近日，在西电东送重点工程——溪洛渡右岸电站送电广东±500千伏同塔双回直流输电工程的受端从西换流站，随着现场运行人员发布操作指令，从西换流站交流场的刀闸开关慢慢合上，电流瞬间从千里之外的西部，奔向东部地区。这标志着我国自主研发的首台采用国产有载分接开关的换流变压器成功投运。
这是我国在高端电力装备研发方面取得的重大成果，我国在大容量有载分接开关领域实现了“从无到有，从有到优”的跨越式突破，高压直流输电系统“变速箱”实现了“中国制造”。
直流输电系统调压稳压的核心部件
我国东西部跨度上千公里，“西电东送”大都采用长距离、大容量、高电压的直流工程进行输电，工程送端和受端站点均要用到重达300多吨的换流变压器这种枢纽设备。而换流变压器其中的一个关键部件——有载分接开关，是直流输电系统调压稳压的核心部件，也是一个精密的机电设备。
“换流变压器有载分接开关好比汽车的自动‘变速箱’，电压调高调低，负荷调多调少，电流调大调小，都要通过它的档位来调节。”南方电网超高压公司生技部副总经理冯鸫形象地描述。
换流变压器有载分接开关有1000多个零部件，切换次数非常频繁，一年高达6000余次，一次切换包括9个过程，每次动作涉及到400多个零部件的精密配合，而且每个过程的时序配合为毫秒级，动作过程中涉及到电、热、力多场耦合作用，这种时序配合的精度可比拟机械手表。
“由于可靠性要求极高，制造难度极大，这项技术一直掌握在外国少数厂家手里。设备维修也受限于外国厂家，一旦发生故障，只能更换同型号的进口产品，订货周期需要3到4个月。”南方电网超高压公司广州局副总经理汪洋说，“近些年来，进口的换流变压器有载分接开关在运行中暴露出了机械开裂、绝缘劣化等问题，严重威胁着电网的安全运行。”
“产学研用”攻关团队实现全链条国产制造
为了攻克这个“卡脖子”难题，南方电网超高压公司组建了“产学研用”攻关团队，联合产业链上下游企业共同开展“大容量换流变压器用6000kVA有载分接开关”关键技术国产化攻关。
针对进口设备暴露出的绝缘裕度不足、材料选型不合理、电气设计不完善等问题，攻关团队重点从设备结构、可靠性等方面开展攻坚，自主开展精细化建模仿真和真型样机试验验证。
从200多万种可能的结构中选出36种，再优中选优，最终选出最简洁最平衡的有载分接开关拓扑结构。
“难度极大的是研发真空灭弧室，这是中高电压电力开关的核心部件。”南方电网超高压公司高级技术专家邓军回忆道，“研发之初，我们计划采用进口真空灭弧室，经过深入研究分析，还是决定联合国内领军企业自主研发真空灭弧室，尽管这路会很艰难。”
经过计算、仿真、对比，攻关团队开展了3000次性能检测、37万次负载切换、160万次机械寿命、900万次波纹管疲劳等试验，最终研发出了真空灭弧室。
真空灭弧室的成功研发极大地鼓舞了攻关团队，他们经过不懈努力，花了两年时间接连突破了设计、制造、试验和可靠应用一系列关键技术，成功研制出了我国首台额定容量6000千伏安(kVA)、最大电压6000伏特(V)、最大额定电流1300安培(A)的大容量换流变有载分接开关，实现了“原材料—组部件—整机”全链条的国产制造。
与同类进口产品相比，自主研发的换流变压器有载分接开关性能更优。国产换流变压器有载分接开关大的成功研制，将大幅减少工程建设投入，仅从设备成本方面估算，其可使新建一条特高压直流输电工程的费用节省近4000万元，对提升“西电东送”主网架设备自主可控水平，带动我国高端电工装备产业链升级，以及保障我国能源电力供应的安全稳定具有十分重要的意义。
转自：科技日报
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