如何加快適應(yīng)我國特高壓電網(wǎng)和新能源發(fā)展建設(shè)，確保電網(wǎng)安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行？如何進(jìn)一步提高傳統(tǒng)斷路器開斷時(shí)間，解決沖擊電流過大？面對(duì)世界電力科技界共同矚目的攻關(guān)難題，近日從西安高壓電器研究院傳來喜訊：363kv/5000a/63ka快速真空斷路器取得關(guān)鍵技術(shù)突破，將開斷短路電流時(shí)間由60毫秒提升至10-20毫秒。

60毫秒與20毫秒是什么感覺？根據(jù)醫(yī)學(xué)界定義，正常人眨動(dòng)一下眼睛約需要0.1秒時(shí)間，即100毫秒，60毫秒意味著來不及完成一次眨眼，20毫秒則僅相當(dāng)于眼皮顫動(dòng)一次。在電光火石瞬間，快速真空斷路器順利完成分閘動(dòng)作，成功切除電網(wǎng)故障線路，確保了電網(wǎng)設(shè)備、千家萬戶百姓平穩(wěn)安全供用電。

要做就一定做到最好

“雖然還未正式認(rèn)證，但說它是‘世界首臺(tái)超高壓快速真空斷路器’一點(diǎn)也不為過！”項(xiàng)目參與者之一，國網(wǎng)寧夏電科院科技部負(fù)責(zé)人黃永寧自豪地說。

363kv/5000a/63ka快速真空斷路器項(xiàng)目自2011年著手，由51位來自電網(wǎng)企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)擔(dān)綱實(shí)施，歷時(shí)7年攻堅(jiān)克難，連續(xù)突破了多項(xiàng)世界性技術(shù)難題。據(jù)黃永寧介紹，該項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了短路電流的開斷能力由研發(fā)目標(biāo)的63千安提升到80千安，突破了目前傳統(tǒng)斷路器最大開斷63千安短路電流的能力；實(shí)現(xiàn)了由60毫秒開斷短路電流提升至10-20毫秒，突破了世界目前范圍已有真空斷路器最快開斷短路電流速度；實(shí)現(xiàn)了363千伏電壓等級(jí)下對(duì)短路電流的直接開斷，將在超高壓電網(wǎng)應(yīng)用方面取得新突破……”

閃電動(dòng)作堪比神經(jīng)中樞

將快速斷路器動(dòng)作時(shí)間從60毫秒提速到20毫秒，對(duì)于普通的居民用電來說，幾乎難以察覺，而縮短故障持續(xù)時(shí)間40毫秒，對(duì)于工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)用電則意義非凡。

據(jù)相關(guān)資料顯示，近20年來，全世界由于電壓暫降(包括短時(shí)電壓中斷）造成的損失，約占工業(yè)樣本總損失的60%。如20世紀(jì)90年代末，英國某造紙廠因一次僅持續(xù)0.3秒的電壓暫降導(dǎo)致關(guān)鍵負(fù)荷裝置跳閘，生產(chǎn)線作業(yè)中斷，給企業(yè)帶來的直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)14萬英鎊；據(jù)中國電力科學(xué)研究院對(duì)北京首都鋼鐵廠的調(diào)查，2002年企業(yè)發(fā)生電壓暫降情況19次，每次造成的直接經(jīng)濟(jì)損失折合人民幣達(dá)200-300萬元人民幣。

而當(dāng)短路故障發(fā)生時(shí)，363kv/5000a/63ka快速真空斷路器檢測(cè)到短路電流，在2毫秒內(nèi)預(yù)測(cè)電流過零點(diǎn)，控制器迅速反應(yīng)，發(fā)出分閘指令，超快速電磁斥力機(jī)構(gòu)收到分閘指令后開始動(dòng)作，在5毫秒內(nèi)完成分閘操作，即斷開故障電流。

就如同人的手指忽然被針扎到，人體神經(jīng)中樞將信息迅速傳送至大腦，大腦收到指令后指揮手指動(dòng)作，在5毫秒內(nèi)完成手指離開針尖的動(dòng)作，從而保護(hù)手指免受更大傷害。

科技發(fā)展之路加速度

傳統(tǒng)斷路器開斷時(shí)間長、沖擊電流大，當(dāng)發(fā)生短路故障以后，繼電保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間通常在10到20毫秒，斷路器固有分閘時(shí)間為30到60毫秒，燃弧時(shí)間為10到20毫秒，再到故障切除時(shí)間更是長達(dá)60毫秒至140毫秒。

據(jù)業(yè)內(nèi)人士介紹，對(duì)于國內(nèi)50赫茲的電網(wǎng)，短路后5到10毫秒之內(nèi)就已達(dá)到?jīng)_擊電流最大值。而對(duì)于更高等級(jí)的363千伏電壓等級(jí)線路，國內(nèi)外較為先進(jìn)的六氟化硫斷路器最快分閘時(shí)間也在50毫秒以上。這意味著早在斷路器開斷之前，系統(tǒng)的設(shè)備就已經(jīng)受到了五六次大電流的沖擊，后果可想而知。

“從2011年確定研發(fā)快速真空斷路器，到2013年快速斷路器的分閘時(shí)間試驗(yàn)僅僅提升了5毫秒，每再提升1毫秒或者電壓等級(jí)再加高一點(diǎn)，就會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)現(xiàn)象、快速斷開無法自愈合、設(shè)備不動(dòng)作等問題，可謂困難重重?！?/p>

為了突破一個(gè)個(gè)研發(fā)障礙，由國網(wǎng)寧夏電力有限公司首席專家、寧夏電科院名譽(yù)院長艾紹貴帶隊(duì)的科研團(tuán)隊(duì)，7年累計(jì)進(jìn)行了15000次試驗(yàn)，成功突破多項(xiàng)關(guān)鍵核心技術(shù)，最終使得研制快速真空斷路器樣機(jī)的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。

在成功研制“363kv/5000a/63ka快速真空斷路器”期間，國網(wǎng)寧夏電科院還衍生出快速開關(guān)型變阻抗節(jié)能變壓器、快速開關(guān)型限流技術(shù)、快速開關(guān)型串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)、快速開關(guān)型變壓器隔直裝置、快速開關(guān)型消弧消諧裝置等眾多科技創(chuàng)新成果，多項(xiàng)科技成果位于世界領(lǐng)先地位，填補(bǔ)了相關(guān)領(lǐng)域空白。

一臺(tái)快速開關(guān)型的零損耗深度限流裝置用于240mva變壓器的35千伏側(cè)，一年僅運(yùn)行損耗電量折算成電費(fèi)就可節(jié)省166萬元；僅此一項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)用，每年就可為寧夏電網(wǎng)節(jié)約電費(fèi)16.6億元。

回望寧夏電網(wǎng)發(fā)展歷程，從上世紀(jì)八九十年代一座110千伏變電站支撐一個(gè)地區(qū)供電的窘迫處境，到本世紀(jì)初寧夏電網(wǎng)750網(wǎng)架初步建成，再到如今特高壓直流輸電的飛速發(fā)展，國網(wǎng)寧夏電科院致力于推動(dòng)電網(wǎng)科技發(fā)展的腳步從未停歇。未來，國網(wǎng)寧夏電科院將進(jìn)一步加大新技術(shù)、新設(shè)備的實(shí)際推廣應(yīng)用，為推動(dòng)新型快速超高壓斷路器裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、提升國家電力自主創(chuàng)新能力和裝備制造能力做出貢獻(xiàn)。