毫秒內(nèi)分?jǐn)?，?biāo)志著項(xiàng)目研制的200千伏高壓直流斷路器成功通過(guò)了型試試驗(yàn)。
歡呼聲回蕩在試驗(yàn)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(zhǔn)確保護(hù)繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置免受過(guò)載、短路等故障危害。國(guó)網(wǎng)智研院研制出的世界首臺(tái)200千伏高壓直流斷路器，3毫秒內(nèi)可開(kāi)斷高達(dá)15千安的故障電流，其分?jǐn)嗨俣缺热祟?lèi)眨眼的瞬間還要快100倍，設(shè)計(jì)參數(shù)超越了國(guó)際跨國(guó)公司ABB的樣機(jī)(80千伏/8.5千安/5毫秒)和 ALSTOM的樣機(jī)(120千伏/5.2千安/5.5毫秒)。
高壓直流斷路器關(guān)鍵技術(shù)和樣機(jī)研制的成功突破，進(jìn)一步鞏固了公司在高壓直流斷路器領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)先地位，為我國(guó)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)和高端裝備支撐，使我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)高壓直流輸電成套裝備的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更加合理、更加完善，為我國(guó)直流輸電網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)、可再生能源的高效傳輸與利用提供技術(shù)支撐。
