11月27日，在南方电网公司西电东送重点工程——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，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。这标志着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。
这是我国在高端电力装备研发方面取得的重大成果，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。
时序配合精度堪比机械手表
关键设备技术长期受制于人
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就是有载分接开关，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。”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国外少数厂家手里。设备维修也受限于国外厂家，一旦发生故障，只能更换同型号的进口产品，订货周期需要3—4个月。”超高压公司广州局副总经理汪洋说，“近些年，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。”
实现全链条国产制造
一个特高压工程可节省近4000万元
为了攻克这个“卡脖子”难题，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6000千伏安有载分接开关”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。超高压公司高级技术专家邓军介绍，攻关团队结合多年运维经验，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。
攻关团队重点从设备结构、可靠性等方面开展攻坚，从200多万种可能的结构中选出36种，再优中选优，最终选出最简洁最平衡的有载分接开关拓扑结构。
“核心器件研发过程中，难度极大的是真空灭弧室，这是中高电压电力开关的核心部件。”邓军回忆，研发之初，攻关团队计划采用有成熟应用经验的进口真空灭弧室，但经过深入研究分析，还是决定联合国内领军企业自主研发真空灭弧室。“既然要做成世界领先，那就所有东西都要领先。”邓军说。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。
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6000千伏安、最大电压6000伏、最大额定电流1300安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。
“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。”超高压公司创新部副总经理陈欢说，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。
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，以及保障我国能源供应的安全稳定具有十分重要的意义。
