±500千伏溪洛渡直流工程從西換流站。 李品 攝

11月27日，在南方電網(wǎng)公司西電東送重點(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)場運(yùn)行人員操作指令發(fā)布，從西換流站交流場的刀閘開關(guān)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)。這標(biāo)志著我國自主研發(fā)的首臺(tái)采用國產(chǎn)有載分接開關(guān)的換流變壓器成功投運(yùn)。
這是我國在高端電力裝備研發(fā)方面取得的重大成果，我國在大容量有載分接開關(guān)領(lǐng)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(shí)現(xiàn)了中國制造。
時(shí)序配合精度堪比機(jī)械手表
關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)長期受制于人
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(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。而換流變壓器有一個(gè)關(guān)鍵的部件就是有載分接開關(guān)，它是直流輸電系統(tǒng)調(diào)壓穩(wěn)壓的核心部件，也是一個(gè)非常精密的機(jī)電設(shè)備。
“換流變壓器有載分接開關(guān)好比汽車的自動(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，都要通過它的檔位來調(diào)節(jié)。”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(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)過程的時(shí)序配合為毫秒級(jí)，動(dòng)作過程中涉及到電、熱、力多場耦合作用，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)一直掌握在國外少數(shù)廠家手里。設(shè)備維修也受限于國外廠家，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—4個(gè)月。”超高壓公司廣州局副總經(jīng)理汪洋說，“近些年，進(jìn)口的換流變壓器有載分接開關(guān)在運(yùn)行中暴露出了機(jī)械開裂、絕緣劣化等重大問題，嚴(yán)重威脅著電網(wǎng)的安全運(yùn)行?！?br /> 實(shí)現(xiàn)全鏈條國產(chǎn)制造
一個(gè)特高壓工程可節(jié)省近4000萬元
為了攻克這個(gè)“卡脖子”難題，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)共同開展“大容量換流變壓器用6000千伏安有載分接開關(guān)”關(guān)鍵技術(shù)國產(chǎn)化攻關(guān)。
面對(duì)重重困難，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)做好了充足準(zhǔn)備。超高壓公司高級(jí)技術(shù)專家鄧軍介紹，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)結(jié)合多年運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，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)不完善等問題，自主開展精細(xì)化建模仿真和真型樣機(jī)試驗(yàn)驗(yàn)證，逐個(gè)攻克難題。
攻關(guān)團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)從設(shè)備結(jié)構(gòu)、可靠性等方面開展攻堅(jiān)，從200多萬種可能的結(jié)構(gòu)中選出36種，再優(yōu)中選優(yōu)，最終選出最簡潔最平衡的有載分接開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
“核心器件研發(fā)過程中，難度極大的是真空滅弧室，這是中高電壓電力開關(guān)的核心部件。”鄧軍回憶，研發(fā)之初，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)計(jì)劃采用有成熟應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的進(jìn)口真空滅弧室，但經(jīng)過深入研究分析，還是決定聯(lián)合國內(nèi)領(lǐng)軍企業(yè)自主研發(fā)真空滅弧室?！凹热灰龀墒澜珙I(lǐng)先，那就所有東西都要領(lǐng)先?！编囓娬f。經(jīng)過計(jì)算、仿真、對(duì)比，他們開展了3000次性能檢測、37萬次負(fù)載切換、160萬次機(jī)械壽命、900萬次波紋管疲勞等試驗(yàn)，最終研發(fā)出了真空滅弧室。
經(jīng)過兩年堅(jiān)持不懈的努力，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)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)，成功研制出了我國首臺(tái)額定容量6000千伏安、最大電壓6000伏、最大額定電流1300安的大容量換流變有載分接開關(guān)，實(shí)現(xiàn)了“原材料—組部件—整機(jī)”全鏈條的國產(chǎn)制造。
“與同類進(jìn)口的產(chǎn)品相比，國產(chǎn)的換流變壓器有載分接開關(guān)結(jié)構(gòu)更合理、選材更優(yōu)良、指標(biāo)更優(yōu)異，在現(xiàn)行IEC和國家標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上提高了2項(xiàng)試驗(yàn)考核指標(biāo)，新增了1項(xiàng)性能驗(yàn)證和3項(xiàng)性能摸底試驗(yàn)?！背邏汗緞?chuàng)新部副總經(jīng)理陳歡說，經(jīng)行業(yè)權(quán)威機(jī)構(gòu)鑒定取得國際領(lǐng)先評(píng)價(jià)，打破了西方企業(yè)的技術(shù)壟斷，不僅實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，并且達(dá)到了性能更優(yōu)。
據(jù)介紹，國產(chǎn)換流變壓器有載分接開關(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，新建一條特高壓直流輸電工程可以節(jié)省費(fèi)用近4000萬元，對(duì)提升西電東送主網(wǎng)架設(shè)備自主可控水平，帶動(dòng)我國高端電工裝備產(chǎn)業(yè)鏈升級(jí)，以及保障我國能源供應(yīng)的安全穩(wěn)定具有十分重要的意義。 （李品）