文章来源:中国南方电网有限责任公司 发布时间:2021-06-29
一声巨响,一道弧光。广州城南夏日的宁静被打破。
弧光划破天际处,连着一条高压电线。数十千安的电流冲击下,这条500千伏的线路仍安然无恙。广东电网公司广州供电局员工开展的人工短路试验,验证了新加装的限流器设备性能完好。
这是世界首台500千伏/90千安交流限流器,能够将高达90千安的故障电流“化解”至63千安以下,从而保障系统断路器能够完成可靠开断。而此前国内外投入应用的限流、开关装置,能限制的最大短路电流是80千安。
“我们走了一条全新的技术路线,花了整整3年,研发出这台设备来。”限流器研发项目总指挥、广州供电局电力试验研究院院长莫文雄说。
国家级项目,解国际级难题
在我国一些局部地区,高电压等级电网故障情况下产生的强大短路电流,给整个电力系统运行造成了极大风险隐患。电力是关乎国计民生的重要行业,一旦风险应对不善,出现设备损坏、甚至大停电情况,将给经济社会造成不可估量的损失。
“像长三角、珠三角等区域,用电需求高,是典型的电力负荷中心,有多条500千伏甚至特高压线路集中,应对大电流隐患风险不小,短路电流超标成为电网企业必须面对和解决的重大共性技术问题。”项目核心成员、南方电网公司高级技术专家王勇称。
因此,如何应对故障大电流的冲击,这已不仅是电力行业考虑的问题,更上升到国家层面关注。于是,国家将“500千伏及以上电压等级经济型高压交流限流器的研制”列入2018年国家重点研发计划项目,并向社会各界“广发英雄帖”。
所谓限流器,顾名思义就是限制电流的器件。简言之,强大电流通过限流器后,其强度就被限制住,成为电力系统可承受的范围。
珠三角核心城市广州的电网运行者,决定挑战这个项目。在他们看来,项目的研发水平已经达到国际最先进级别。
“从调研结果来看,目前全国乃至世界,在不采取解环等电网层面措施下,发达地区的大电网短路电流水平,已经超过开关的63千安开断能力了。”莫文雄称:“我们要做的是把这个数据提升到90千安。”
与此同时,南方电网公司还提出,将研制出的限流器安上电网试运行,实际验证其性能,而不仅仅是实验室研究。“我觉得,‘挂网运行’这一点尤其打动了答辩专家。项目没要求挂网,我们做了附加题。”广州供电局电力试验研究院设备监造部监造技术专责苏海博说。
三年磨砺,完成限流器研发
拿下项目后,广州供电局迅速联合国内包括重点高校、科研院所和制造企业在内的12家单位,组成团队开展设备研发。供电局初步定下的方向是,采用一条与现今行业领域中全然不同的技术路线,才能攻克如此重大课题。
“简单说,我们的思路是,加装设备后,让大电流实现平均分流。90千安的电流被分成两路,实际上每一路只有45千安,在此基础上,我们使用50千安的快速开关将电流全部转移到限流原件上,以实现有效限流。”苏海博说。
这一创新性的构想,完全改变了原有的设计原理。理论设计不再容易。一些客观因素也造成了巨大困难。2020年初疫情暴发,人员开始长期居家隔离,工作几乎陷入停顿。尤其是武汉,封城后直到4月份才开始解封。理论完成了,就要投入设备生产。设想中以为的简单问题,实际却非常棘手。
整套限流器主要分两大件,快速开关和电抗器。快速开关中包含一种设备灭弧室的生产,让厂家犯了难。
“试验做了无数次,就是达不到要求。厂家一位负责人说起了丧气话,降低标准,或者干脆更换技术路线,不然做不了。我坚决不答应,一点点查找分析原因,最终还是完成了。”莫文雄感慨,“创新嘛,从来就不是一帆风顺的过程。”
经过三年的磨砺,限流器终于研发完成。
速度快损耗小经济性好,推广价值高
“但要不投入电网运行看看效果,就不能完完全全说设备研制成功。”莫文雄说,这也是挂网运行的意义所在。
6月15日下午,广州城南进行了短路试验。在类似雷电场景的试验下,电网运行完好。“非常成功,一次通过。”莫文雄难掩激动。从实际运行指标看,设备主要数据优良,除了限流能力高之外,响应速度快,损耗还低。
“开关响应速度不到20毫秒,传统设备是40—60毫秒;电抗器在正常电流强度下运行,几乎没有损耗,节能环保。”苏海博说。
损耗小,就意味着经济性好。而且,设备还具有很强的复制推广价值。
“我们是模块化系统设计,设计时还调研了750千伏电压等级的情况,设计路线只要稍作修改,完全可以应用。中低电压等级情况相对复杂,但从纯理论角度看,也没问题。”大家信心满满。
新型限流设备的应用,对于提升珠三角电网的系统安全而言,无疑是重大利好,为我国甚至世界解决大电流隐患问题提供了全新的解决方案。
“以前的思路,要么改善网架,要么持续提升设备限流能力,但存在投资成本过大、传统设备研发陷入瓶颈等问题。”南方电网公司生技部变电管理经理喇元表示:“这个项目开启了一条新思路。”
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