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實現超、特高壓出線裝置自主化研制
時間:2019-01-22 來源:國家電網報 作者:王琳

  

  【項目小檔案】

  項目名稱:超、特高壓變壓器/電抗器出線裝置關鍵技術及工程應用

  主要參與單位:中國電力科學研究院有限公司,泰州新源電工器材有限公司,常州市英中電氣有限公司,保定天威保變電氣股份有限公司,西安西電變壓器有限責任公司,西安交通大學,特變電工沈陽變壓器集團有限公司

  項目簡介:我國是世界上電力變壓器/電抗器制造和應用第一大國,出線裝置作為其中唯一未實現國產化的核心組件,曾長期依賴進口。項目組歷時8年,研制成功330~1000千伏全系列出線裝置,使超高壓出線裝置及絕緣材料全面替代進口,特高壓變壓器/電抗器自主化率達到100%,已在7回特高壓工程、國內外42回超高壓工程以及高鐵工程中得到應用,部分產品出口至美國、加拿大等國,大大提升了我國電力裝備制造水平。

  不能讓核心技術受制于人

  超、特高壓變壓器/電抗器是電網的關鍵設備,其中,出線裝置由于多物理場協同優化、絕緣材料研制等技術難以突破,是唯一未實現國產化的核心組件。

  日前,由中國電科院牽頭實施的“超、特高壓變壓器/電抗器出線裝置關鍵技術及工程應用”項目獲得2018年度國家科學技術進步獎二等獎。項目負責人李金忠介紹:“長期以來,由于基礎研究、結構設計、材料配方和加工工藝等因素限制,國內無法制造具有足夠機械和電氣強度的出線裝置。自1979年我國建設第一回500千伏平武超高壓輸電工程起,出線裝置一直依賴進口,成為制約我國超、特高壓技術發展的瓶頸。”

  為了改變核心技術與工程建設受制于人的局面,國務院將“1000千伏特高壓交流輸變電成套設備的研制,全面掌握500千伏交直流和750千伏交流輸變電關鍵設備制造技術”列為國家重點科研任務,超、特高壓出線裝置研發被明確列入《國務院關于加快振興裝備制造業的若干意見》《中國制造2025》。

  攻克關鍵技術難題

  項目組依托國家科技支撐計劃、火炬計劃等,將科技創新和產品研發緊密結合,對出線裝置關鍵技術進行產學研聯合攻關,實現了一系列自主創新。

  “出線裝置結構尺寸緊湊,電場集中且非對稱,同時還要承受器身傳導振動等多應力作用,絕緣和機械結構可靠性設計難度非常大。”項目組技術專家、保變電氣劉東升介紹說,“項目研究前我國沒有超、特高壓出線裝置設計經驗,項目組從零開始,建立超、特高壓出線裝置的電、磁、力多物理場分析模型,通過大量細致的基礎理論研究及仿真分析,最終形成油紙絕緣結構與電極形狀、尺寸的設計方案。”

  由于機械和電氣性能要求高,超、特高壓出線裝置制造需使用8毫米超厚絕緣紙板及成型件。此前,國產絕緣紙板厚度最大為5毫米,密度低,強度差。由于纖維搭配及形態控制技術不足,國內廠家長期以來不具備生產高端電力設備用高密度厚絕緣紙板的能力。項目組技術專家泰州新源電工高步林介紹:“紙板制造中,提高密度可增強紙板的機械強度,但吸油性會隨之降低,導致電氣強度下降,紙板機械和電氣性能的協同提升是整個行業的難題。提高紙板厚度時,由于纖維間結合力不足,5毫米及以上超厚紙板極易分層,解決以上問題難度很大。”

  項目組通過大量的纖維微觀形態分析和工藝方法試驗研究,掌握了紙板中木漿纖維形態配合與纖維之間結合力、密度、吸油性的變化規律,提出新型多漿料配方和磨漿工藝,使漿料中的纖維形態得到了有效控制,提高了紙板密度,并且調和了紙板密度和吸油性之間的矛盾。項目組研制的高密度絕緣紙板較國產常規紙板厚度增加60%,密度增加14%,吸油性增加10%,較進口產品電氣強度提高約5%、機械性能提高7%以上。

  此外,項目組技術專家孫建濤介紹,國外出線裝置無單獨進行電氣性能試驗考核的方法和手段,裝置通過與變壓器/電抗器本體組裝后,利用整體試驗項目間接進行檢驗,考核不嚴格。試驗期間出線裝置一旦發生放電,將對設備本體造成損傷,經濟損失巨大,因此亟須解決出線裝置獨立試驗的難題。

  基于以上問題,項目組通過研究復雜油紙絕緣結構局部放電規律,發明了多層油隙球型均壓結構,模擬出線裝置與變壓器/電抗器本體連接時的電場分布,電場等效程度達95%以上;以安全運行60年為目標,提出了1.5倍最高運行電壓10小時長時工頻耐壓試驗方法;結合我國實際運輸條件,提出了10~500赫茲寬帶隨機振動加10克沖擊振動試驗方案。項目研制的獨立試驗系統支撐了特高壓出線裝置的自主研發,建立的標準體系填補了國內外在該技術領域的空白。

  高端裝備走出國門

  項目成功研制了我國首個具有自主知識產權的1000千伏特高壓出線裝置以及330~1000千伏電壓等級全系列產品,絕緣性能更優。8毫米厚絕緣紙板及成型件在電氣強度、拉伸強度、收縮率等方面均優于國外同類產品。

  自2013年9月在皖電東送特高壓工程首次應用以來,已有31套我國自主研制的特高壓出線裝置應用于浙北—福州、錫盟—山東等7回工程中,524套超高壓出線裝置應用于甘肅橋灣、蘭州東擴建工程、國電大渡河、金中等42回工程中。我國自主研制的出線裝置還出口至美國、加拿大、白俄羅斯、印度、菲律賓、越南等國。

  核心技術的突破有效平抑了高端輸變電產品的價格,特高壓出線裝置進口價格由每套200多萬元大幅降至60萬元左右,超高壓出線裝置由每套60萬元降至12萬元左右,為我國超、特高壓工程節約成本上億元。

  項目研制的絕緣紙板、成型件及出線裝置打破了國外在關鍵絕緣材料及組件供貨領域的壟斷地位,使我國特高壓變壓器/電抗器的自主化率達到了100%,打通了超、特高壓變壓器/電抗器自主化研制的最后一公里。項目成果推動了我國變壓器/電抗器裝備制造技術由長期跟隨發達國家邁入國際一流行列,并實現了高端裝備走出國門,對提升我國電力裝備制造業水平意義重大。

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