《超、特高压变压器/电抗器出线装置关键技术及工程应用》

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以超、特高压电网为骨干网架的电力能源互联是“一带一路”国家战略的组成部分和重要保障,超、特高压变压器/电抗器是电力能源互联的关键设备。其中,出线装置因多物理场协同优化和绝缘材料研制等技术难以突破,是变压器/电抗器中唯一未实现国产化的核心组件。自1979年中国建设第一回500kV平武超高压输电工程起,出线装置一直依赖进口,严重制约了中国能源互联发展和装备产业升级。因此,迫切需要攻克超、特高压出线装置关键技术,实现变压器/电抗器完全自主化。

出线装置连接线圈与套管,是变压器/电抗器的核心绝缘导流系统,在有限空间内承受高电压、大电流、长期振动等严苛工况。研发出线装置需在综合考虑电气、机械性能的情况下,优化配置绝缘结构,掌握材料配方与工艺,构建全工况等效试验评估体系。有三方面难题亟待攻克:出线装置尺寸紧凑,电场集中且非对称,承受器身传导振动等多应力作用,绝缘结构可靠性设计难度大;纸板成型件支撑大质量金属屏蔽管,需增加厚度和密度来提升机械强度,但会造成吸油性降低而影响电气强度,纸板成型件机械和电气强度协同提升难度大;出线装置运行工矿下的振动特性及绝缘放电规律复杂,影响因素多,全工况等效模拟试验难度大。

项目采用产学研模式联合攻关,取得三方面创新成果:提出异型隔栅、镂空撑条的支撑结构,增加了爬电距离及机械稳定性;提出装置整体结构设计方案,研制成功了330~1000kV全系列出线装置,绝缘裕度较进口产品提高5%以上。提出了出线装置用纸板多浆料混合配方及磨浆工艺,提高了纤维间结合力和吸油性,研制成功8mm超厚纸板。较进口产品,纸板电气强度提高5%,机械强度提高7%以上;提出粘接剂新配方和压接工艺,与常规粘结剂相比,粘结强度增加10%,局部放电起始场强提高了1倍;提出各向应力动态调整方法,解决了纸板成型件变形开裂问题,成型件最大收缩率较进口产品降低60%以上。

获得了出线装置三维振动特性、复杂油纸绝缘结构放电规律和低概率击穿电压特性,提出了机械和电气性能联合检测与评估方法,研制了全工况等效模拟试验装置,解决了独立考核难题。

项目获授权专利66项(发明专利21项),发表论文62篇,制定国家标准3项、团体标准和企业标准8项,获中国机械工业科学技术进步奖一等奖。项目成果打破了国外技术垄断,实现了出线装置批量化生产,已在7回特高压工程、国内外42回超高压工程中得到推广应用,产品还出口美国、加拿大等国。750kV及以下变压器/电抗器用出线装置及绝缘材料已全面替代进口。近三年,项目单位新增销售额8.99亿元,利润1.50亿元,节支超、特高压工程建设成本约7.24亿元。项目是电力装备制造领域的又一项重大突破,为中国重大装备“走出去”战略提供重要支撑。鉴定意见认为“项目成果达到同类产品国际先进水平,其中特高压出线装置结构设计和试验考核技术达到国际领先水平。”

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