11月27日，在南方电网西电东送重点工程——溪洛渡右岸电站送电广东±500千伏同塔双回直流输电工程的受端从西换流站，我国自主研发的首台采用国产有载分接开关的换流变压器成功投运。标志着我国在高端电力装备研发方面取得重大成果，换流变压器有载分接开关“卡脖子”难题得到有效化解，对带动相关产业技术升级具有重要意义。
▲南方电网±500千伏溪洛渡直流工程从西换流站。李品/摄
时序配合精度可比拟机械手表
我国东西部跨度上千公里，西电东送大都采用长距离、大容量、高电压的直流工程进行输电，工程送端和受端站点均要用到重达300多吨的换流变压器这种枢纽设备。而换流变压器有一个关键的部件——有载分接开关，它是直流输电系统调压稳压的核心部件，也是一个非常精密的机电设备。
“换流变压器有载分接开关好比汽车的自动‘变速箱’，电压调高调低，负荷调多调少，电流调大调小，都要通过它的档位来调节。”南方电网超高压公司生技部副总经理冯鸫说。
据介绍，换流变压器有载分接开关有1000多个零部件，切换次数非常频繁，一年高达6000余次，一次切换包括9个过程，每次动作涉及到400多个零部件的精密配合，而且每个过程的时序配合为毫秒级，动作过程中涉及到电、热、力多场耦合作用，这种时序配合的精度可比拟机械手表。
“由于可靠性要求极高，制造难度极大，这项技术一直掌握在外国少数厂家手里。设备维修也受限于外国厂家，一旦发生故障，只能更换同型号的进口产品，订货周期需要三至四个月。”南方电网超高压公司广州局副总经理汪洋说，“近些年来，进口的换流变压器有载分接开关在运行中暴露出了机械开裂、绝缘劣化等重大问题，严重威胁着电网的安全运行。”
“要做就做成世界领先”
为了攻克这个“卡脖子”难题，南方电网超高压公司组建了“产学研用”攻关团队，联合产业链上下游企业共同开展“大容量换流变压器用6000kVA有载分接开关”关键技术国产化攻关。
面对重重困难，攻关团队做好了充足准备。南方电网超高压公司高级技术专家邓军说：“我们结合多年运维经验，针对进口设备暴露出的绝缘裕度不足、材料选型不合理、电气设计不完善等问题，自主开展精细化建模仿真和真型样机试验验证，逐个攻克难题，一步一步跨过难关。”
攻关团队重点从设备结构、可靠性等方面开展攻坚。团队从200多万种可能的结构中选出36种，再优中选优，并规避国际产权纠纷，最终选出最简洁最平衡的有载分接开关拓扑结构。其次，重点开展核心器件研发，其中难度极大的就是研发真空灭弧室（真空灭弧室，又叫真空开关管，是中高电压电力开关的核心部件。其主要作用是通过管内真空优良的绝缘性使中高电压电路切断电源后，能迅速熄弧并抑制电流，避免发生事故）。
“我们研制的产品不论从电压、容量还是电流，都是目前世界上最高等级的，这对真空灭弧室的要求非常苛刻。”邓军介绍，研发之初，他们想采用有成熟应用经验的进口真空灭弧室，但是经过深入研究分析，认为既然要做成世界领先，那就所有东西都要领先，于是就决定联合国内领军企业自主研发真空灭弧室。
经过计算、仿真、对比，他们开展了3000次性能检测、37万次负载切换、160万次机械寿命、900万次波纹管疲劳等试验，最终研发出了真空灭弧室。
功夫不负有心人。经过两年坚持不懈的努力，攻关团队突破了设计、制造、试验和可靠应用一系列关键技术，成功研制出了我国首台额定容量6000kVA、最大电压6000V、最大额定电流1300A的大容量换流变有载分接开关，实现了“原材料-组部件-整机”全链条的国产制造。
一个特高压工程可节省成本近4000万元
“单击牛从乙极1、极2启动按钮！”
“执行！”
随着现场运行人员操作指令发布，从西换流站交流场的刀闸开关慢慢合上，电流瞬间从千里之外的西部，源源不断地奔向东部地区。我国在大容量有载分接开关领域实现了“从无到有，从有到优”的跨越式突破，高压直流输电系统“变速箱”实现了“中国制造”。
▲国内首台采用国产有载分接开关的换流变压器安装现场。李婧尔/摄
“与同类进口的产品相比，国产的换流变压器有载分接开关结构更合理、选材更优良、指标更优异，在现行IEC和国家标准基础上提高了2项试验考核指标，新增了1项性能验证和3项性能摸底试验。经行业权威机构鉴定取得国际领先评价，打破了西方企业的技术垄断，不仅实现了国产化，并且达到了性能更优。”南方电网超高压公司创新部副总经理陈欢说，“设备研制成功，证明了只要给他们机会，国内厂家也可以生产出媲美进口的优质产品。”
南方电网超高压公司副总经理刘相枪表示：“我们的攻关团队敢啃硬骨头、敢接硬任务、敢挑重担子，通过坚持不懈的努力，不断取得新进展、新突破、新成效，这是我们‘胸怀大局、迎难而上、自立自强、永攀高峰’精神品质的最好体现”。
据介绍，国产换流变压器有载分接开关大的成功研制，将大幅减少工程建设投入，仅从设备成本方面估算，新建一条特高压直流输电工程可以节省费用近4000万元，对提升西电东送主网架设备自主可控水平，带动我国高端电工装备产业链升级，以及保障我国能源电力供应的安全稳定具有十分重要的意义。
