近日，中國電氣裝備所屬中國西電西開電氣（以下簡稱“西開電氣”）自主研發的800kV/80kA/8000A GIS設備在西安高壓電器研究院成功通過全部型式試驗，標志著國際首臺高參數、高可靠性、高互換性大容量800kV GIS設備研制成功，為我國在大容量GIS等核心技術領域不斷創新奠定堅實基礎，是推動我國電力裝備制造業由“跟跑”向“并跑”乃至“領跑”跨越的重要實踐。800kV GIS家族迎來又一次重大技術突破，充分彰顯集團公司勇攀科技高峰，努力攻克行業“卡脖子”難題的擔當與責任。
我國電網規模不斷擴大，國內諸多變電站都相繼出現短路電流超標或即將超標的問題，而隨著新能源電力的接入及直流配套工程的投運，這一問題變得愈發嚴重，成為電網安全穩定運行的重大課題。西北電網作為清潔能源外送的核心樞紐，對輸送能力及安全穩定運行水平的要求越來高，導致越來越多的750kV站點短路電流已超過63kA，750kV電網系統失穩乃至大面積停電等安全風險日益突出，嚴重威脅750kV電力系統的安全穩定運行，亟需研發具有自主知識產權的800kV/80kA GIS設備。同時，新型電網的發展也對800kV大容量 GIS設備研發提出更高要求。
隨著750kV電網短路電流與額定電流的增加，常規63kA/6300A產品越來越難以滿足電網的發展需求，用戶迫切需要更高參數、更大容量的GIS設備。西北網750kV站點是能源外送的核心樞紐，對絕緣、機械、通流、動熱及開斷等可靠性都提出更高要求。為解決原有750kV站點短路電流超標問題，用戶迫切要求在提升參數的同時，又不改變接口尺寸及原有地基等要素。
參數的提高帶來一系列需要克服的挑戰，諸如在斷路器進行T100a延長大半波開斷時，時間常數為120ms，其半波持續時間可達15.3ms，短路電流峰值可達188kA；而在進行隔離開關高參數母轉試驗時，其轉換電流高達400A，轉換電壓高達625V，開合次數為100次，同時要求經過強烈的電弧燒蝕后斷口間絕緣強度不下降。在如此高的電流情況下，零件耐燒蝕性問題及成功通過試驗問題成為研發的難點與關鍵點。同時，為提高產品的開斷能力和母轉能力，常規做法是提高速度與操作功及增大尺寸，但速度與操作功的提高意味著可靠性的降低與振動的增加，與用戶高可靠性要求矛盾。而尺寸的增加不僅意味著新建站占地面積增加，更意味著現存站升級改造困難，與用戶高互換性要求矛盾。這就造成在滿足“三高”要求下800kV大容量GIS設備自主研發難度極大，國內外也無同類型產品。
2024年1月，西開電氣決定集中優勢資源，自主研發800kV/80kA/8000A GIS設備。為解決產品高參數、高可靠性與高互換性難題，公司提前部署、多部門通力協作，采用新一代技術方案，經過不斷的摸索和試驗，最終克服重重技術難關，取得產品型式試驗的成功。
該產品額定電壓為800kV，額定電流為8000A，短時耐受電流為80kA 3s、峰值耐受電流為216kA。斷路器具備高參數短路開斷能力：開斷電流為80kA、時間常數為120ms。隔離開關具備高參數母線轉換電流開合能力：轉換電流為4000A、轉換電壓625V、開合次數100次。快速接地開關具備超C類開合能力：電磁感應為800A/70kV、靜電感應為150A/180kV，同時還具備216kA高壓故障電流關合能力。
在電氣可靠性方面，產品具備3000m高海拔絕緣能力，斷路器達到E2-C2級標準規定的最高參數。在新產品設計過程中，通過優化結構和強化異物工藝控制，進一步提升產品的絕緣性能。
在機械可靠性方面，產品達到M2級機械壽命要求。隔離開關與接地開關操作功與常規63kA產品保持一致。斷路器采用新一代滅弧原理，雙斷口布置，其操作功是常規63kA產品的60%，是目前已知所有800kV斷路器（包括常規產品）中操作功最小的。操作功的減少或不變，一方面使得機械可靠性明顯提高，另一方面減少了振動沖擊，對核心部件的絕緣可靠性提升也較為有利，而安裝地基也無需進一步加強。
800kV/80kA/8000A 大容量GIS產品接口尺寸、整體外形尺寸與地基尺寸與該公司現有63kA產品保持一致，套管、接地開關、母線等核心零件尺寸與常規產品保持完全相同，這不僅保證了現存GIS站在不動地基的前提下實現原位增容改造，同時也為后續工程擴建提供了極大便利。
國際首臺大容量800kV/80kA/8000A GIS設備的成功研制填補了國內空白，實現我國大容量開關設備的國產化，為開關設備的自主研發積累豐富的技術與經驗。項目團隊在產品研發過程中引入可預測性仿真技術，可預測性仿真是指產品設計階段，在虛擬狀態下提前對各種性能做出準確仿真與預測，形成“設計-仿真-優化”的閉環，實現仿真有效指導產品設計0到1的突破。利用可預測性仿真技術，提前對該產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化，實現產品設計由“經驗迭代”向“可預測性”的轉變，達到“試驗即成功”的目標，大幅縮短大容量產品的研發周期。（記者 孫靜 通訊員 全歡）
轉自：中國工業報
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