《适用于海外市场的超高压开关设备自主开发及应用》

420kV电压等级超高压开关设备广泛用于欧洲、东南亚、中东等地区,并且是欧洲、中东等跨国互联电网的主干网架,但绝大部分国际市场被ABB、西门子、阿海珐等国际知名公司占据。为响应国家“一带一路”战略部署,打破国外行业巨头在国际市场上的垄断局面,突破国外技术壁垒,平高集团有限公司开展适用于国际市场的420kV开关设备关键技术研究和产品研制工作。

该项目需攻克以下技术难题:1)隔离开关超强息弧能力研究及耐烧蚀触头结构设计:隔离开关多次开断感应电流及充电电流后触头烧蚀非常严重,电场急剧劣化,燃弧时间增长,甚至导致开断失败。因此需研制新型触头结构,提升开断能力,降低电弧烧蚀。2)420kV大容量短路电流条件下灭弧室开断性能分析:断路器开断过程中,不同压强、不同温度下SF6等离子体的物性参数以及电弧燃烧过程中能量的耗散是决定断路器开断性能的重要因素,因此针对420kV电压等级及50kA的开断电流,研制开断性能优异的断路器是该项目的一个难点。3)超大功率操动机构设计:提升断路器的运动速度将可有效提升断路器的开断能力,但会大幅增加操动机构的操作功,因此开发超大功率的操动机构也是该项目的一个难点。

该项目重点开展耐烧蚀的隔离开关触头结构研究、灭弧室开断技术研究及大功率液压碟簧机构研究。具有以下创新点:

1)设计了一种隔离开关,基于该隔离开关发明了一种具有锁紧环装置的压力容器,提高了开关设备装配效率;同时设计了一种由铜质线圈绕制的电磁灭弧装置,该装置可有效减少隔离开关弧触头烧蚀,大幅增强了熄弧能力,有力提高了隔离开关开断电流的稳定性和可靠性。

2)建立断路器灭弧系统,研究灭弧室的气室压力特性、喷口气流特性和零后介质恢复特性、热场分布、运动系统等关键内容,掌握了开断短路电流50kA、关合峰值电流135kA等大容量开合技术难题,研制出单断口断路器,拥有完全自主知识产权,填补了国内空白。

3)设计多级阀缓冲机构,通过对液压碟簧机构关键件进行仿真研究,获得主要结构参数对液压系统输出特性的影响趋势和规律,大幅提高了大功率液压碟簧机构的稳定性和可靠性。

该项目获知识产权14项,其中发明专利9项,实用新型专利5项,发表论文4篇,其中核心期刊论文3篇。

通过对该项目关键技术研究及应用,掌握了420kV开关设备关键技术,研制出具有完全自主知识产权的高可靠性420kV开关设备。主要技术参数为额定电流4000A,额定短路开断电流50kA,机械寿命10000次。项目通过中国机械工业联合会组织的新产品鉴定会,以邱爱慈院士为主任的专家委员会鉴定为国际先进水平。

在国际市场,420kV开关设备在印度Kishanganj、Vemagiri、Cuddapah和波兰的波莫扎内等工程中应用,近三年累计应用152个间隔,新增销售额5.9余亿元,新增利税15057万元。所有设备运行情况良好、稳定可靠,满足了超高压交流输电工程要求,为公司带来了显著的经济效益。

成果说明

应用该项目技术开发的420kV开关设备,在平高集团已进行量产并应用于多个工程。在国际市场,420kV开关设备已成功应用于印度kishanganj、Vemagiri(维玛吉瑞)、Cuddapah(古德博)、波兰波莫扎等输变电工程,应用152个间隔,近三年销售额达5.9亿多元。目前所有设备运行情况良好、稳定可靠。该产品在国际市场的成功应用,响应了国家“一带一路”战略部署,为国家民族装备制造业走出国内增光添彩。

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