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中国电力报聚焦550千伏GIS家族重量级成员问世
发布时间:2023-09-13        文章来源:       
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习近平总书记指出,装备制造业是国之重器,是实体经济的重要组成部分,要把握优势,乘势而为,做强做优做大。近日,中国西电所属西开电气成功完成550千伏/80千安/8000安GIS设备全部型式试验,标志着国内首台高参数、高互换性、高可靠性大容量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了坚实基础。中国电力报聚焦550千伏GIS家族重量级成员问世,全面展现西电永攀科技高峰,努力攻克国家“卡脖子”难题的责任与担当。

原文如下

近日,中国电气装备所属中国西电下属西开电气成功完成550kV/80kA/8000A GIS设备全部型式试验,标志着国内首台高参数、高互换性、高可靠性大容量GIS设备研制成功,意味着550kV GIS家族又新增一位重量级成员。大容量开关设备的成功研制充分彰显了企业紧盯用户需求,永攀科技高峰,努力攻克国家“卡脖子”难题的担当与格局。

随着我国经济社会的发展,电网规模不断扩大,国内许多电站都相继出现了短路电流超标或即将超标的问题,短路电流超出现有断路器开断能力已成为我国珠三角、长三角、京津唐、西北网等负荷中心电网安全稳定运行的重大课题。电网的发展对GIS产品提出了新的更高要求,首先是高参数要求,随着短路电流与额定电流的增加,常规产品越来越难以满足电网发展需要,用户迫切需要更高参数、更大容量的开关设备;其次是高互换性要求,越来越多的旧站也面临着短路电流超标问题,如何在提升参数的同时,又不改变间隔尺寸与地基等要素,是用户的迫切诉求;最后是高可靠性要求,大容量开关设备一般应用于负荷中心区域,对电气、机械、通流及开断可靠性都提出了更高要求。

参数的提高带来了一系列需要克服的挑战,诸如在进行T100a延长大半波开断时,当时间常数为120ms时,其短路电流峰值可达188kA,在如此高的短路电流情况下,零件耐烧蚀性问题及有效开断问题成为研发的难点与关键点。与此同时,为提高产品的开断能力,常规做法是增加尺寸与提高操作功,但尺寸的增加不仅意味着新建站占地面积增加,更意味着旧站升级改造困难,与用户高互换性要求矛盾,同时操作功的提高则意味着振动的增加与可靠性的降低,与用户高可靠性要求向左。这就造成了在满足“三高”要求下大容量开关设备自主研发难度极大。而截止到本产品研制成功前,大容量开关技术被ABB、SIEMENS等少数几家国外公司垄断。

2022年3月,西开电气联合南网科研院、广东电网公司、西安交通大学等多家知名单位与高校,针对高参数、高互换性与高可靠性要求开展联合攻关,最终克服重重技术难关,取得了产品样机各项型式试验的成功。在高参数方面,西开电气所研制的550kV/80kA/8000A GIS设备额定电流为8000A(常规为6300A)、短路开断电流为80kA(常规为63kA)、时间常数120ms(常规为45ms),短时耐受电流80kA/3s(常规为63kA/3s),峰值耐受电流216kA(常规为158kA)。在高互换性方面,GIS总体尺寸及间隔距与常规550产品保持一致,隔离开关、接地开关等核心零件尺寸相同,保证了GIS整体可替换性。作为GIS的核心部件,550kV/80kA/8000A断路器采用最新一代自能式灭弧结构,与常规550断路器相比,罐体尺寸、操作机构、传动机构及套管等部件全部保持不变,产品具有很高的互换性,当旧站需要大容量升级改造时,只需更换灭弧室部分即可。在高可靠性方面,首先大规模成熟结构的应用确保了可靠性,另外新研制的550kV/80kA/8000A断路器操作功比常规550断路器还要小,是目前已知所有大容量550kV断路器中操作功最小的,作为对比,其操作功仅为国外某同类产品的一半,操作功的减少,一方面对机械可靠性有着明显提高,另一方面由于振动的减小,对产品绝缘可靠性提升也较为有利,同时安装地基也无需进一步加强。

550kV/80kA/8000A GIS设备的成功研制填补了国内空白,实现了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了可复制的技术与经验。其中最重要的就是在产品研发过程中引入可预测性仿真。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550kV/80kA/8000A GIS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,实现了产品设计由黑箱状态向可预测性状态的转变,达到了“试验即成功”的目标,大幅缩短了大容量产品的研发周期。

550kV/80kA/8000A GIS设备的研制成功是西开电气长期坚持践行央企责任使命,在大容量开关设备领域持续深耕、不断实现技术积累的结果,同时也充分体现了西电人知难而进、勇攀高峰的奋斗精神!产品的成功研制不仅培养了一支高素质、强有力的技术人才队伍,更积累了一种可复制的产品设计方法,为我国在大容量GIS等核心技术领域不断创新奠定了坚实基础。

中国西电始终胸怀“国之大者”,不断加大“卡脖子”核心技术攻关,将持续推动中国电气装备“打造输配电装备原创技术策源地”目标的实现,努力成为原始创新和核心技术的需求提出者、创新组织者、技术供给者、市场应用者,不断掌握技术进步和产业发展主动权,努力引领输配电行业发展,为加快建设新型电力系统,保障我国电力安全、能源安全贡献应有力量。

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