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160千伏超導直流限流器搶占科學高地 實現100%國產化

http://www.31tang.com    2020年12月10日 18:37     來源:中新網廣東

  12月的汕頭,海風吹拂, 南澳島上一個個巨大的風力發電機徐徐轉動;山腳下南方電網廣東電網汕頭金牛換流站里,供電人員正圍繞著一個形似“巨型膠囊”的物體在作業——這,就是世界首臺160千伏超導直流限流器——作為南方電網牽頭的國家重點研發計劃成果,它讓每一度清潔的能源安全穩定地輸入電網。

柔直巡維中心站運行人員對試運行中的超導直流限流器本體開展巡視。(陳旭 攝)
柔直巡維中心站運行人員對試運行中的超導直流限流器本體開展巡視。(陳旭 攝)

  “毫秒級”瞬間啟動 有效降低故障電流

  南澳島是風力資源“富礦”,為了讓聳立在島上的200多臺大風車發出的綠色風能順利接入電網,進而發揮其最大價值,早在2013年,世界上第一個多端柔性直流輸電工程——南澳±160千伏多端柔性直流輸電示范工程就投運于此。項目投產后,隨著越來越多的風能并網,這個“超級工程”需要應對的故障電流也隨之增大。如何保障電網安全運行?超導直流限流器的研發設計走進了專家的視野。

  “如果柔直系統發生故障,我們需要及時用斷路器隔離故障。故障電流越小,則越容易斷開!蹦戏诫娋W廣東電網電力科學研究院專家介紹,超導直流限流器作為限制故障電流的一種裝置,可以將故障電流限制到較低水平,為斷路器切斷故障創造最好的條件,大大提高隔離故障效率的同時降低成本,提升大容量柔直輸電系統的安全性和可靠性。

  在金牛換流站里,這個形似“巨型膠囊”、重達82噸的超導直流限流器便是利用超導獨特的“零電阻”和“超導態-正常態轉變”特性,可以不依賴任何監測裝置、在感應到故障電流的瞬間響應觸發,自動完成全部限流保護過程,并在故障清除后自動恢復超導特性。專家解釋:“這家伙在正常運行時就像一根隱形的導線,沒有電阻,一旦發生短路故障,將在1毫秒的時間內迅速轉為大電阻,起到限制故障電流的作用,這就是超導的奧妙!

  數千次試驗攻破超導帶材 100%國產化領跑全球

  超導功能顯著,研發卻不容易,最大的困境莫過于超導材料“卡脖子”。

  “超導材料要同時滿足‘零電阻’和‘高電阻’兩個條件,必須針對掛網柔直系統的目標量身打造,這就意味著需要依靠大量的實驗數據!表椖考夹g負責人、南方電網電力科技股份有限公司專家宋萌介紹。為了得到符合項目要求的超導材料,研發團隊搭建了大電流沖擊平臺,對上百種帶材進行了超過千次的沖擊實驗,“各項性能參數是相互制約,每一次沖擊都要從細微的變化反推背后的因素,得出定量化的參數修正指標,我們至少分析了上萬組數據!

  有了參數的支撐,材料的制備環節也是一大難關。面對只有萬分之一頭發絲厚度的十多個涂層,上百道制作工藝,項目團隊在1年多的時間里完成了近300項制備參數的調整、超過5000次對照試驗,終于成功研制出高性能雙面封裝高溫超導帶材(YBCO超導帶材),其綜合性能超過了國際同類產品,并實現批量化自主生產。

  歷時三年研制的超導直流限流器實現了100%自主研發,形成了包括“高性能雙面封裝帶材”、“高耐壓跨溫區高壓套管”等在內的多項創新技術亮點,申請了超過70個發明專利,奪取了超導電力裝備制造和應用的全球制高點。 

  值得一提的是,限流器應用于高壓直流電網中還是世界首次。超導項目專家們查閱了大量資料,并在之前積累的交流電阻型限流器的經驗基礎上,開展了進一步的研究,在新的超導材料和直流環境下,對其結構和線圈進行了重新設計和優化改造,最終研發了新型超導線圈結構,解決了絕緣、應力與傳熱三位一體綜合性難題,為維護大電網穩定提供了有力支撐。

  利用“長板”優勢 持續拓寬超導領域研究

  柔直系統有了“巨型膠囊”的加持,將有利于充分釋放柔直輸電潛能,讓更多的綠色風能并網運行,助力廣東打贏防治污染攻堅戰。截至目前,南澳柔直系統累計輸送廣東電網清潔風電11.91億度,相當于減排二氧化碳91.4萬噸。

  “我國科技領域的發展,需要形成我們的‘長板’優勢,沒有‘長板’就沒有話語權。電網的這個超導直流限流器就是我們的‘長板’!眹易罡呖萍吉劔@得者趙忠賢院士等超導領域和電力行業的多位院士、專家來這里“看望”巨型膠囊的時候曾指出,160千伏超導直流限流器已成為我國超導應用技術發展新的里程碑,在提高我國超導技術領域的自主供給能力的同時,為超導限流器在交直流輸配電網推廣應用奠定了基礎,并為保障大電網柔性互聯安全提供了工程技術解決方案。

  未來,南方電網廣東電網公司在繼續聚焦超導限流器這個先發優勢的基礎上,積極拓寬研究領域,其中包括超導電纜、超導儲能、超導風機等前沿科技,為電網的穩定運行提供強大的科技支持。(沈甸)



[編輯:黃強]

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