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中國西電研制成功百萬千瓦機組用發電機斷路器成套裝置
發布時間:2021-08-03        文章來源:       
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近日,中國西電成功研制百萬千瓦機組水電、火電用發電機斷路器,并通過中國西電鑒定驗收,綜合性能達到國際領先水平,填補了國內空白。這是繼公司掌握四十萬千瓦、六十萬千瓦、八十萬千瓦機組用大容量發電機斷路器成套裝置技術后的又一重大突破,標志著中國西電關鍵“卡脖子”技術難題再下一城,為我國重大技術裝備國產化做出了重要貢獻。

攀登科研高峰,永不止步

發電機斷路器是安裝于發電機出口與變壓器之間的大電流斷路器,主要用于保護發電機和變壓器,能有效提高系統的安全性,并方便調試維護,經濟效益明顯。但這一高端裝備的制造技術長期被國外企業所掌握,每年國家需要花費大量的外匯進口。為實現重大裝備國產化,攻破核心技術難題,從2008年起,中國西電與三峽集團決定聯合研發發電機斷路器產品。

經過多年的艱辛研制,2011年、2012年,中國西電先后成功完成六十萬千瓦、八十萬千瓦機組用發電機斷路器的研制;2018年,又研制成功四十萬千瓦機組用發電機斷路器,初步實現了產品系列化,為掌握更高等級技術積累了有效經驗。

根據百萬機組系統參數的設定,發電機斷路器應滿足額定短路開斷電流170千安的要求。“我們并沒有停止科研攀登的腳步,技術團隊必須繼續向百萬機組用發電機斷路器的研制進發”,項目負責人表示。于是,從2018年起項目團隊開啟了170千安發電機斷路器的攻堅之路。

同其他裝備制造一樣,產品研制的過程都必須經歷設計、試制和試驗等環節。但對于重大關鍵裝備而言,每項環節都充滿了挑戰,沒有持續的技術儲備和強大的項目團隊,要想完成關鍵核心技術攻關可謂困難重重。

為此,中國西電持續加大技術投入和人才培養,充分發揮在輸配電裝備制造領域六十多年的深厚技術積累,持續發揮資源和人才優勢,堅決扛起了170千安發電機斷路器研發的重任。從設計到仿真(包括開斷、溫升、機械、絕緣等),再到關鍵零部件的材料、加工工藝及裝配工藝的嚴格把控,西電人勇往直前、永不言敗,在多方的共同努力和精誠協作下,最終啃下了這塊“硬骨頭”。


掌握關鍵技術,堅持不懈

與八十萬千瓦機組用發電機斷路器相比,170千安產品的開斷電流更大,必須滿足大型電站中百萬千瓦機組的控制和保護,不但是產品等級提高了,研發難度更是成倍增加。“但國內沒有可供參考的經驗,國外也只有極少數企業掌握這一核心技術,研發設計難度極大”,設計人員說。

170千安發電機斷路器的參數常常幾倍于線路斷路器,是大容量發電機斷路器研發的關鍵點和難點。額定電流是產品長期運行可靠性的重要參數,需要解決導體溫升、絕緣件老化等高溫環境下暴露出的各種問題。在額定短路開斷過程中,斷口間會產生溫度極高的電弧等離子體。而電流過零時斷口間溫度需要在數微秒內下降到一定的溫度,這是斷路器能夠開斷的必要條件,其難度很大。同時,斷口間的數萬度的高溫等離子體,對滅弧室內各零部件的燒蝕也十分嚴重,所以如何對各零部件進行耐燒蝕的設計和保護,也是一件棘手的難題。為了滿足170千安短路電流電弧能量的耗散,需要對滅弧室進行全面的創新設計。但開斷過程是一個涉及到多場耦合疊加的瞬態過程,國內外行業的技術積累很少,對超大電流電弧和滅弧機理研究更是缺乏經驗。現有的設計手段也僅能提供一些參考,無法做到量化設計。在額定峰值耐受電流試驗中,超大電流產生的電動力對零部件的強度、電接觸性能、傳動結構都是極大的考驗。為此,項目團隊投入了大量的研發時間,并堅持不懈,“經過反復的優化改進和多輪次的研究試驗,最終確定了研發設計方案”,項目組成員說。


挑戰試驗極限,一鼓作氣

“沒有條件,創造條件也要上。”六十余年來,西電人一路向前,越是艱難、越是向前,不達目的不罷休,創造了無數行業奇跡,填補了多項國內空白,也為170千安發電機斷路器的研制提供了沃土。研發方案確定后,產品正式進入試制階段。由于發電機斷路器的電流參數是常規開關產品的數倍,因此,其徑向尺寸遠大于常規產品。不僅要滿足性能要求,還要確保加工制造精度,這給發電機斷路器產品的制造、安裝和調試帶來了新的挑戰。試制團隊需要克服前所未有的難題,采用多種工藝結合的辦法才能完成這項任務。

而此時,正值國家疫情防控的關鍵時期,多家配套企業處于停工狀態,導致零部件加工周期變長。為降低疫情對項目整體進度的影響,項目組中的黨員積極帶頭,與時間賽跑,加班加點修改方案、完善圖紙,為項目進展贏得了寶貴時間。

在試驗階段,開斷試驗的實施又成為另一項攻關點。每次試驗后,經過回收的樣機都會殘留一些刺激性氣體和粉塵,但項目組成員顧不上這些,第一時間趕到拆解現場,查看樣機在大電流燒蝕后的狀態,獲取第一手的資料,為后續的改進提供依據;項目組廣泛聽取專家意見,不斷剖析試驗中的各個影響因素,將試驗結果與仿真計算有機結合,制定了一系列技術方案和試驗方案。試驗從一開始沒有開斷點到出現開斷點,從有開斷點到實現全區間開斷,從直接試驗到合成試驗,經過數輪的試驗研究和方案優化,終于突破了制約項目的瓶頸。同時,攻克了超大容量短路電流開合、超大持續電流長期載流、關鍵零部件的制造及加工等多項難題,在國家重大設備的設計、制造、裝配領域取得了新的突破與創新。不僅如此,在產品的研制過程中,也培養了一支強有力的技術人才隊伍,為公司在國內大容量發電機斷路器等核心技術領域領跑行業奠定了堅實基礎。


開展系列研制,躋身前列

2008年至2021年,10余年間,西電人知難而進、堅持不懈,不僅完成了發電機斷路器成套裝置系列國產化,也提高了超大容量電流開斷滅弧技術領域的研究水平,并在大型開關設備研究、開發手段及制造工藝方面實現了明顯提升。同時,“XD”品牌發電機斷路器成套裝置已成功應用于向家壩、溪洛渡、烏東德等國家重點工程,為推進國家重大裝備國產化進程做出了應有貢獻。2019年,中國西電大容量發電機斷路器首次實現出口海外,成功進入國際市場。

● 2008年,開啟六十萬千瓦機組用大容量發電機斷路器成套裝置研制;

● 2011年,六十萬千瓦機組用大容量發電機斷路器成套裝置在國家高壓電器質量監督檢驗中心完成全部型式試驗,標志著我國正式邁入大容量發電機保護斷路器成套裝置研制時代,使我國躋身于國際少數高端裝備生產國家之一;

● 2012年,八十萬千瓦機組用大容量發電機斷路器成套裝置在國家高壓電器質量監督檢驗中心完成全部型式試驗;

● 2017年,開展發電機斷路器成套裝置系列化研制,于2018年成功研制出四十萬千瓦機組用大容量發電機斷路器,使得公司發斷系列產品更加完整;

● 2021年,完成百萬千瓦機組水電、火電用大容量發電機斷路器研制,邁入更高端領域。

中國西電將始終心懷“國之大者”,加快“打造原創技術策源地、現代產業鏈鏈長”,努力成為原始創新和核心技術的需求提出者、創新組織者、技術供給者、市場應用者,掌握技術進步和產業發展主動權,繼續引領輸配電行業發展,為保障我國電力安全、能源安全貢獻應有力量。

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