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中國西電集團研制成功百萬千瓦機組用發(fā)電機斷路器成套裝置


更新時間:2021-09-09    作者:    瀏覽次數(shù):    分享到:

近日,中國西電集團成功研制百萬千瓦機組水電、火電用發(fā)電機斷路器,并通過集團鑒定驗收,綜合性能達到國際領(lǐng)先水平,填補了國內(nèi)空白。這是繼集團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(fā)電機斷路器成套裝置技術(shù)后的又一重大突破,標(biāo)志著中國西電集團關(guān)鍵“卡脖子”技術(shù)難題再下一城,為我國重大技術(shù)裝備國產(chǎn)化做出了重要貢獻。

攀登科研高峰,永不止步

發(fā)電機斷路器是安裝于發(fā)電機出口與變壓器之間的大電流斷路器,主要用于保護發(fā)電機和變壓器,能有效提高系統(tǒng)的安全性,并方便調(diào)試維護,經(jīng)濟效益明顯。但這一高端裝備的制造技術(shù)長期被國外企業(yè)所掌握,每年國家需要花費大量的外匯進口。為實現(xiàn)重大裝備國產(chǎn)化,攻破核心技術(shù)難題,從2008年起,中國西電集團與三峽集團決定聯(lián)合研發(fā)發(fā)電機斷路器產(chǎn)品。

經(jīng)過多年的艱辛研制,2011年、2012年,中國西電集團先后成功完成六十萬千瓦、八十萬千瓦機組用發(fā)電機斷路器的研制;2018年,又研制成功四十萬千瓦機組用發(fā)電機斷路器,初步實現(xiàn)了產(chǎn)品系列化,為掌握更高等級技術(shù)積累了有效經(jīng)驗。

根據(jù)百萬機組系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定,發(fā)電機斷路器應(yīng)滿足額定短路開斷電流170千安的要求?!拔覀儾]有停止科研攀登的腳步,技術(shù)團隊必須繼續(xù)向百萬機組用發(fā)電機斷路器的研制進發(fā)”,項目負責(zé)人表示。于是,從2018年起項目團隊開啟了170千安發(fā)電機斷路器的攻堅之路。

同其他裝備制造一樣,產(chǎn)品研制的過程都必須經(jīng)歷設(shè)計、試制和試驗等環(huán)節(jié)。但對于重大關(guān)鍵裝備而言,每項環(huán)節(jié)都充滿了挑戰(zhàn),沒有持續(xù)的技術(shù)儲備和強大的項目團隊,要想完成關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)可謂困難重重。

為此,中國西電集團持續(xù)加大技術(shù)投入和人才培養(yǎng),充分發(fā)揮在輸配電裝備制造領(lǐng)域六十多年的深厚技術(shù)積累,持續(xù)發(fā)揮資源和人才優(yōu)勢,堅決扛起了170千安發(fā)電機斷路器研發(fā)的重任。從設(shè)計到仿真(包括開斷、溫升、機械、絕緣等),再到關(guān)鍵零部件的材料、加工工藝及裝配工藝的嚴(yán)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(xié)作下,最終啃下了這塊“硬骨頭”。


掌握關(guān)鍵技術(shù),堅持不懈

與八十萬千瓦機組用發(fā)電機斷路器相比,170千安產(chǎn)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(chǎn)品等級提高了,研發(fā)難度更是成倍增加?!暗珖鴥?nèi)沒有可供參考的經(jīng)驗,國外也只有極少數(shù)企業(yè)掌握這一核心技術(shù),研發(fā)設(shè)計難度極大”,設(shè)計人員說。

170千安發(fā)電機斷路器的參數(shù)常常幾倍于線路斷路器,是大容量發(fā)電機斷路器研發(fā)的關(guān)鍵點和難點。額定電流是產(chǎn)品長期運行可靠性的重要參數(shù),需要解決導(dǎo)體溫升、絕緣件老化等高溫環(huán)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(chǎn)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(shù)微秒內(nèi)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(shù)萬度的高溫等離子體,對滅弧室內(nèi)各零部件的燒蝕也十分嚴(yán)重,所以如何對各零部件進行耐燒蝕的設(shè)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(chuàng)新設(shè)計。但開斷過程是一個涉及到多場耦合疊加的瞬態(tài)過程,國內(nèi)外行業(yè)的技術(shù)積累很少,對超大電流電弧和滅弧機理研究更是缺乏經(jīng)驗?,F(xiàn)有的設(shè)計手段也僅能提供一些參考,無法做到量化設(shè)計。在額定峰值耐受電流試驗中,超大電流產(chǎn)生的電動力對零部件的強度、電接觸性能、傳動結(jié)構(gòu)都是極大的考驗。為此,項目團隊投入了大量的研發(fā)時間,并堅持不懈,“經(jīng)過反復(fù)的優(yōu)化改進和多輪次的研究試驗,最終確定了研發(fā)設(shè)計方案”,項目組成員說。


挑戰(zhàn)試驗極限,一鼓作氣

“沒有條件,創(chuàng)造條件也要上?!绷嗄陙恚麟娙艘宦废蚯?,越是艱難、越是向前,不達目的不罷休,創(chuàng)造了無數(shù)行業(yè)奇跡,填補了多項國內(nèi)空白,也為170千安發(fā)電機斷路器的研制提供了沃土。研發(fā)方案確定后,產(chǎn)品正式進入試制階段。由于發(fā)電機斷路器的電流參數(shù)是常規(guī)開關(guān)產(chǎn)品的數(shù)倍,因此,其徑向尺寸遠大于常規(guī)產(chǎn)品。不僅要滿足性能要求,還要確保加工制造精度,這給發(fā)電機斷路器產(chǎn)品的制造、安裝和調(diào)試帶來了新的挑戰(zhàn)。試制團隊需要克服前所未有的難題,采用多種工藝結(jié)合的辦法才能完成這項任務(wù)。

而此時,正值國家疫情防控的關(guān)鍵時期,多家配套企業(yè)處于停工狀態(tài),導(dǎo)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(guān)點。每次試驗后,經(jīng)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(xiàn)場,查看樣機在大電流燒蝕后的狀態(tài),獲取第一手的資料,為后續(xù)的改進提供依據(jù);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(jié)果與仿真計算有機結(jié)合,制定了一系列技術(shù)方案和試驗方案。試驗從一開始沒有開斷點到出現(xiàn)開斷點,從有開斷點到實現(xiàn)全區(qū)間開斷,從直接試驗到合成試驗,經(jīng)過數(shù)輪的試驗研究和方案優(yōu)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(xù)電流長期載流、關(guān)鍵零部件的制造及加工等多項難題,在國家重大設(shè)備的設(shè)計、制造、裝配領(lǐng)域取得了新的突破與創(chuàng)新。不僅如此,在產(chǎn)品的研制過程中,也培養(yǎng)了一支強有力的技術(shù)人才隊伍,為集團公司在國內(nèi)大容量發(fā)電機斷路器等核心技術(shù)領(lǐng)域領(lǐng)跑行業(yè)奠定了堅實基礎(chǔ)。


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(fā)電機斷路器成套裝置系列國產(chǎn)化,也提高了超大容量電流開斷滅弧技術(shù)領(lǐng)域的研究水平,并在大型開關(guān)設(shè)備研究、開發(fā)手段及制造工藝方面實現(xiàn)了明顯提升。同時,“XD”品牌發(fā)電機斷路器成套裝置已成功應(yīng)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(chǎn)化進程做出了應(yīng)有貢獻。2019年,中國西電集團大容量發(fā)電機斷路器首次實現(xiàn)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(fā)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(fā)電機斷路器成套裝置在國家高壓電器質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心完成全部型式試驗,標(biāo)志著我國正式邁入大容量發(fā)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(shù)高端裝備生產(chǎn)國家之一;

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

● 2017年,開展發(fā)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(fā)電機斷路器,使得集團公司發(fā)斷系列產(chǎn)品更加完整;

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

中國西電集團將始終心懷“國之大者”,加快“打造原創(chuàng)技術(shù)策源地、現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)鏈鏈長”,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(yīng)用者,掌握技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展主動權(quán),繼續(xù)引領(lǐng)輸配電行業(yè)發(fā)展,為保障我國電力安全、能源安全貢獻應(yīng)有力量。



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