我国首台±800kV特高压直流高速开关研制成功
[发布日期：2024/3/21]我国首台国产±800千伏直流高速开关于去年年底在南方电网柳州换流站挂网运行。这标志着我国特高压直流高速开关国产化关键技术取得重大突破，将进一步巩固了我国在直流输电领域的核心竞争力，对于推动国内直流输电技术发展，促进特高压直流装备产业升级，以及保障电力能源供应安全都具有十分重要的意义。
22个月攻克世界级难题
直流高速开关，是多端直流系统的关键设备，由近千个零部件组成，是十分精密的开关电气设备。在以往两端直流工程中，普遍采用常规的隔离开关。但在多端直流工程中，直流高速开关不可或缺。
“多端直流采用直流高速开关，可提升直流系统运行的灵活性与可靠性，相较于隔离开关开断时间极短。隔离开关动作一次时间约24秒，无法实现第三站点在线投退和故障线路快速隔离。”南方电网超高压公司电力科研院领军级技术专家兼攻关项目组成员张长虹说：“直流高速开关动作一次仅需21毫秒，在我们不经意的起心动念间早已经动作到位了。”
据了解，目前国内使用的±800kV直流高速开关完全依赖进口，这些进口的产品陆续出现了断口湿耐受绝缘不足、小直流电流开断能力较小、操动机构动作振动大、均压环电晕明显等问题，暴露出设备在绝缘裕度、机械传动链、电弧控制等方面不足。不仅维修成本高昂，而且维修时间也不可控，是多端直流工程建设“卡脖子”的设备之一。
为了解决这个“卡脖子”难题，南方电网超高压公司联合设备厂家、科研院所等科研力量，组建了横跨“产学研用”科研攻关团队，对特高压直流高速开关开展攻关。
“我们的目标是不仅要实现国产化，还要性能更优、更有竞争力。”南方电网公司超高压公司创新部副总经理兼攻关项目负责人吕金壮介绍，攻关团队系统分析了目前运行的高速直流开关运行工况，结合后续工程的通用性要求，对新研制的设备结构、尺寸、性能等提出了要求：性能指标全覆盖、现有工程可直接替代、给后续工程留有裕度。
吕金壮介绍，研发过程十分艰辛，不仅要重点攻克内外绝缘配合、机械传动链优化、直流小电流开断、长时直流燃弧耐受等性能提升的技术难题，还要克服研发基础薄弱、考核标准缺失、疫情反复等一系列困难和挑战。
攻关团队根据项目计划拟定了实施方案，制定了绝缘及开断性能、整体结构及设计定型、国产化样机研制等里程碑节点。经过团队22个月的连续奋战，攻克了灭弧室长时燃弧耐受能力、无振荡回路直流电流开断能力等世界级难题，最终成功研制出特高压直流高速开关设备样机并一次性通过全套试验验证。
再添强悍“电力引擎”
直流高速开关作为多端直流输电系统中的关键设备，安装于分支换流站内高压极母线上，可实现直流系统第三站在线投退及直流线路故障高速隔离，对提高整个直流系统的可靠性和利用率起着至关重要的作用。
此前由于国内缺乏±800千伏直流高速开关的制造技术和试验经验，该设备长期以来依赖于国外进口。±800千伏直流高速开关的研制成功，解决了特高压多端直流输电工程“卡脖子”难题，补齐我国产业链短板，提高了高端电工装备自主可控性，为我国特高压多端直流工程提供坚强可靠保障。
本次投入运行的首台国产特高压直流高速开关，在直流耐压、操作冲击、机械寿命次数、闭锁压力、雷电冲击、燃弧耐受电流、防护等级等10余项关键指标优于或大幅优于国外同类产品，同时依托该项目培育了21项核心专利。
特高压等级：±800千伏电压等级的HSS能够适用于特高压直流输电系统，满足远距离、大容量输电的需求；毫秒级反应：HSS以其50安/2千伏的直流空充电流开断能力，展现了在直流系统中第三站的在线投退实力。当直流线路出现故障，HSS能够在毫秒级别内迅速作出反应，进行高速隔离，从而极大地增强了整个直流系统的可靠性和运行效率，以及电力系统的稳定性和安全性。
集成综合监测系统：HSS集成了综合监测系统，能够实现多种状态的在线监测及评估，更方便运维人员进行设备监测和维护；高海拔适应性：HSS的绝缘性能满足2000米海拔使用要求，显示出其良好的绝缘性能，使得该产品能够适应高海拔地区的特殊环境要求。
HSS从产品研发到现场安装调试，均面临“时间紧、任务重”的挑战。为保障产品品质，实现“一次试验合格、一次带电成功、长期安全稳定运行”，专项攻关小组确保物资供应、一次性完成出厂试验和挂网工作顺利进行；定期召开专题策划会，高效推进生产进度；确定责任人，明确各环节要求，确保沟通顺畅、流程无阻。
提升直流领域话语权
中国在近些年的科技发展中走在了世界前列，特别是在能源领域得到了大量的投资和关注。特高压直流多段输电工程已经成为中国能源领域下一阶段发展的关键目标。这个新产品的成功研发，不仅提高我国直流高速开关设备的技术实力，也为国家在输电领域提供了最新且最前沿的技术支持。这也许也促进了我国能源方面的发展，并且这些科技进步也将对其他行业的发展产生深远的影响。
随着我国电力系统的不断发展和升级，对高端电力设备的需求将持续增长，此次成果将推动更多具有自主知识产权的先进电力设备问世，持续输出优质“国货”，为我国电力事业的繁荣发展注入新的活力。
据张长虹介绍，国内研制的±800kV直流高速开关实现了多项技术突破：在提升开关断口内、外绝缘裕度方面，首次设计出用于双断口灭弧室中间悬浮电位的球型屏蔽结构，将电场强度降低70%，绝缘性能提高至1224kV/1h。在直流小电流开断能力方面，研制出了一种无辅助电路、直接开断直流小电流的灭弧室，开断小直流性能为50A/2kV，相较进口产品大幅提升。在提升长时直流燃弧耐受性能方面，满足4000A/400ms烧蚀5次能力要求，较进口产品提升30%。
以中科院陈维江院士和工程院邱爱慈院士领衔的产品技术鉴定专家组一致认为：国内首台±800kV直流高速开关，填补了国内特高压多端直流工程用±800kV直流高速开关空白，提高了高端电工装备自主可控性。
“±800kV直流高速开关的成功研制，摆脱了国外技术封锁，实现了特高压直流高速开关国产化关键技术突破，提升了公司在该领域的话语权和影响力，巩固了公司直流领域核心竞争力，为国内高压直流装备产业升级积累了宝贵的经验。”南方电网公司超高压公司副总经理刘相枪说：“这是公司实现科技自立自强道路上的里程碑事件，后续将围绕先进电工材料及新型装备、大规模新能源直流送出工程安全稳定运行等关键领域，持续布局战略性、引领性技术创新。”
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