近日，中国电气装备所属中国西电西开电气（以下简称“西开电气”）自主研发的800kV/80kA/8000A GIS设备在西安高压电器研究院成功通过全部型式试验，标志着国际首台高参数、高可靠性、高互换性大容量800kV GIS设备研制成功，为我国在大容量GIS等核心技术领域不断创新奠定坚实基础，是推动我国电力装备制造业由“跟跑”向“并跑”乃至“领跑”跨越的重要实践。800kV GIS家族迎来又一次重大技术突破，充分彰显集团公司勇攀科技高峰，努力攻克行业“卡脖子”难题的担当与责任。
我国电网规模不断扩大，国内诸多变电站都相继出现短路电流超标或即将超标的问题，而随着新能源电力的接入及直流配套工程的投运，这一问题变得愈发严重，成为电网安全稳定运行的重大课题。西北电网作为清洁能源外送的核心枢纽，对输送能力及安全稳定运行水平的要求越来高，导致越来越多的750kV站点短路电流已超过63kA，750kV电网系统失稳乃至大面积停电等安全风险日益突出，严重威胁750kV电力系统的安全稳定运行，亟需研发具有自主知识产权的800kV/80kA GIS设备。同时，新型电网的发展也对800kV大容量 GIS设备研发提出更高要求。
随着750kV电网短路电流与额定电流的增加，常规63kA/6300A产品越来越难以满足电网的发展需求，用户迫切需要更高参数、更大容量的GIS设备。西北网750kV站点是能源外送的核心枢纽，对绝缘、机械、通流、动热及开断等可靠性都提出更高要求。为解决原有750kV站点短路电流超标问题，用户迫切要求在提升参数的同时，又不改变接口尺寸及原有地基等要素。
参数的提高带来一系列需要克服的挑战，诸如在断路器进行T100a延长大半波开断时，时间常数为120ms，其半波持续时间可达15.3ms，短路电流峰值可达188kA；而在进行隔离开关高参数母转试验时，其转换电流高达400A，转换电压高达625V，开合次数为100次，同时要求经过强烈的电弧烧蚀后断口间绝缘强度不下降。在如此高的电流情况下，零件耐烧蚀性问题及成功通过试验问题成为研发的难点与关键点。同时，为提高产品的开断能力和母转能力，常规做法是提高速度与操作功及增大尺寸，但速度与操作功的提高意味着可靠性的降低与振动的增加，与用户高可靠性要求矛盾。而尺寸的增加不仅意味着新建站占地面积增加，更意味着现存站升级改造困难，与用户高互换性要求矛盾。这就造成在满足“三高”要求下800kV大容量GIS设备自主研发难度极大，国内外也无同类型产品。
2024年1月，西开电气决定集中优势资源，自主研发800kV/80kA/8000A GIS设备。为解决产品高参数、高可靠性与高互换性难题，公司提前部署、多部门通力协作，采用新一代技术方案，经过不断的摸索和试验，最终克服重重技术难关，取得产品型式试验的成功。
该产品额定电压为800kV，额定电流为8000A，短时耐受电流为80kA 3s、峰值耐受电流为216kA。断路器具备高参数短路开断能力：开断电流为80kA、时间常数为120ms。隔离开关具备高参数母线转换电流开合能力：转换电流为4000A、转换电压625V、开合次数100次。快速接地开关具备超C类开合能力：电磁感应为800A/70kV、静电感应为150A/180kV，同时还具备216kA高压故障电流关合能力。
在电气可靠性方面，产品具备3000m高海拔绝缘能力，断路器达到E2-C2级标准规定的最高参数。在新产品设计过程中，通过优化结构和强化异物工艺控制，进一步提升产品的绝缘性能。
在机械可靠性方面，产品达到M2级机械寿命要求。隔离开关与接地开关操作功与常规63kA产品保持一致。断路器采用新一代灭弧原理，双断口布置，其操作功是常规63kA产品的60%，是目前已知所有800kV断路器（包括常规产品）中操作功最小的。操作功的减少或不变，一方面使得机械可靠性明显提高，另一方面减少了振动冲击，对核心部件的绝缘可靠性提升也较为有利，而安装地基也无需进一步加强。
800kV/80kA/8000A 大容量GIS产品接口尺寸、整体外形尺寸与地基尺寸与该公司现有63kA产品保持一致，套管、接地开关、母线等核心零件尺寸与常规产品保持完全相同，这不仅保证了现存GIS站在不动地基的前提下实现原位增容改造，同时也为后续工程扩建提供了极大便利。
国际首台大容量800kV/80kA/8000A GIS设备的成功研制填补了国内空白，实现我国大容量开关设备的国产化，为开关设备的自主研发积累丰富的技术与经验。项目团队在产品研发过程中引入可预测性仿真技术，可预测性仿真是指产品设计阶段，在虚拟状态下提前对各种性能做出准确仿真与预测，形成“设计-仿真-优化”的闭环，实现仿真有效指导产品设计0到1的突破。利用可预测性仿真技术，提前对该产品中涉及的绝缘性能、机械性能、开断性能及温升性能进行仿真优化，实现产品设计由“经验迭代”向“可预测性”的转变，达到“试验即成功”的目标，大幅缩短大容量产品的研发周期。（记者 孙静 通讯员 全欢）
转自：中国工业报
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