近日，中國西電所屬西開電氣成功完成550kV/80kA/8000A GIS設備全部型式試驗，標志著國內(nèi)首臺高參數(shù)、高互換性高可靠性大容量GIS設備研制成功，意味著550kV GIS家族又新增一位重量級成員，大容量開關(guān)設備的成功研制充分彰顯了西電緊盯用戶需求，勇攀科技高峰，努力攻克國家“卡脖子”難題的擔當與格局”。
“卡脖子”亟待解決
隨著我國經(jīng)濟社會的發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，國內(nèi)許多電站都相繼出現(xiàn)了短路電流超標或即將超標的問題，短路電流超出現(xiàn)有斷路器開斷能力已成為嚴重威脅我國珠三角、長三角、京津唐、西北網(wǎng)等負荷中心電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的重大課題。電網(wǎng)的發(fā)展對GIS產(chǎn)品提出了新的更高要求。一是高參數(shù)要求，隨著短路電流與額定電流的增加，常規(guī)產(chǎn)品越來越難以滿足電網(wǎng)發(fā)展需要，用戶迫切需要更高參數(shù)、更大容量的開關(guān)設備。二是高互換性要求，越來越多的舊站也面臨著短路電流超標問題，如何在提升參數(shù)的同時，又不改變間隔尺寸與地基等要素，是用戶的迫切訴求。三是高可靠性要求，大容量開關(guān)設備一般應用于負荷中心區(qū)域，對電氣、機械、通流及開斷可靠性都提出了更高要求。
參數(shù)的提高帶來了一系列需要克服的挑戰(zhàn)，例如在進行T100a延長大半波開斷過程中，當時間常數(shù)為120ms時，其短路電流峰值可達188kA，在如此高的短路電流情況下，零件耐燒蝕性問題及有效開斷問題成為研發(fā)的難點與關(guān)鍵點。與此同時，為提高產(chǎn)品的開斷能力，常規(guī)做法是增加尺寸與提高操作功，但尺寸的增加不僅意味著新建站占地面積增加，更意味著舊站升級改造困難，與用戶高互換性要求矛盾；同時操作功的提高則意味著震動增加與可靠性降低，與用戶高可靠性要求相左。這就造成了在滿足“三高”要求下，大容量開關(guān)設備自主研發(fā)難度極大，而截至到本產(chǎn)品研制成功前，大容量開關(guān)技術(shù)被少數(shù)國外公司壟斷。
突破“三高”技術(shù)難題
2022年3月，西開電氣聯(lián)合南網(wǎng)科研院、廣東電網(wǎng)公司、西安交通大學等多家知名單位與高校，針對高參數(shù)、高互換性與高可靠性要求開展聯(lián)合攻關(guān)，最終克服重重技術(shù)難關(guān)，取得了產(chǎn)品樣機各項型式試驗的成功。
在高參數(shù)方面，西開電氣所研制的550kV/80kA/8000A GIS設備額定電流為8000A（常規(guī)為6300A）、短路開斷電流為80kA（常規(guī)為63kA）、時間常數(shù)120ms（常規(guī)為45ms），短時耐受電流80kA/3s（常規(guī)為63kA/3s），峰值耐受電流216kA（常規(guī)為158kA）。在高互換性方面，GIS總體尺寸及間隔距與常規(guī)產(chǎn)品保持一致，隔離開關(guān)、接地開關(guān)等核心零件尺寸相同，保證了GIS整體可替換性。作為GIS的核心部件，550kV/80kA/8000A斷路器采用最新一代自能式滅弧結(jié)構(gòu)，與常規(guī)斷路器相比，罐體尺寸、操作機構(gòu)、傳動機構(gòu)及套管等部件全部保持不變，產(chǎn)品具有很高的互換性，當舊站需要大容量升級改造時，只需更換滅弧室部分即可。在高可靠性方面，首先大規(guī)模成熟結(jié)構(gòu)的應用確保了可靠性，另外新研制的550kV/80kA/8000A斷路器操作功比常規(guī)斷路器還要小，是目前已知所有大容量550kV斷路器中操作功最小的，作為對比，其操作功僅為國外某同類產(chǎn)品的一半，操作功的減少，一方面對機械可靠性有著明顯提高，另一方面由于振動的減小，對產(chǎn)品絕緣可靠性提升也較為有利，同時安裝地基也無需進一步加強。
踐行使命擔當
該產(chǎn)品的成功研制填補了國內(nèi)空白，實現(xiàn)了我國大容量開關(guān)設備的國產(chǎn)化，為開關(guān)設備的自主研發(fā)積累了可復制的技術(shù)與經(jīng)驗。其中最重要的就是在產(chǎn)品研發(fā)過程中引入可預測性仿真。可預測性仿真是指產(chǎn)品設計階段，在虛擬狀態(tài)下提前對各種性能做出準確仿真與預測，形成“設計—仿真—優(yōu)化”的閉環(huán)，實現(xiàn)仿真有效指導產(chǎn)品設計0到1的突破。利用可預測性仿真技術(shù)，提前對產(chǎn)品中涉及的絕緣性能、機械性能、開斷性能及溫升性能進行仿真優(yōu)化，實現(xiàn)了產(chǎn)品設計由黑箱狀態(tài)向可預測性狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，達到了“試驗即成功”的目標，大幅縮短了大容量產(chǎn)品的研發(fā)周期。
該產(chǎn)品的研制成功是中國西電長期堅持踐行央企責任使命，在大容量開關(guān)設備領(lǐng)域持續(xù)深耕、不斷實現(xiàn)技術(shù)積累的成果，同時也充分體現(xiàn)了西電人知難而進、勇攀高峰的奮斗精神。產(chǎn)品的成功研制不僅培養(yǎng)了一支高素質(zhì)、強有力的技術(shù)人才隊伍，更積累了一種可復制的產(chǎn)品設計方法，為我國在大容量GIS等核心技術(shù)領(lǐng)域不斷創(chuàng)新奠定了堅實基礎。
中國西電始終胸懷“國之大者”，不斷加大“卡脖子”核心技術(shù)攻關(guān)，將持續(xù)推動中國電氣裝備“打造輸配電裝備原創(chuàng)技術(shù)策源地”目標的實現(xiàn)，努力成為原始創(chuàng)新和核心技術(shù)的需求提出者、創(chuàng)新組織者、技術(shù)供給者、市場應用者，不斷掌握技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展主動權(quán)，努力引領(lǐng)輸配電行業(yè)發(fā)展，為加快建設新型電力系統(tǒng)，保障我國電力安全、能源安全貢獻西電力量。
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