世界首臺(tái)超高壓快速真空斷路器成功研發(fā)：從60毫秒到20毫秒的突破

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      如何加快適應(yīng)我國(guó)特高壓電網(wǎng)和新能源發(fā)展建設(shè)，確保電網(wǎng)安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行?如何進(jìn)一步提高傳統(tǒng)斷路器開(kāi)斷時(shí)間，解決沖擊電流過(guò)大?面對(duì)世界電力科技界共同矚目的攻關(guān)難題，近日傳來(lái)喜訊：363kV/5000A/63KA快速真空斷路器取得關(guān)鍵技術(shù)突破，將開(kāi)斷短路電流時(shí)間由60毫秒提升至10-20毫秒。

  60毫秒與20毫秒是什么感覺(jué)?根據(jù)醫(yī)學(xué)界定義，正常人眨動(dòng)一下眼睛約需要0.1秒時(shí)間，即100毫秒，60毫秒意味著來(lái)不及完成一次眨眼，20毫秒則相當(dāng)于眼皮顫動(dòng)一次。在電光火石瞬間，快速真空斷路器順利完成分閘動(dòng)作，成功切除電網(wǎng)故障線路，確保了電網(wǎng)設(shè)備、千家萬(wàn)戶百姓平穩(wěn)安全供用電。
  363kV/5000A/63KA快速真空斷路器項(xiàng)目自2011年著手，歷時(shí)7年攻堅(jiān)克難，連續(xù)突破了多項(xiàng)世界性技術(shù)難題。據(jù)黃永寧介紹，該項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了短路電流的開(kāi)斷能力由研發(fā)目標(biāo)的63千安提升到80千安，突破了目前傳統(tǒng)斷路器開(kāi)斷63千安短路電流的能力;實(shí)現(xiàn)了由60毫秒開(kāi)斷短路電流提升至10-20毫秒，突破了世界目前范圍已有真空斷路器開(kāi)斷短路電流速度;實(shí)現(xiàn)了363千伏電壓等級(jí)下對(duì)短路電流的直接開(kāi)斷，將在超高壓電網(wǎng)應(yīng)用方面取得新突破……”
  將快速斷路器動(dòng)作時(shí)間從60毫秒提速到20毫秒，對(duì)于普通的居民用電來(lái)說(shuō)，幾乎難以察覺(jué)，而縮短故障持續(xù)時(shí)間40毫秒，對(duì)于工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)用電則意義非凡。
  據(jù)相關(guān)資料顯示，近20年來(lái)，全世界由于電壓暫降(包括短時(shí)電壓中斷)造成的損失，約占工業(yè)樣本總損失的60%。如20世紀(jì)90年代末，英國(guó)某造紙廠因一次持續(xù)0.3秒的電壓暫降導(dǎo)致關(guān)鍵負(fù)荷裝置跳閘，生產(chǎn)線作業(yè)中斷，給企業(yè)帶來(lái)的直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)14萬(wàn)英鎊;據(jù)中國(guó)電力科學(xué)研究院對(duì)北京首都鋼鐵廠的調(diào)查，2002年企業(yè)發(fā)生電壓暫降情況19次，每次造成的直接經(jīng)濟(jì)損失折合人民幣達(dá)200-300萬(wàn)元人民幣。
  而當(dāng)短路故障發(fā)生時(shí)，363kV/5000A/63KA快速真空斷路器檢測(cè)到短路電流，在2毫秒內(nèi)預(yù)測(cè)電流過(guò)零點(diǎn)，控制器迅速反應(yīng)，發(fā)出分閘指令，超快速電磁斥力機(jī)構(gòu)收到分閘指令后開(kāi)始動(dòng)作，在5毫秒內(nèi)完成分閘操作，即斷開(kāi)故障電流。
  就如同人的手指忽然被針扎到，人體神經(jīng)中樞將信息迅速傳送至大腦，大腦收到指令后指揮手指動(dòng)作，在5毫秒內(nèi)完成手指離開(kāi)針尖的動(dòng)作，從而保護(hù)手指免受更大傷害。
  傳統(tǒng)斷路器開(kāi)斷時(shí)間長(zhǎng)、沖擊電流大，當(dāng)發(fā)生短路故障以后，繼電保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間通常在10到20毫秒，斷路器固有分閘時(shí)間為30到60毫秒，燃弧時(shí)間為10到20毫秒，再到故障切除時(shí)間更是長(zhǎng)達(dá)60毫秒至140毫秒。
  據(jù)業(yè)內(nèi)人士介紹，對(duì)于國(guó)內(nèi)50赫茲的電網(wǎng)，短路后5到10毫秒之內(nèi)就已達(dá)到?jīng)_擊電流峰值。而對(duì)于更高等級(jí)的363千伏電壓等級(jí)線路，國(guó)內(nèi)外較為先進(jìn)的六氟化硫斷路器分閘時(shí)間也在50毫秒以上。這意味著早在斷路器開(kāi)斷之前，系統(tǒng)的設(shè)備就已經(jīng)受到了五六次大電流的沖擊，后果可想而知。
  “從2011年確定研發(fā)快速真空斷路器，到2013年快速斷路器的分閘時(shí)間試驗(yàn)提升了5毫秒，每再提升1毫秒或者電壓等級(jí)再加高一點(diǎn)，就會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)現(xiàn)象、快速斷開(kāi)無(wú)法自愈合、設(shè)備不動(dòng)作等問(wèn)題，可謂困難重重?！?br />   為了突破一個(gè)個(gè)研發(fā)障礙，7年累計(jì)進(jìn)行了15000次試驗(yàn)，成功突破多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，終使得研制快速真空斷路器樣機(jī)的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。