“20世紀(jì)80年代以來，40年時(shí)間里，在直流輸電關(guān)鍵設(shè)備、關(guān)鍵技術(shù)方面我們長期受制于外方，今天終于用上了中國人自己制造的特高壓柔直穿墻套管!”6月11日，在烏東德電站送電廣東廣西特高壓多端柔性直流示范工程(以下簡稱昆柳龍直流工程)柳州換流站內(nèi)，看著我國自主研發(fā)的±800千伏柔直穿墻套管成功投運(yùn)、穩(wěn)定運(yùn)行，南方電網(wǎng)超高壓公司柳州局副總經(jīng)理郝志杰內(nèi)心無比自豪。
該設(shè)備的成功投運(yùn)，意味著我國在特高壓柔性直流穿墻套管方面徹底突破了國外的技術(shù)封鎖，實(shí)現(xiàn)從無到有的技術(shù)突破，填補(bǔ)了國內(nèi)該領(lǐng)域的技術(shù)空白。這不僅提升了西電東送主網(wǎng)架自主可控水平，更標(biāo)志著我國在大型高端電力裝備研發(fā)方面取得了新的重大階段性成果，對帶動國內(nèi)產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級、解決核心技術(shù)“卡脖子”難題具有重要意義。
瞄準(zhǔn)套管國產(chǎn)化推進(jìn)攻關(guān)
缺乏關(guān)鍵核心技術(shù)之痛，南方電網(wǎng)公司感觸最深。作為特高壓工程中關(guān)鍵設(shè)備，柔性直流穿墻套管是特高壓換流站閥廳和直流場之間唯一的通道，承載著特高壓和大電流，起到通流、絕緣和機(jī)械支撐作用。
“柔性直流穿墻套管相當(dāng)于直流輸電系統(tǒng)的‘咽喉’，是直流電流進(jìn)出閥廳的唯一通道，如果沒有這個(gè)通道，外面的電進(jìn)不去，里面的電也出不來，換流站就沒法正常工作。”南方電網(wǎng)超高壓公司創(chuàng)新與數(shù)字化部副總經(jīng)理陳歡說。
但該關(guān)鍵核心技術(shù)一直掌握在國外少數(shù)廠家手里，我國長期依賴國外進(jìn)口，沒有價(jià)格話語權(quán)，一套設(shè)備進(jìn)口價(jià)格高達(dá)上千萬元。不只如此，設(shè)備一旦發(fā)生嚴(yán)重故障，只能返回國外廠家維修，維修時(shí)間、周期不易確定，工作非常被動。
只有堅(jiān)持創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)科技自立自強(qiáng)，才能不受制于人。昆柳龍直流工程立項(xiàng)伊始，自主研發(fā)柔直穿墻套管就被作為解決國內(nèi)直流輸電技術(shù)難題之舉提上日程，其目標(biāo)是不僅要實(shí)現(xiàn)套管國產(chǎn)化，還要比進(jìn)口產(chǎn)品性能更優(yōu)，實(shí)現(xiàn)從直流關(guān)鍵設(shè)備“跟跑者”到“領(lǐng)跑者”的跨越。
為此，南方電網(wǎng)公司牽頭統(tǒng)籌產(chǎn)學(xué)研資源，抽選了27名技術(shù)骨干，聯(lián)合中國西電集團(tuán)、西安交通大學(xué)等組建攻關(guān)團(tuán)隊(duì)作為設(shè)備聯(lián)合研發(fā)單位，中國西電集團(tuán)攻克大直徑膠浸紙電容芯體全過程工藝控制、電、熱、力多物理場作用下套管設(shè)計(jì)等多項(xiàng)核心技術(shù)，保障了攻關(guān)任務(wù)的順利推進(jìn)。
關(guān)鍵指標(biāo)比同類進(jìn)口設(shè)備更優(yōu)
擺在研發(fā)團(tuán)隊(duì)面前有兩塊最“難啃的骨頭”。“處理好‘電—熱—力’三者之間的平衡，是直流穿墻套管的關(guān)鍵所在。近10年來，進(jìn)口直流穿墻套管在電、熱、力方面發(fā)生過多起缺陷故障。我們當(dāng)時(shí)的目標(biāo)是，不僅要攻克這個(gè)技術(shù)難題，而且要做到性能比進(jìn)口產(chǎn)品更優(yōu)。”陳歡說。
經(jīng)多次開展套管精細(xì)化建模仿真、真型樣機(jī)試驗(yàn)論證，研發(fā)團(tuán)隊(duì)最終形成性能更優(yōu)的國產(chǎn)套管設(shè)計(jì)方案，提高了套管的使用可靠性。
除了上述難題，還有一個(gè)挑戰(zhàn)擺在研發(fā)團(tuán)隊(duì)面前。套管是一根長21米、直徑近1米的圓柱體。為了達(dá)到最優(yōu)絕緣性能，這個(gè)巨大的芯體在制造過程中，需要一次性完成澆筑。
“由于還沒有掌握超長大直徑芯體的制造工藝，第一批生產(chǎn)失敗了。”陳歡回憶道，“我們立刻逐一梳理各道工序，找出原因后大家干勁又上來了，第二批生產(chǎn)成功了。”
今年4月21日，套管一次性通過全部出廠試驗(yàn)項(xiàng)目。5月16日，通過中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會組織的新產(chǎn)品技術(shù)鑒定，以中國工程院院士邱愛慈領(lǐng)銜的鑒定專家組認(rèn)為樣機(jī)的主要性能指標(biāo)達(dá)到同類產(chǎn)品國際領(lǐng)先水平。
14個(gè)月的連續(xù)攻關(guān)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)終于自主研發(fā)出了我國首套±800千伏柔性直流穿墻套管。“和現(xiàn)有同類進(jìn)口套管相比，我們的載流能力提升了10%，絕緣裕度提升了9%，機(jī)械強(qiáng)度更是提高了50%，關(guān)鍵指標(biāo)比同類進(jìn)口設(shè)備更優(yōu)。”研發(fā)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)技術(shù)專家呂金壯介紹，該套管形成了豐富的技術(shù)及知識產(chǎn)權(quán)成果，培育了24件核心專利。
從天廣直流工程100%依賴進(jìn)口，到云廣直流世界第一條特高壓自主化示范工程，再到世界上第一條±800千伏多端柔性特高壓輸電工程，我國持續(xù)推進(jìn)直流輸電技術(shù)自主化國產(chǎn)化，引領(lǐng)特高壓進(jìn)入柔性直流新時(shí)代，一步一個(gè)腳印向科技自立自強(qiáng)邁進(jìn)。
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