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世界首台200千伏高压直流断路器通过鉴定
作者:   来源:    时间:2015-08-06 00:00:00    字体:[大] [中] [小]
        近日,国网智能电网研究院研制的世界首台200千伏高压直流断路器顺利通过中国电机工程学会技术成果鉴定。

  该断路器额定工作电流2千安,分断电流15千安,分断时间3毫秒,整体技术达到国际领先水平。该项成果的取得不仅填补了我国在高压直流断路器领域的空白,同时也标志着我国在智能电网高端装备方面再一次走在了世界前列。

  基于柔性直流的多端直流输电和直流电网技术是解决新能源并网和消纳问题的有效技术手段之一,而高压直流断路器是构建直流电网的关键设备,对直流输电系统和直流电网的安全可靠运行有着极其重要的作用。

  但一直以来,在高电压、大电流条件下,如何解决直流电流无自然过零点而难以开断、直流短路电流上升速度快要求其数毫秒内开断等问题,困扰着国内外学术界和工程界,被誉为电力技术领域的百年难题,也是制约我国直流电网发展的主要瓶颈之一。

  未雨绸缪

  作为国内直流输电技术的引领者,国网智研院长期遵循可持续创新发展战略。早在2010年,该院便将目光投向了高压直流断路器这一在国际上尚属全新的领域,组建了由18人构成的高压直流断路器攻关团队。

  团队采用高效的闭环反馈科研管理模式,仅用不到两年便掌握了快速直流分断的基础理论及核心原理,形成多达100多份技术报告和20多项相关专利。团队的努力和成果很快便得到了国家电网公司的高度关注和支持。2012年10月,“高压直流断路器关键技术研究及样机研制”作为公司重大科技专项正式立项。虽然前期准备得很全面,但高标准的参数需求仍然让团队成员隐约感觉到这将是一块极难啃的硬骨头。

  谋定而动

  2012年11月,“高压直流断路器关键技术研究及样机研制”项目正式启动,在启动会上,成员们既兴奋又紧张。兴奋的是马上要在同一起跑线与世界各先进机构竞争;紧张的是既要实现创新突破,又要完成技术超越,可留给成员们的时间却只有短短的两年。

  “新”即需“稳”,“超”则求“快”,如何在一稳一快之间寻找出最佳的工作模式,无疑是摆在团队面前的首要难题。国网智研院因时而变、因事而变,创新性地将员工思想管理与科技项目管理有机地融合在一起,以此来提高团队的执行效率。通过这种方式,团队平稳地推进项目建设。

  拓扑结构设计是断路器研制周期中最基础也最为重要的环节,为了设计和选择一种最高效可靠的断路器拓扑结构,团队展开“头脑风暴”,设计并提出了10余种可行性方案,之后,团队通过对各方案的可靠性、工程性、经济性等指标比对分析,最终选择出一种最优的拓扑结构形式。

  研发的目标是明确的,但过程却是艰辛的。一组组参数的微调,一个个模型的修改,近乎偏执地把握细节,就是为了让仿真结果更加精确;一只只器件的测试,一行行代码的斟酌,不厌其烦地迭代修改,就是为了让设计方案更加完美;一件件零件的优化,一张张图纸的评审,精益求精地优化完善,就是为了让工程样机更加可靠。

  方案推倒了再重来,设计否定了再更新。在项目最艰难的样机研制阶段,繁重的组装和调试工作让每个人都濒临身体和心理上的极限。

  “坚持创造、不断引领”,不知何时何人,在组装调试大厅的墙上贴了这样一句话。大家看了都会心一笑,因为大家心里清楚,在自己手上推进的不仅仅是一套装备,更是一面旗帜,是未来直流电网的引领之旗,更是“中国创造”这幅巨作的一个缩影。

  攻关团队这个强大的科研引擎再一次高速运转起来。深夜12时、1时、2时,纪录被一次次刷新。成员们对这种工作状态戏称道:“我们这是先下班后上班。”凭着这股动力,2014年10月,团队终于搭建完成了200千伏高压直流断路器样机。

  当断则断

  高压直流断路器的等效试验方法是摆在团队成员面前的另一个难题。由于没有标准规范可以参考,队员只有开辟一条全新的试验技术路线。为确保试验的等效性,团队进行了多达两百多次的原理试验。在多位院士专家的帮助下,创新性地提出了适用于高压直流断路器的合成等效试验方法。

  进入紧张的试验阶段,团队骨干们虽然有丰富的高压大电流产品试验经验,但是仍然不敢掉以轻心,就像在为断路器进行体检一般,反复交替检查试验接线是否正确、是否有工具零件遗落在断路器设备中。

  为了摸清设备的性能边际,团队开展了数百次不同条件的分断试验。而这些试验难就难在既不能破坏设备,同时又要尽可能地暴露设备极限能力。大家都戏称这是在“玩心跳、走钢丝”。1千安、2千安、5千安、10千安……随着试验进程的稳步推进,故障电流分断水平也在不断提高。

  2014 年11月25日,在国家电网电力系统电力电子实验室高压试验大厅里,每个人都神情紧张地注视着显示器。“分断倒计时!三、二、一!砰!”随着断路器中机械开关的动作声,监测大屏幕中15千安故障电流被精准地在3毫秒内分断,标志着项目研制的200千伏高压直流断路器成功通过了型试试验。

  欢呼声回荡在试验大厅中,在冰冷的冬夜里显得格外的欢畅。

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  高压直流断路器知多少?

  直流断路器具有超一流的限流性能,能准确保护继电保护、自动装置免受过载、短路等故障危害。国网智研院研制出的世界首台200千伏高压直流断路器,3毫秒内可开断高达15千安的故障电流,其分断速度比人类眨眼的瞬间还要快100倍,设计参数超越了国际跨国公司ABB的样机(80千伏/8.5千安/5毫秒)和 ALSTOM的样机(120千伏/5.2千安/5.5毫秒)。

  高压直流断路器关键技术和样机研制的成功突破,进一步巩固了公司在高压直流断路器领域的技术领先地位,为我国坚强智能电网建设提供了坚实的技术和高端装备支撑,使我国具有自主知识产权高压直流输电成套装备的产品结构更加合理、更加完善,为我国直流输电网络的互联、可再生能源的高效传输与利用提供技术支撑。
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