直流输电系统咽喉 瞄准套管国产化推进攻关

2021-07-02 14:34:38

“20世纪80年代以来,40年时间里,在直流输电关键设备、关键技术方面我们长期受制于外方,今天终于用上了中国人自己制造的特高压柔直穿墙套管!”6月11日,在乌东德电站送电广东广西特高压多端柔性直流示范工程(以下简称昆柳龙直流工程)柳州换流站内,看着我国自主研发的±800千伏柔直穿墙套管成功投运、稳定运行,南方电网超高压公司柳州局副总经理郝志杰内心无比自豪。

该设备的成功投运,意味着我国在特高压柔性直流穿墙套管方面彻底突破了国外的技术封锁,实现从无到有的技术突破,填补了国内该领域的技术空白。这不仅提升了西电东送主网架自主可控水平,更标志着我国在大型高端电力装备研发方面取得了新的重大阶段性成果,对带动国内产业技术升级、解决核心技术“卡脖子”难题具有重要意义。

瞄准套管国产化推进攻关

缺乏关键核心技术之痛,南方电网公司感触最深。作为特高压工程中关键设备,柔性直流穿墙套管是特高压换流站阀厅和直流场之间唯一的通道,承载着特高压和大电流,起到通流、绝缘和机械支撑作用。

“柔性直流穿墙套管相当于直流输电系统的‘咽喉’,是直流电流进出阀厅的唯一通道,如果没有这个通道,外面的电进不去,里面的电也出不来,换流站就没法正常工作。”南方电网超高压公司创新与数字化部副总经理陈欢说。

但该关键核心技术一直掌握在国外少数厂家手里,我国长期依赖国外进口,没有价格话语权,一套设备进口价格高达上千万元。不只如此,设备一旦发生严重故障,只能返回国外厂家维修,维修时间、周期不易确定,工作非常被动。

只有坚持创新,实现科技自立自强,才能不受制于人。昆柳龙直流工程立项伊始,自主研发柔直穿墙套管就被作为解决国内直流输电技术难题之举提上日程,其目标是不仅要实现套管国产化,还要比进口产品性能更优,实现从直流关键设备“跟跑者”到“领跑者”的跨越。

为此,南方电网公司牵头统筹产学研资源,抽选了27名技术骨干,联合中国西电集团、西安交通大学等组建攻关团队作为设备联合研发单位,中国西电集团攻克大直径胶浸纸电容芯体全过程工艺控制、电、热、力多物理场作用下套管设计等多项核心技术,保障了攻关任务的顺利推进。

关键指标比同类进口设备更优

摆在研发团队面前有两块最“难啃的骨头”。“处理好‘电—热—力’三者之间的平衡,是直流穿墙套管的关键所在。近10年来,进口直流穿墙套管在电、热、力方面发生过多起缺陷故障。我们当时的目标是,不仅要攻克这个技术难题,而且要做到性能比进口产品更优。”陈欢说。

经多次开展套管精细化建模仿真、真型样机试验论证,研发团队最终形成性能更优的国产套管设计方案,提高了套管的使用可靠性。

除了上述难题,还有一个挑战摆在研发团队面前。套管是一根长21米、直径近1米的圆柱体。为了达到最优绝缘性能,这个巨大的芯体在制造过程中,需要一次性完成浇筑。

“由于还没有掌握超长大直径芯体的制造工艺,第一批生产失败了。”陈欢回忆道,“我们立刻逐一梳理各道工序,找出原因后大家干劲又上来了,第二批生产成功了。”

今年4月21日,套管一次性通过全部出厂试验项目。5月16日,通过中国机械工业联合会组织的新产品技术鉴定,以中国工程院院士邱爱慈领衔的鉴定专家组认为样机的主要性能指标达到同类产品国际领先水平。

14个月的连续攻关,研发团队终于自主研发出了我国首套±800千伏柔性直流穿墙套管。“和现有同类进口套管相比,我们的载流能力提升了10%,绝缘裕度提升了9%,机械强度更是提高了50%,关键指标比同类进口设备更优。”研发项目团队技术专家吕金壮介绍,该套管形成了丰富的技术及知识产权成果,培育了24件核心专利。

从天广直流工程100%依赖进口,到云广直流世界第一条特高压自主化示范工程,再到世界上第一条±800千伏多端柔性特高压输电工程,我国持续推进直流输电技术自主化国产化,引领特高压进入柔性直流新时代,一步一个脚印向科技自立自强迈进。

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