6月9日，在康巴諾爾換流站人工短路試驗(yàn)現(xiàn)場，隨著一道弧光閃爍，阜諾線535kV直流斷路器在3ms內(nèi)完成開斷并實(shí)現(xiàn)重合閘操作，這標(biāo)志著由清華大學(xué)和北京電力設(shè)備總廠聯(lián)合研制的535kV直流斷路器圓滿完成人工短路試驗(yàn)，創(chuàng)新直流開斷技術(shù)和關(guān)鍵指標(biāo)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。
人工短路試驗(yàn)是直流電網(wǎng)調(diào)試階段中最為嚴(yán)苛的試驗(yàn)項(xiàng)目，本次試驗(yàn)的成功驗(yàn)證了清華首創(chuàng)的直流開斷技術(shù)先進(jìn)性及斷路器性能為工程的正式投運(yùn)奠定了扎實(shí)基礎(chǔ)。
康巴諾爾換流站所在的張北可再生能源柔性直流電網(wǎng)試驗(yàn)示范工程(簡稱張北柔直工程)是世界上首個(gè)真正具有網(wǎng)絡(luò)特性的超高壓柔性直流電網(wǎng)工程，也是世界上電壓等級(jí)最高(±500kV)、輸送容量最大(最大輸送能力4500MW、總換流容量9000MW)的柔性直流電網(wǎng)工程，工程核心技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備均為國際首創(chuàng)。作為2022年北京冬奧會(huì)重點(diǎn)配套工程，對于實(shí)現(xiàn)“零碳奧運(yùn)”具有重要意義。
作為柔性直流電網(wǎng)的核心裝備之一，直流斷路器起到關(guān)合、承載和開斷正?；芈窏l件下的電流、轉(zhuǎn)換系統(tǒng)運(yùn)行方式以及切斷故障電流對系統(tǒng)實(shí)行保護(hù)等重要作用。由于直流電流無自然過零點(diǎn)，需強(qiáng)迫過零，同時(shí)要綜合考慮燃弧時(shí)間和系統(tǒng)過電壓，因此開斷直流電流相比開斷交流電流要困難很多，高壓直流斷路器成為直流電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的瓶頸。
張北柔直工程采用混合式、機(jī)械式、耦合負(fù)壓式三種技術(shù)方案。其中清華大學(xué)與北電聯(lián)合研制的直流斷路器，采用創(chuàng)新型全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的耦合負(fù)壓技術(shù)路線，為張北柔直電網(wǎng)阜諾線的可靠、靈活、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供重要保障。
清華首創(chuàng)耦合負(fù)壓直流斷路器拓?fù)?，攻克世界性直流開斷技術(shù)難題
國際大電網(wǎng)會(huì)議(CIGRE)曾指出：“大容量直流開斷是一個(gè)世界性的難題”。面向高壓直流電網(wǎng)中的故障清除需求，以攻克世界性直流開斷技術(shù)難題為目標(biāo)，由清華大學(xué)電機(jī)系曾嶸教授、余占清副教授、黃瑜瓏副教授等師生和科研人員組成的直流技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)，依托清華大學(xué)電機(jī)系、能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院、清華四川能源互聯(lián)網(wǎng)研究院組成的“一系兩院”攻關(guān)平臺(tái)，在國際上首創(chuàng)耦合負(fù)壓混合式直流斷路器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，突破低損耗高可靠換流技術(shù)，解決電力電子開關(guān)雙向可控通流及高效大容量開斷問題等，研究成果完善了大容量直流超快速開斷理論和技術(shù)體系;并與北電聯(lián)合研制2臺(tái)超高壓535kV直流斷路器用于張北柔直工程。人工短路試驗(yàn)的成功驗(yàn)證了耦合負(fù)壓技術(shù)路線的優(yōu)異性能。
耦合負(fù)壓混合式直流斷路器 4 大技術(shù)優(yōu)勢
技術(shù)優(yōu)勢 1
低損耗高可靠的整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。包括僅由機(jī)械開關(guān)串聯(lián)組成的主通流支路、電力電子開關(guān)構(gòu)成的轉(zhuǎn)移支路和避雷器組成的能量吸收支路三個(gè)主要支路，突破了混合式斷路器的冷卻方式瓶頸，通態(tài)損耗顯著降低，無需水冷散熱，節(jié)省空間，可靠性高，運(yùn)行維護(hù)成本低。
技術(shù)優(yōu)勢 2
高冗余快恢復(fù)的主通流支路。主通流支路中快速機(jī)械開關(guān)采用多個(gè)100kV真空開關(guān)串聯(lián)，恢復(fù)快，可靠性高，單個(gè)真空開關(guān)電壓等級(jí)達(dá)到世界領(lǐng)先水平。
技術(shù)優(yōu)勢 3
高可控高可靠的故障換流方案。采用耦合負(fù)壓裝置實(shí)現(xiàn)換流，換流最大時(shí)間由斷路器內(nèi)部電路參數(shù)決定，可保證-25kA~0~+25kA全電流范圍內(nèi)高速可靠換流;不存在小電流情況下?lián)Q流時(shí)間長的問題，可控性強(qiáng)。
技術(shù)優(yōu)勢 4
高裕度高穩(wěn)定性的電力電子開關(guān)。轉(zhuǎn)移支路采用基于常規(guī)恢復(fù)速度二極管和復(fù)合非線性阻抗的交叉橋式電力電子單元拓?fù)?，比傳統(tǒng)斷路器方案節(jié)省40%的成本，關(guān)斷電流裕度大，可靠性高。
重要意義
經(jīng)過多年的創(chuàng)新研究和技術(shù)積累，清華大學(xué)已從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、換流方式、產(chǎn)品研制、工程應(yīng)用等方面突破了直流斷路器關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了直流斷路器系列化研制和規(guī)模化應(yīng)用。
至此，已研制成功375V/480V/10kV/40kV/80kV/500kV直流斷路器、目前世界上首套三端口直流斷路器，以及世界上電壓電流等級(jí)最高、開斷能力最強(qiáng)的535kV直流斷路器;并已與北京電力設(shè)備總廠、泰開集團(tuán)等企業(yè)完成成果產(chǎn)業(yè)化開發(fā)，在珠海唐家灣直流配電網(wǎng)、東莞交直流混合配電網(wǎng)、蘇州吳江直流配電網(wǎng)、張北柔直電網(wǎng)等工程中得到規(guī)模化應(yīng)用，保障了多個(gè)直流工程的安全可靠運(yùn)行，具有重要的學(xué)術(shù)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
此次535kV直流斷路器成功在張北柔直工程中示范應(yīng)用，不僅實(shí)現(xiàn)了科研服務(wù)國家重大戰(zhàn)略需求的新突破，同時(shí)也對推動(dòng)我國裝備制造的自主創(chuàng)新能力、助力我國柔性直流電網(wǎng)技術(shù)持續(xù)進(jìn)步具有重要意義。
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