項(xiàng)目名稱：超、特高壓變壓器/電抗器出線裝置關(guān)鍵技術(shù)及工程應(yīng)用

主要參與單位：中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司，泰州新源電工器材有限公司，常州市英中電氣有限公司，保定天威保變電氣股份有限公司，西安西電變壓器有限責(zé)任公司，西安交通大學(xué)，特變電工沈陽(yáng)變壓器集團(tuán)有限公司

項(xiàng)目簡(jiǎn)介：我國(guó)是世界上電力變壓器/電抗器制造和應(yīng)用第一大國(guó)，出線裝置作為其中唯一未實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的核心組件，曾長(zhǎng)期依賴進(jìn)口。項(xiàng)目組歷時(shí)8年，研制成功330～1000千伏全系列出線裝置,使超高壓出線裝置及絕緣材料全面替代進(jìn)口，特高壓變壓器/電抗器自主化率達(dá)到100%，已在7回特高壓工程、國(guó)內(nèi)外42回超高壓工程以及高鐵工程中得到應(yīng)用，部分產(chǎn)品出口至美國(guó)、加拿大等國(guó)，大大提升了我國(guó)電力裝備制造水平。

不能讓核心技術(shù)受制于人

超、特高壓變壓器/電抗器是電網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備，其中，出線裝置由于多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化、絕緣材料研制等技術(shù)難以突破，是唯一未實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的核心組件。

日前，由中國(guó)電科院牽頭實(shí)施的“超、特高壓變壓器/電抗器出線裝置關(guān)鍵技術(shù)及工程應(yīng)用”項(xiàng)目獲得2018年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人李金忠介紹：“長(zhǎng)期以來(lái)，由于基礎(chǔ)研究、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料配方和加工工藝等因素限制，國(guó)內(nèi)無(wú)法制造具有足夠機(jī)械和電氣強(qiáng)度的出線裝置。自1979年我國(guó)建設(shè)第一回500千伏平武超高壓輸電工程起，出線裝置一直依賴進(jìn)口，成為制約我國(guó)超、特高壓技術(shù)發(fā)展的瓶頸?！?/span>

為了改變核心技術(shù)與工程建設(shè)受制于人的局面，國(guó)務(wù)院將“1000千伏特高壓交流輸變電成套設(shè)備的研制，全面掌握500千伏交直流和750千伏交流輸變電關(guān)鍵設(shè)備制造技術(shù)”列為國(guó)家重點(diǎn)科研任務(wù)，超、特高壓出線裝置研發(fā)被明確列入《國(guó)務(wù)院關(guān)于加快振興裝備制造業(yè)的若干意見(jiàn)》《中國(guó)制造2025》。

攻克關(guān)鍵技術(shù)難題

項(xiàng)目組依托國(guó)家科技支撐計(jì)劃、火炬計(jì)劃等，將科技創(chuàng)新和產(chǎn)品研發(fā)緊密結(jié)合，對(duì)出線裝置關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)了一系列自主創(chuàng)新。

“出線裝置結(jié)構(gòu)尺寸緊湊，電場(chǎng)集中且非對(duì)稱，同時(shí)還要承受器身傳導(dǎo)振動(dòng)等多應(yīng)力作用，絕緣和機(jī)械結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)難度非常大?！表?xiàng)目組技術(shù)專(zhuān)家、保變電氣劉東升介紹說(shuō)，“項(xiàng)目研究前我國(guó)沒(méi)有超、特高壓出線裝置設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，項(xiàng)目組從零開(kāi)始，建立超、特高壓出線裝置的電、磁、力多物理場(chǎng)分析模型，通過(guò)大量細(xì)致的基礎(chǔ)理論研究及仿真分析，最終形成油紙絕緣結(jié)構(gòu)與電極形狀、尺寸的設(shè)計(jì)方案?！?/span>

由于機(jī)械和電氣性能要求高，超、特高壓出線裝置制造需使用8毫米超厚絕緣紙板及成型件。此前，國(guó)產(chǎn)絕緣紙板厚度最大為5毫米，密度低，強(qiáng)度差。由于纖維搭配及形態(tài)控制技術(shù)不足，國(guó)內(nèi)廠家長(zhǎng)期以來(lái)不具備生產(chǎn)高端電力設(shè)備用高密度厚絕緣紙板的能力。項(xiàng)目組技術(shù)專(zhuān)家泰州新源電工高步林介紹：“紙板制造中，提高密度可增強(qiáng)紙板的機(jī)械強(qiáng)度，但吸油性會(huì)隨之降低，導(dǎo)致電氣強(qiáng)度下降，紙板機(jī)械和電氣性能的協(xié)同提升是整個(gè)行業(yè)的難題。提高紙板厚度時(shí)，由于纖維間結(jié)合力不足，5毫米及以上超厚紙板極易分層，解決以上問(wèn)題難度很大?！?/span>

項(xiàng)目組通過(guò)大量的纖維微觀形態(tài)分析和工藝方法試驗(yàn)研究，掌握了紙板中木漿纖維形態(tài)配合與纖維之間結(jié)合力、密度、吸油性的變化規(guī)律，提出新型多漿料配方和磨漿工藝，使?jié){料中的纖維形態(tài)得到了有效控制，提高了紙板密度，并且調(diào)和了紙板密度和吸油性之間的矛盾。項(xiàng)目組研制的高密度絕緣紙板較國(guó)產(chǎn)常規(guī)紙板厚度增加60%，密度增加14%，吸油性增加10%，較進(jìn)口產(chǎn)品電氣強(qiáng)度提高約5%、機(jī)械性能提高7%以上。

此外，項(xiàng)目組技術(shù)專(zhuān)家孫建濤介紹，國(guó)外出線裝置無(wú)單獨(dú)進(jìn)行電氣性能試驗(yàn)考核的方法和手段，裝置通過(guò)與變壓器/電抗器本體組裝后，利用整體試驗(yàn)項(xiàng)目間接進(jìn)行檢驗(yàn)，考核不嚴(yán)格。試驗(yàn)期間出線裝置一旦發(fā)生放電，將對(duì)設(shè)備本體造成損傷，經(jīng)濟(jì)損失巨大，因此亟須解決出線裝置獨(dú)立試驗(yàn)的難題。

基于以上問(wèn)題，項(xiàng)目組通過(guò)研究復(fù)雜油紙絕緣結(jié)構(gòu)局部放電規(guī)律，發(fā)明了多層油隙球型均壓結(jié)構(gòu)，模擬出線裝置與變壓器/電抗器本體連接時(shí)的電場(chǎng)分布，電場(chǎng)等效程度達(dá)95%以上；以安全運(yùn)行60年為目標(biāo)，提出了1.5倍最高運(yùn)行電壓10小時(shí)長(zhǎng)時(shí)工頻耐壓試驗(yàn)方法；結(jié)合我國(guó)實(shí)際運(yùn)輸條件，提出了10～500赫茲寬帶隨機(jī)振動(dòng)加10克沖擊振動(dòng)試驗(yàn)方案。項(xiàng)目研制的獨(dú)立試驗(yàn)系統(tǒng)支撐了特高壓出線裝置的自主研發(fā)，建立的標(biāo)準(zhǔn)體系填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外在該技術(shù)領(lǐng)域的空白。

高端裝備走出國(guó)門(mén)

項(xiàng)目成功研制了我國(guó)首個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的1000千伏特高壓出線裝置以及330～1000千伏電壓等級(jí)全系列產(chǎn)品，絕緣性能更優(yōu)。8毫米厚絕緣紙板及成型件在電氣強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、收縮率等方面均優(yōu)于國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品。

自2013年9月在皖電東送特高壓工程首次應(yīng)用以來(lái)，已有31套我國(guó)自主研制的特高壓出線裝置應(yīng)用于浙北—福州、錫盟—山東等7回工程中，524套超高壓出線裝置應(yīng)用于甘肅橋?yàn)场⑻m州東擴(kuò)建工程、國(guó)電大渡河、金中等42回工程中。我國(guó)自主研制的出線裝置還出口至美國(guó)、加拿大、白俄羅斯、印度、菲律賓、越南等國(guó)。

核心技術(shù)的突破有效平抑了高端輸變電產(chǎn)品的價(jià)格，特高壓出線裝置進(jìn)口價(jià)格由每套200多萬(wàn)元大幅降至60萬(wàn)元左右，超高壓出線裝置由每套60萬(wàn)元降至12萬(wàn)元左右，為我國(guó)超、特高壓工程節(jié)約成本上億元。

項(xiàng)目研制的絕緣紙板、成型件及出線裝置打破了國(guó)外在關(guān)鍵絕緣材料及組件供貨領(lǐng)域的壟斷地位，使我國(guó)特高壓變壓器/電抗器的自主化率達(dá)到了100%，打通了超、特高壓變壓器/電抗器自主化研制的最后一公里。項(xiàng)目成果推動(dòng)了我國(guó)變壓器/電抗器裝備制造技術(shù)由長(zhǎng)期跟隨發(fā)達(dá)國(guó)家邁入國(guó)際一流行列，并實(shí)現(xiàn)了高端裝備走出國(guó)門(mén)，對(duì)提升我國(guó)電力裝備制造業(yè)水平意義重大。