文章來源：中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司 發(fā)布時間：2021-06-29
一聲巨響，一道弧光。廣州城南夏日的寧靜被打破。
弧光劃破天際處，連著一條高壓電線。數(shù)十千安的電流沖擊下，這條500千伏的線路仍安然無恙。廣東電網(wǎng)公司廣州供電局員工開展的人工短路試驗，驗證了新加裝的限流器設(shè)備性能完好。
這是世界首臺500千伏/90千安交流限流器，能夠?qū)⒏哌_(dá)90千安的故障電流“化解”至63千安以下，從而保障系統(tǒng)斷路器能夠完成可靠開斷。而此前國內(nèi)外投入應(yīng)用的限流、開關(guān)裝置，能限制的最大短路電流是80千安。
“我們走了一條全新的技術(shù)路線，花了整整3年，研發(fā)出這臺設(shè)備來。”限流器研發(fā)項目總指揮、廣州供電局電力試驗研究院院長莫文雄說。
國家級項目，解國際級難題
在我國一些局部地區(qū)，高電壓等級電網(wǎng)故障情況下產(chǎn)生的強(qiáng)大短路電流，給整個電力系統(tǒng)運(yùn)行造成了極大風(fēng)險隱患。電力是關(guān)乎國計民生的重要行業(yè)，一旦風(fēng)險應(yīng)對不善，出現(xiàn)設(shè)備損壞、甚至大停電情況，將給經(jīng)濟(jì)社會造成不可估量的損失。
“像長三角、珠三角等區(qū)域，用電需求高，是典型的電力負(fù)荷中心，有多條500千伏甚至特高壓線路集中，應(yīng)對大電流隱患風(fēng)險不小，短路電流超標(biāo)成為電網(wǎng)企業(yè)必須面對和解決的重大共性技術(shù)問題。”項目核心成員、南方電網(wǎng)公司高級技術(shù)專家王勇稱。
因此，如何應(yīng)對故障大電流的沖擊，這已不僅是電力行業(yè)考慮的問題，更上升到國家層面關(guān)注。于是，國家將“500千伏及以上電壓等級經(jīng)濟(jì)型高壓交流限流器的研制”列入2018年國家重點研發(fā)計劃項目，并向社會各界“廣發(fā)英雄帖”。
所謂限流器，顧名思義就是限制電流的器件。簡言之，強(qiáng)大電流通過限流器后，其強(qiáng)度就被限制住，成為電力系統(tǒng)可承受的范圍。
珠三角核心城市廣州的電網(wǎng)運(yùn)行者，決定挑戰(zhàn)這個項目。在他們看來，項目的研發(fā)水平已經(jīng)達(dá)到國際最先進(jìn)級別。
“從調(diào)研結(jié)果來看，目前全國乃至世界，在不采取解環(huán)等電網(wǎng)層面措施下，發(fā)達(dá)地區(qū)的大電網(wǎng)短路電流水平，已經(jīng)超過開關(guān)的63千安開斷能力了。”莫文雄稱：“我們要做的是把這個數(shù)據(jù)提升到90千安。”
與此同時，南方電網(wǎng)公司還提出，將研制出的限流器安上電網(wǎng)試運(yùn)行，實際驗證其性能，而不僅僅是實驗室研究。“我覺得，‘掛網(wǎng)運(yùn)行’這一點尤其打動了答辯專家。項目沒要求掛網(wǎng)，我們做了附加題。”廣州供電局電力試驗研究院設(shè)備監(jiān)造部監(jiān)造技術(shù)專責(zé)蘇海博說。
三年磨礪，完成限流器研發(fā)
拿下項目后，廣州供電局迅速聯(lián)合國內(nèi)包括重點高校、科研院所和制造企業(yè)在內(nèi)的12家單位，組成團(tuán)隊開展設(shè)備研發(fā)。供電局初步定下的方向是，采用一條與現(xiàn)今行業(yè)領(lǐng)域中全然不同的技術(shù)路線，才能攻克如此重大課題。
“簡單說，我們的思路是，加裝設(shè)備后，讓大電流實現(xiàn)平均分流。90千安的電流被分成兩路，實際上每一路只有45千安，在此基礎(chǔ)上，我們使用50千安的快速開關(guān)將電流全部轉(zhuǎn)移到限流原件上，以實現(xiàn)有效限流。”蘇海博說。
這一創(chuàng)新性的構(gòu)想，完全改變了原有的設(shè)計原理。理論設(shè)計不再容易。一些客觀因素也造成了巨大困難。2020年初疫情暴發(fā)，人員開始長期居家隔離，工作幾乎陷入停頓。尤其是武漢，封城后直到4月份才開始解封。理論完成了，就要投入設(shè)備生產(chǎn)。設(shè)想中以為的簡單問題，實際卻非常棘手。
整套限流器主要分兩大件，快速開關(guān)和電抗器。快速開關(guān)中包含一種設(shè)備滅弧室的生產(chǎn)，讓廠家犯了難。
“試驗做了無數(shù)次，就是達(dá)不到要求。廠家一位負(fù)責(zé)人說起了喪氣話，降低標(biāo)準(zhǔn)，或者干脆更換技術(shù)路線，不然做不了。我堅決不答應(yīng)，一點點查找分析原因，最終還是完成了。”莫文雄感慨，“創(chuàng)新嘛，從來就不是一帆風(fēng)順的過程。”
經(jīng)過三年的磨礪，限流器終于研發(fā)完成。
速度快損耗小經(jīng)濟(jì)性好，推廣價值高
“但要不投入電網(wǎng)運(yùn)行看看效果，就不能完完全全說設(shè)備研制成功。”莫文雄說，這也是掛網(wǎng)運(yùn)行的意義所在。
6月15日下午，廣州城南進(jìn)行了短路試驗。在類似雷電場景的試驗下，電網(wǎng)運(yùn)行完好。“非常成功，一次通過。”莫文雄難掩激動。從實際運(yùn)行指標(biāo)看，設(shè)備主要數(shù)據(jù)優(yōu)良，除了限流能力高之外，響應(yīng)速度快，損耗還低。
“開關(guān)響應(yīng)速度不到20毫秒，傳統(tǒng)設(shè)備是40—60毫秒；電抗器在正常電流強(qiáng)度下運(yùn)行，幾乎沒有損耗，節(jié)能環(huán)保。”蘇海博說。
損耗小，就意味著經(jīng)濟(jì)性好。而且，設(shè)備還具有很強(qiáng)的復(fù)制推廣價值。
“我們是模塊化系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)計時還調(diào)研了750千伏電壓等級的情況，設(shè)計路線只要稍作修改，完全可以應(yīng)用。中低電壓等級情況相對復(fù)雜，但從純理論角度看，也沒問題。”大家信心滿滿。
新型限流設(shè)備的應(yīng)用，對于提升珠三角電網(wǎng)的系統(tǒng)安全而言，無疑是重大利好，為我國甚至世界解決大電流隱患問題提供了全新的解決方案。
“以前的思路，要么改善網(wǎng)架，要么持續(xù)提升設(shè)備限流能力，但存在投資成本過大、傳統(tǒng)設(shè)備研發(fā)陷入瓶頸等問題。”南方電網(wǎng)公司生技部變電管理經(jīng)理喇元表示：“這個項目開啟了一條新思路。”
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