國(guó)內(nèi)首臺(tái)采用國(guó)產(chǎn)有載分接開(kāi)關(guān)的換流變壓器安裝現(xiàn)場(chǎng)李婧爾攝

近日，在西電東送重點(diǎn)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，隨著現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員發(fā)布操作指令，從西換流站交流場(chǎng)的刀閘開(kāi)關(guān)慢慢合上，電流瞬間從千里之外的西部，奔向東部地區(qū)。這標(biāo)志著我國(guó)自主研發(fā)的首臺(tái)采用國(guó)產(chǎn)有載分接開(kāi)關(guān)的換流變壓器成功投運(yùn)。

這是我國(guó)在高端電力裝備研發(fā)方面取得的重大成果，我國(guó)在大容量有載分接開(kāi)關(guān)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了“從無(wú)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(shí)現(xiàn)了“中國(guó)制造”。

直流輸電系統(tǒng)調(diào)壓穩(wěn)壓的核心部件

我國(guó)東西部跨度上千公里，“西電東送”大都采用長(zhǎng)距離、大容量、高電壓的直流工程進(jìn)行輸電，工程送端和受端站點(diǎn)均要用到重達(dá)300多噸的換流變壓器這種樞紐設(shè)備。而換流變壓器其中的一個(gè)關(guān)鍵部件——有載分接開(kāi)關(guān)，是直流輸電系統(tǒng)調(diào)壓穩(wěn)壓的核心部件，也是一個(gè)精密的機(jī)電設(shè)備。

“換流變壓器有載分接開(kāi)關(guān)好比汽車(chē)的自動(dòng)‘變速箱’，電壓調(diào)高調(diào)低，負(fù)荷調(diào)多調(diào)少，電流調(diào)大調(diào)小，都要通過(guò)它的檔位來(lái)調(diào)節(jié)。”南方電網(wǎng)超高壓公司生技部副總經(jīng)理馮鶇形象地描述。

換流變壓器有載分接開(kāi)關(guān)有1000多個(gè)零部件，切換次數(shù)非常頻繁，一年高達(dá)6000余次，一次切換包括9個(gè)過(guò)程，每次動(dòng)作涉及到400多個(gè)零部件的精密配合，而且每個(gè)過(guò)程的時(shí)序配合為毫秒級(jí)，動(dòng)作過(guò)程中涉及到電、熱、力多場(chǎng)耦合作用，這種時(shí)序配合的精度可比擬機(jī)械手表。

“由于可靠性要求極高，制造難度極大，這項(xiàng)技術(shù)一直掌握在外國(guó)少數(shù)廠家手里。設(shè)備維修也受限于外國(guó)廠家，一旦發(fā)生故障，只能更換同型號(hào)的進(jìn)口產(chǎn)品，訂貨周期需要3到4個(gè)月。”南方電網(wǎng)超高壓公司廣州局副總經(jīng)理汪洋說(shuō)，“近些年來(lái)，進(jìn)口的換流變壓器有載分接開(kāi)關(guān)在運(yùn)行中暴露出了機(jī)械開(kāi)裂、絕緣劣化等問(wèn)題，嚴(yán)重威脅著電網(wǎng)的安全運(yùn)行。”

“產(chǎn)學(xué)研用”攻關(guān)團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)全鏈條國(guó)產(chǎn)制造

為了攻克這個(gè)“卡脖子”難題，南方電網(wǎng)超高壓公司組建了“產(chǎn)學(xué)研用”攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)共同開(kāi)展“大容量換流變壓器用6000kVA有載分接開(kāi)關(guān)”關(guān)鍵技術(shù)國(guó)產(chǎn)化攻關(guān)。

針對(duì)進(jìn)口設(shè)備暴露出的絕緣裕度不足、材料選型不合理、電氣設(shè)計(jì)不完善等問(wèn)題，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)從設(shè)備結(jié)構(gòu)、可靠性等方面開(kāi)展攻堅(jiān)，自主開(kāi)展精細(xì)化建模仿真和真型樣機(jī)試驗(yàn)驗(yàn)證。

從200多萬(wàn)種可能的結(jié)構(gòu)中選出36種，再優(yōu)中選優(yōu)，最終選出最簡(jiǎn)潔最平衡的有載分接開(kāi)關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

“難度極大的是研發(fā)真空滅弧室，這是中高電壓電力開(kāi)關(guān)的核心部件。”南方電網(wǎng)超高壓公司高級(jí)技術(shù)專(zhuān)家鄧軍回憶道，“研發(fā)之初，我們計(jì)劃采用進(jìn)口真空滅弧室，經(jīng)過(guò)深入研究分析，還是決定聯(lián)合國(guó)內(nèi)領(lǐng)軍企業(yè)自主研發(fā)真空滅弧室，盡管這路會(huì)很艱難。”

經(jīng)過(guò)計(jì)算、仿真、對(duì)比，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了3000次性能檢測(cè)、37萬(wàn)次負(fù)載切換、160萬(wàn)次機(jī)械壽命、900萬(wàn)次波紋管疲勞等試驗(yàn)，最終研發(fā)出了真空滅弧室。

真空滅弧室的成功研發(fā)極大地鼓舞了攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，他們經(jīng)過(guò)不懈努力，花了兩年時(shí)間接連突破了設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和可靠應(yīng)用一系列關(guān)鍵技術(shù)，成功研制出了我國(guó)首臺(tái)額定容量6000千伏安(kVA)、最大電壓6000伏特(V)、最大額定電流1300安培(A)的大容量換流變有載分接開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)了“原材料—組部件—整機(jī)”全鏈條的國(guó)產(chǎn)制造。

與同類(lèi)進(jìn)口產(chǎn)品相比，自主研發(fā)的換流變壓器有載分接開(kāi)關(guān)性能更優(yōu)。國(guó)產(chǎn)換流變壓器有載分接開(kāi)關(guān)大的成功研制，將大幅減少工程建設(shè)投入，僅從設(shè)備成本方面估算，其可使新建一條特高壓直流輸電工程的費(fèi)用節(jié)省近4000萬(wàn)元，對(duì)提升“西電東送”主網(wǎng)架設(shè)備自主可控水平，帶動(dòng)我國(guó)高端電工裝備產(chǎn)業(yè)鏈升級(jí)，以及保障我國(guó)能源電力供應(yīng)的安全穩(wěn)定具有十分重要的意義。