國內首臺采用國產有載分接開關的換流變壓器安裝現場李婧爾攝

近日，在西電東送重點工程——溪洛渡右岸電站送電廣東±500千伏同塔雙回直流輸電工程的受端從西換流站，隨著現場運行人員發布操作指令，從西換流站交流場的刀閘開關慢慢合上，電流瞬間從千里之外的西部，奔向東部地區。這標志著我國自主研發的首臺采用國產有載分接開關的換流變壓器成功投運。

這是我國在高端電力裝備研發方面取得的重大成果，我國在大容量有載分接開關領域實現了“從無到有，從有到優”的跨越式突破，高壓直流輸電系統“變速箱”實現了“中國制造”。

直流輸電系統調壓穩壓的核心部件

我國東西部跨度上千公里，“西電東送”大都采用長距離、大容量、高電壓的直流工程進行輸電，工程送端和受端站點均要用到重達300多噸的換流變壓器這種樞紐設備。而換流變壓器其中的一個關鍵部件——有載分接開關，是直流輸電系統調壓穩壓的核心部件，也是一個精密的機電設備。

“換流變壓器有載分接開關好比汽車的自動‘變速箱’，電壓調高調低，負荷調多調少，電流調大調小，都要通過它的檔位來調節。”南方電網超高壓公司生技部副總經理馮鶇形象地描述。

換流變壓器有載分接開關有1000多個零部件，切換次數非常頻繁，一年高達6000余次，一次切換包括9個過程，每次動作涉及到400多個零部件的精密配合，而且每個過程的時序配合為毫秒級，動作過程中涉及到電、熱、力多場耦合作用，這種時序配合的精度可比擬機械手表。

“由于可靠性要求極高，制造難度極大，這項技術一直掌握在外國少數廠家手里。設備維修也受限于外國廠家，一旦發生故障，只能更換同型號的進口產品，訂貨周期需要3到4個月。”南方電網超高壓公司廣州局副總經理汪洋說，“近些年來，進口的換流變壓器有載分接開關在運行中暴露出了機械開裂、絕緣劣化等問題，嚴重威脅著電網的安全運行。”

“產學研用”攻關團隊實現全鏈條國產制造

為了攻克這個“卡脖子”難題，南方電網超高壓公司組建了“產學研用”攻關團隊，聯合產業鏈上下游企業共同開展“大容量換流變壓器用6000kVA有載分接開關”關鍵技術國產化攻關。

針對進口設備暴露出的絕緣裕度不足、材料選型不合理、電氣設計不完善等問題，攻關團隊重點從設備結構、可靠性等方面開展攻堅，自主開展精細化建模仿真和真型樣機試驗驗證。

從200多萬種可能的結構中選出36種，再優中選優，最終選出最簡潔最平衡的有載分接開關拓撲結構。

“難度極大的是研發真空滅弧室，這是中高電壓電力開關的核心部件。”南方電網超高壓公司高級技術專家鄧軍回憶道，“研發之初，我們計劃采用進口真空滅弧室，經過深入研究分析，還是決定聯合國內領軍企業自主研發真空滅弧室，盡管這路會很艱難。”

經過計算、仿真、對比，攻關團隊開展了3000次性能檢測、37萬次負載切換、160萬次機械壽命、900萬次波紋管疲勞等試驗，最終研發出了真空滅弧室。

真空滅弧室的成功研發極大地鼓舞了攻關團隊，他們經過不懈努力，花了兩年時間接連突破了設計、制造、試驗和可靠應用一系列關鍵技術，成功研制出了我國首臺額定容量6000千伏安(kVA)、最大電壓6000伏特(V)、最大額定電流1300安培(A)的大容量換流變有載分接開關，實現了“原材料—組部件—整機”全鏈條的國產制造。

與同類進口產品相比，自主研發的換流變壓器有載分接開關性能更優。國產換流變壓器有載分接開關大的成功研制，將大幅減少工程建設投入，僅從設備成本方面估算，其可使新建一條特高壓直流輸電工程的費用節省近4000萬元，對提升“西電東送”主網架設備自主可控水平，帶動我國高端電工裝備產業鏈升級，以及保障我國能源電力供應的安全穩定具有十分重要的意義。