直流輸電系統咽喉 瞄準套管國產化推進攻關

2021-07-02 14:34:38

“20世紀80年代以來,40年時間里,在直流輸電關鍵設備、關鍵技術方面我們長期受制于外方,今天終于用上了中國人自己制造的特高壓柔直穿墻套管!”6月11日,在烏東德電站送電廣東廣西特高壓多端柔性直流示范工程(以下簡稱昆柳龍直流工程)柳州換流站內,看著我國自主研發的±800千伏柔直穿墻套管成功投運、穩定運行,南方電網超高壓公司柳州局副總經理郝志杰內心無比自豪。

該設備的成功投運,意味著我國在特高壓柔性直流穿墻套管方面徹底突破了國外的技術封鎖,實現從無到有的技術突破,填補了國內該領域的技術空白。這不僅提升了西電東送主網架自主可控水平,更標志著我國在大型高端電力裝備研發方面取得了新的重大階段性成果,對帶動國內產業技術升級、解決核心技術“卡脖子”難題具有重要意義。

瞄準套管國產化推進攻關

缺乏關鍵核心技術之痛,南方電網公司感觸最深。作為特高壓工程中關鍵設備,柔性直流穿墻套管是特高壓換流站閥廳和直流場之間唯一的通道,承載著特高壓和大電流,起到通流、絕緣和機械支撐作用。

“柔性直流穿墻套管相當于直流輸電系統的‘咽喉’,是直流電流進出閥廳的唯一通道,如果沒有這個通道,外面的電進不去,里面的電也出不來,換流站就沒法正常工作。”南方電網超高壓公司創新與數字化部副總經理陳歡說。

但該關鍵核心技術一直掌握在國外少數廠家手里,我國長期依賴國外進口,沒有價格話語權,一套設備進口價格高達上千萬元。不只如此,設備一旦發生嚴重故障,只能返回國外廠家維修,維修時間、周期不易確定,工作非常被動。

只有堅持創新,實現科技自立自強,才能不受制于人。昆柳龍直流工程立項伊始,自主研發柔直穿墻套管就被作為解決國內直流輸電技術難題之舉提上日程,其目標是不僅要實現套管國產化,還要比進口產品性能更優,實現從直流關鍵設備“跟跑者”到“領跑者”的跨越。

為此,南方電網公司牽頭統籌產學研資源,抽選了27名技術骨干,聯合中國西電集團、西安交通大學等組建攻關團隊作為設備聯合研發單位,中國西電集團攻克大直徑膠浸紙電容芯體全過程工藝控制、電、熱、力多物理場作用下套管設計等多項核心技術,保障了攻關任務的順利推進。

關鍵指標比同類進口設備更優

擺在研發團隊面前有兩塊最“難啃的骨頭”。“處理好‘電—熱—力’三者之間的平衡,是直流穿墻套管的關鍵所在。近10年來,進口直流穿墻套管在電、熱、力方面發生過多起缺陷故障。我們當時的目標是,不僅要攻克這個技術難題,而且要做到性能比進口產品更優。”陳歡說。

經多次開展套管精細化建模仿真、真型樣機試驗論證,研發團隊最終形成性能更優的國產套管設計方案,提高了套管的使用可靠性。

除了上述難題,還有一個挑戰擺在研發團隊面前。套管是一根長21米、直徑近1米的圓柱體。為了達到最優絕緣性能,這個巨大的芯體在制造過程中,需要一次性完成澆筑。

“由于還沒有掌握超長大直徑芯體的制造工藝,第一批生產失敗了。”陳歡回憶道,“我們立刻逐一梳理各道工序,找出原因后大家干勁又上來了,第二批生產成功了。”

今年4月21日,套管一次性通過全部出廠試驗項目。5月16日,通過中國機械工業聯合會組織的新產品技術鑒定,以中國工程院院士邱愛慈領銜的鑒定專家組認為樣機的主要性能指標達到同類產品國際領先水平。

14個月的連續攻關,研發團隊終于自主研發出了我國首套±800千伏柔性直流穿墻套管。“和現有同類進口套管相比,我們的載流能力提升了10%,絕緣裕度提升了9%,機械強度更是提高了50%,關鍵指標比同類進口設備更優。”研發項目團隊技術專家呂金壯介紹,該套管形成了豐富的技術及知識產權成果,培育了24件核心專利。

從天廣直流工程100%依賴進口,到云廣直流世界第一條特高壓自主化示范工程,再到世界上第一條±800千伏多端柔性特高壓輸電工程,我國持續推進直流輸電技術自主化國產化,引領特高壓進入柔性直流新時代,一步一個腳印向科技自立自強邁進。

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