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中国教育报:用中国智慧破解“电网”难题

发表时间:2019-04-02 作者:通讯员 高翔 张雯怡 浏览次数:

中国教育报:2019年03月25日 星期一

http://paper.jyb.cn/zgjyb/html/2019-03/25/content_515111.htm?div=-1


【项目简介】:华中科技大学在南方电网重大科研攻关项目“大容量短路电流开断装置研发及工程应用”支持下研发的220kV系统用大容量短路电流开断装置成功通过100kA级短路电流开断试验,使我国220kV系统用高压断路器的开断容量指标达到国际最高水平。


每逢高温季节,用电负荷猛增,部分地区就开始限电,给人们的生活、生产带来不便。这样的场景你一定不陌生。然而,早在2007年,华中科技大学潘垣院士团队就针对其中的技术难题展开攻关,目标就是:让用电不再受束缚。


本着科研的初心,该团队踏上了这段未知的征程,一走就是11年,他们打破了过去我国在高压开关电器技术领域跟随国外的局面,探索出了一套全自主创新的中国解决方案。


不要等问题出现了才去解决


2018917日,潘垣院士、何俊佳教授、袁召等设计研发的220kV系统用大容量短路电流开断装置,在西安国家高压电器产品质量监督检验中心成功通过100kA级短路电流开断试验,这标志着我国220kV系统用高压断路器的开断容量指标达到国际最高水平。


潘院士提出的设想其实还是很超前的。全程参与研发的袁召至今感念潘垣的远见卓识。他介绍说,当时电网企业采取限电措施解决用电负荷猛增的问题已是常态,因为解决该问题的研发难度较大,算是一个未来式本土难题。


袁召形象地打了个比方:就好像现在城市采取的交通单双限号,虽然可以部分解决交通问题,却牺牲了出行的便利,也没从根本上扭转局面。


潘垣提出的设想在当时来说有些异想天开,不像其他人一样提升单个断路器的开断能力,而是通过高耦合电抗器实现断路器并联连接,将断路器的开断能力成倍提升。袁召提到其中一个设计关键,就是高耦合度空芯分裂电抗器,通过它可以实现开关电弧的并联。而在此之前,开关电弧的并联被认为无法实现。


把设计落实到现实中并非一帆风顺。团队核心成员何俊佳还记得,技术方案刚提出时,外界的质疑声不绝于耳。这明明就是两个不可能放在一起的东西!”“就算做出来也用不上啊!咱们现在电网没有这么大的短路电流,以后的事情以后再说。


实际上,开展此类研究并非杞人忧天。当时,国外有些公司已经投入大量资金对大容量断路器进行研发。他们研制的252kV断路器已可以实现90kA短路电流的开断。何俊佳透露,国外技术垄断的大容量开断装置一套大约要花费一两千万元,十分昂贵。当然,涉及的核心技术也是对方公司专利,绝不会轻易透露。


做,一定要做!一定要做!满足国家需求是一个科研工作者的责任,虽然现在大家还没意识到大容量开断的重要性,但等到问题真正出现了再去解决,那不就晚了吗?我们不能被现在所局限!彼时潘垣斩钉截铁的话语至今回荡在何俊佳的耳边。


这是最对的一条路


当时在西安做试验,去时穿短袖,做完试验回来时都要穿最厚的羽绒服了。从理论到实验的艰辛,没有人比袁召更有体会:白天做实验,晚上找问题,每天就这么循环着,几乎没时间去宾馆休息。试验站很大,空荡荡的,还冷风阵阵,可把我们冻坏了。


长达11年的科研探险中,遇到的很多问题都是世界首次,掉进里也只能一点点爬出来,没有科学经验共享、没有资料可查,甚至连相同的科研思路都无可借鉴。这注定是块难啃的硬骨头


浇注模具的尺寸、导线绕制松紧程度甚至进出线焊接角度,看似微不足道的细节在实验中却举足轻重。就得去车间盯着工人做了,实在不行还得自己上手。袁召比划着,自己都记不清去了多少次车间了。


不对就再来,还不对,就继续重做……凭着精益求精的工匠精神,团队和工人们一起苦熬,顽强地把实验室里的图纸变成实物。


有时反复讨论觉得没问题的设计方案,通过计算或验证可能又会推倒重来,这时候就有点怀疑能否成功。苦闷时,有一个人对袁召来说宛如暗夜灯塔,那就是潘垣。


谈到这位耄耋之年仍坚持科研的老科学家,袁召满脸钦佩:都这么大年纪了,还是想到什么哪怕是大晚上也会跑到实验室来找人讨论。一想到他,我就觉得没理由不好好干。


纠结甚至怀疑,但最终还是选择坚持。因为这是国家的需求,也是科研工作者应有的责任担当。从2007年到2018年,整个团队一路奔跑,完成了从无到有,在遍布荆棘的途中收获丰硕成果。


2012年,研制15kV/160kA大容量断路器产品,开断能力优于国际领先企业的同类产品;2013年,研制126kV/5000A-80kA真空断路器。2018年,研发220kV系统用大容量短路电流开断装置成功通过100kA级短路电流开断试验,相关指标超过了ABB等国际知名企业同类产品性能参数,为占领国际制高点和工程化应用打下了坚实基础,为我国电力系统大容量短路电流开断的难题提供了更经济、有效的解决方案。


你们做的东西,我们放心!


科研人员克服了工期要求紧、技术难度大、业主要求持续增加等困难,不厌其烦地为项目做了大量扎实的工作……”201812月,广州供电局特意给团队发来了感谢信,还表示将在后续国家重点研发计划项目合作中继续开展合作。


合作始于2013年。当时,广州供电局在认真考察对比了很多包括ABB等跨国公司的产品后,主动叩响了团队大门。他们希望通过断路器开断能力的提升,增加电网的可靠性与电力调度的灵活性,从而解决大规模电网短路问题。我们的设计原理与方案是独一无二的,不仅技术参数、成本优势明显,更存在可延续性的特点,能满足电网持续发展的需求。何俊佳说。


按照预定计划,此次合作的成果是设计出252kV/80kA的断路器,该参数已经远超过了当时国内252kV断路器最大开断能力——63kA。而更大的短路电流开断能力就意味着更大的可靠性、更高的安全系数,为此,广州供电局希望把并联型断路器的开断能力进一步提升至85kA


63kA85kA,简单的数字背后却蕴含着极大的技术难度,意味着方案要重新调整、设计,试验难度进一步增大,这让团队的技术人员倍感压力。然而他们最终作出了一个决定,交出了一份让人惊叹的答卷——100kA的断路器,比最初设计足足提高了近两倍。


完成高耦合电抗器的设计后,经过缜密的核算与论证,我们认为它可以完全满足100kA等级电流的开断要求。既然要超前,就要充分考虑到用户未来的使用可能。提起当时做的这个重大决定,袁召坦言潘垣的话对团队影响深远,促使大家作出了决定。他总说,国家发展这么快,一定会有新的需要。如今,潘垣依然把这句话挂在嘴边,还反复叮嘱团队一定要做到人无我有,人有我强,人强我新。团队成员已经把他的话当成了座右铭。


大规模电网短路电流超标问题并非一劳永逸,这场电网马拉松也将一直在路上。袁召说,合作期间,广州供电局反复提到你们做的东西,我们放心。这份信赖也体现在团队与西安高压电器研究院、国家电网常州电气设备检测中心、武汉供电局等用户的合作中,并转化为团队不断前进的动力。感觉身上的担子更重了,我们得好好干,不能辜负别人的期待。


目前,团队再一次与广州供电局合作,启动了“500kV及以上电压等级经济型高压交流限流器项目的研制。他们要将这种独具特色的大容量短路电流开断装置推广应用于更高电压等级。何俊佳说:我们现在走的这条路可能比多数人要艰难,也没有高回报,但这是最对的一条路。