±500千伏溪洛渡直流工程從西換流站。 李品 攝

11月27日，在南方電網公司西電東送重點工程——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，隨著現場運行人員操作指令發布，從西換流站交流場的刀閘開關慢慢合上，電流瞬間從千里之外的西部，源源不斷地奔向東部地區。這標志著我國自主研發的首臺采用國產有載分接開關的換流變壓器成功投運。
這是我國在高端電力裝備研發方面取得的重大成果，我國在大容量有載分接開關領域實現了“從無到有，從有到優”的跨越式突破，高壓直流輸電系統“變速箱”實現了中國制造。
時序配合精度堪比機械手表
關鍵設備技術長期受制于人
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行輸電，工程送端和受端站點均要用到重達300多噸的換流變壓器這種樞紐設備。而換流變壓器有一個關鍵的部件就是有載分接開關，它是直流輸電系統調壓穩壓的核心部件，也是一個非常精密的機電設備。
“換流變壓器有載分接開關好比汽車的自動‘變速箱’，電壓調高調低，負荷調多調少，電流調大調小，都要通過它的檔位來調節。”超高壓公司生技部副總經理馮鶇說。
據介紹，換流變壓器有載分接開關有1000多個零部件，切換次數非常頻繁，一年高達6000余次，一次切換包括9個過程，每次動作涉及到400多個零部件的精密配合，而且每個過程的時序配合為毫秒級，動作過程中涉及到電、熱、力多場耦合作用，這種時序配合的精度可比擬機械手表。
“由于可靠性要求極高，制造難度極大，這項技術一直掌握在國外少數廠家手里。設備維修也受限于國外廠家，一旦發生故障，只能更換同型號的進口產品，訂貨周期需要3—4個月。”超高壓公司廣州局副總經理汪洋說，“近些年，進口的換流變壓器有載分接開關在運行中暴露出了機械開裂、絕緣劣化等重大問題，嚴重威脅著電網的安全運行。”
實現全鏈條國產制造
一個特高壓工程可節省近4000萬元
為了攻克這個“卡脖子”難題，超高壓公司組建了“產學研用”攻關團隊，聯合產業鏈上下游企業共同開展“大容量換流變壓器用6000千伏安有載分接開關”關鍵技術國產化攻關。
面對重重困難，攻關團隊做好了充足準備。超高壓公司高級技術專家鄧軍介紹，攻關團隊結合多年運維經驗，針對進口設備暴露出的絕緣裕度不足、材料選型不合理、電氣設計不完善等問題，自主開展精細化建模仿真和真型樣機試驗驗證，逐個攻克難題。
攻關團隊重點從設備結構、可靠性等方面開展攻堅，從200多萬種可能的結構中選出36種，再優中選優，最終選出最簡潔最平衡的有載分接開關拓撲結構。
“核心器件研發過程中，難度極大的是真空滅弧室，這是中高電壓電力開關的核心部件。”鄧軍回憶，研發之初，攻關團隊計劃采用有成熟應用經驗的進口真空滅弧室，但經過深入研究分析，還是決定聯合國內領軍企業自主研發真空滅弧室。“既然要做成世界領先，那就所有東西都要領先。”鄧軍說。經過計算、仿真、對比，他們開展了3000次性能檢測、37萬次負載切換、160萬次機械壽命、900萬次波紋管疲勞等試驗，最終研發出了真空滅弧室。
經過兩年堅持不懈的努力，攻關團隊突破了設計、制造、試驗和可靠應用一系列關鍵技術，成功研制出了我國首臺額定容量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，實現了“原材料—組部件—整機”全鏈條的國產制造。
“與同類進口的產品相比，國產的換流變壓器有載分接開關結構更合理、選材更優良、指標更優異，在現行IEC和國家標準基礎上提高了2項試驗考核指標，新增了1項性能驗證和3項性能摸底試驗。”超高壓公司創新部副總經理陳歡說，經行業權威機構鑒定取得國際領先評價，打破了西方企業的技術壟斷，不僅實現了國產化，并且達到了性能更優。
據介紹，國產換流變壓器有載分接開關大的成功研制，將大幅減少工程建設投入，僅從設備成本方面估算，新建一條特高壓直流輸電工程可以節省費用近4000萬元，對提升西電東送主網架設備自主可控水平，帶動我國高端電工裝備產業鏈升級，以及保障我國能源供應的安全穩定具有十分重要的意義。 （李品）