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我國首臺國產±800千伏直流高速開關于去年年底在南方電網柳州換流站掛網運行。這標志著我國特高壓直流高速開關國產化關鍵技術取得重大突破，將進一步鞏固了我國在直流輸電領域的核心競爭力，對于推動國內直流輸電技術發展，促進特高壓直流裝備產業升級，以及保障電力能源供應安全都具有十分重要的意義。
22個月攻克世界級難題
直流高速開關，是多端直流系統的關鍵設備，由近千個零部件組成，是十分精密的開關電氣設備。在以往兩端直流工程中，普遍采用常規的隔離開關。但在多端直流工程中，直流高速開關不可或缺。
“多端直流采用直流高速開關，可提升直流系統運行的靈活性與可靠性，相較于隔離開關開斷時間極短。隔離開關動作一次時間約24秒，無法實現第三站點在線投退和故障線路快速隔離。”南方電網超高壓公司電力科研院領軍級技術專家兼攻關項目組成員張長虹說：“直流高速開關動作一次僅需21毫秒，在我們不經意的起心動念間早已經動作到位了。”
據了解，目前國內使用的±800kV直流高速開關完全依賴進口，這些進口的產品陸續出現了斷口濕耐受絕緣不足、小直流電流開斷能力較小、操動機構動作振動大、均壓環電暈明顯等問題，暴露出設備在絕緣裕度、機械傳動鏈、電弧控制等方面不足。不僅維修成本高昂，而且維修時間也不可控，是多端直流工程建設“卡脖子”的設備之一。
為了解決這個“卡脖子”難題，南方電網超高壓公司聯合設備廠家、科研院所等科研力量，組建了橫跨“產學研用”科研攻關團隊，對特高壓直流高速開關開展攻關。
“我們的目標是不僅要實現國產化，還要性能更優、更有競爭力。”南方電網公司超高壓公司創新部副總經理兼攻關項目負責人呂金壯介紹，攻關團隊系統分析了目前運行的高速直流開關運行工況，結合后續工程的通用性要求，對新研制的設備結構、尺寸、性能等提出了要求：性能指標全覆蓋、現有工程可直接替代、給后續工程留有裕度。
呂金壯介紹，研發過程十分艱辛，不僅要重點攻克內外絕緣配合、機械傳動鏈優化、直流小電流開斷、長時直流燃弧耐受等性能提升的技術難題，還要克服研發基礎薄弱、考核標準缺失、疫情反復等一系列困難和挑戰。
攻關團隊根據項目計劃擬定了實施方案，制定了絕緣及開斷性能、整體結構及設計定型、國產化樣機研制等里程碑節點。經過團隊22個月的連續奮戰，攻克了滅弧室長時燃弧耐受能力、無振蕩回路直流電流開斷能力等世界級難題，最終成功研制出特高壓直流高速開關設備樣機并一次性通過全套試驗驗證。
再添強悍“電力引擎”
直流高速開關作為多端直流輸電系統中的關鍵設備，安裝于分支換流站內高壓極母線上，可實現直流系統第三站在線投退及直流線路故障高速隔離，對提高整個直流系統的可靠性和利用率起著至關重要的作用。
此前由于國內缺乏±800千伏直流高速開關的制造技術和試驗經驗，該設備長期以來依賴于國外進口。±800千伏直流高速開關的研制成功，解決了特高壓多端直流輸電工程“卡脖子”難題，補齊我國產業鏈短板，提高了高端電工裝備自主可控性，為我國特高壓多端直流工程提供堅強可靠保障。
本次投入運行的首臺國產特高壓直流高速開關，在直流耐壓、操作沖擊、機械壽命次數、閉鎖壓力、雷電沖擊、燃弧耐受電流、防護等級等10余項關鍵指標優于或大幅優于國外同類產品，同時依托該項目培育了21項核心專利。
特高壓等級：±800千伏電壓等級的HSS能夠適用于特高壓直流輸電系統，滿足遠距離、大容量輸電的需求；毫秒級反應：HSS以其50安/2千伏的直流空充電流開斷能力，展現了在直流系統中第三站的在線投退實力。當直流線路出現故障，HSS能夠在毫秒級別內迅速作出反應，進行高速隔離，從而極大地增強了整個直流系統的可靠性和運行效率，以及電力系統的穩定性和安全性。
集成綜合監測系統：HSS集成了綜合監測系統，能夠實現多種狀態的在線監測及評估，更方便運維人員進行設備監測和維護；高海拔適應性：HSS的絕緣性能滿足2000米海拔使用要求，顯示出其良好的絕緣性能，使得該產品能夠適應高海拔地區的特殊環境要求。
HSS從產品研發到現場安裝調試，均面臨“時間緊、任務重”的挑戰。為保障產品品質，實現“一次試驗合格、一次帶電成功、長期安全穩定運行”，專項攻關小組確保物資供應、一次性完成出廠試驗和掛網工作順利進行；定期召開專題策劃會，高效推進生產進度；確定責任人，明確各環節要求，確保溝通順暢、流程無阻。
提升直流領域話語權
中國在近些年的科技發展中走在了世界前列，特別是在能源領域得到了大量的投資和關注。特高壓直流多段輸電工程已經成為中國能源領域下一階段發展的關鍵目標。這個新產品的成功研發，不僅提高我國直流高速開關設備的技術實力，也為國家在輸電領域提供了最新且最前沿的技術支持。這也許也促進了我國能源方面的發展，并且這些科技進步也將對其他行業的發展產生深遠的影響。
隨著我國電力系統的不斷發展和升級，對高端電力設備的需求將持續增長，此次成果將推動更多具有自主知識產權的先進電力設備問世，持續輸出優質“國貨”，為我國電力事業的繁榮發展注入新的活力。
據張長虹介紹，國內研制的±800kV直流高速開關實現了多項技術突破：在提升開關斷口內、外絕緣裕度方面，首次設計出用于雙斷口滅弧室中間懸浮電位的球型屏蔽結構，將電場強度降低70%，絕緣性能提高至1224kV/1h。在直流小電流開斷能力方面，研制出了一種無輔助電路、直接開斷直流小電流的滅弧室，開斷小直流性能為50A/2kV，相較進口產品大幅提升。在提升長時直流燃弧耐受性能方面，滿足4000A/400ms燒蝕5次能力要求，較進口產品提升30%。
以中科院陳維江院士和工程院邱愛慈院士領銜的產品技術鑒定專家組一致認為：國內首臺±800kV直流高速開關，填補了國內特高壓多端直流工程用±800kV直流高速開關空白，提高了高端電工裝備自主可控性。
“±800kV直流高速開關的成功研制，擺脫了國外技術封鎖，實現了特高壓直流高速開關國產化關鍵技術突破，提升了公司在該領域的話語權和影響力，鞏固了公司直流領域核心競爭力，為國內高壓直流裝備產業升級積累了寶貴的經驗。”南方電網公司超高壓公司副總經理劉相槍說：“這是公司實現科技自立自強道路上的里程碑事件，后續將圍繞先進電工材料及新型裝備、大規模新能源直流送出工程安全穩定運行等關鍵領域，持續布局戰略性、引領性技術創新。”
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