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全球电压等级最高超导直流限流器试运行
2020/8/26 6:18:20    新闻来源:中国能源报

( 2020年08月24日   第 19 版)

  本报讯  记者路郑报道:8月17日,世界电压等级最高、容量最大的160千伏超导直流限流器“走出实验室”,在广东汕头南澳柔性直流系统挂网试运行。

  南澳岛风力资源丰富,世界首个多端柔性直流输电工程——南澳±160千伏多端柔性直流输电示范工程2013年在此投运。随着越来越多的风能并网,这个“超级工程”需要应对的故障电流也随之增大,世界首台160千伏超导直流限流器,提供了有效的解决方案。

  “如果柔直系统发生故障,我们需要及时用断路器隔离故障。故障电流越小,越容易断开。”广东电网电力科学研究院相关负责人介绍,超导直流限流器作为限制故障电流的一种装置,可以将故障电流限制到较低水平,为断路器切断故障创造最好的条件,大大提升隔离故障的效率和成本,提升柔直系统的安全性和可靠性。

  在南澳金牛换流站,这个形似“巨型胶囊”、重达82吨的超导直流限流器,利用超导独特的“零电阻”和“超导态-正常态转变”特性,限流器可以不依赖任何监测装置,在感应到故障电流的瞬间响应触发,自动完成全部限流保护过程,并在故障清除后自动恢复超导特性。“这家伙在正常运行时就像一根隐形的导线,没有电阻,一旦发生短路故障,将在1毫秒内迅速转为大电阻,起到限制故障电流的作用,这就是超导的奥妙。”广东电网电力科学研究院相关负责人说。

  “国际上没有高压超导直流限流器的先例可循,意味着160千伏超导直流限流器从设计到开发都只能通过自主创新来实现。” 项目技术负责人、广东电网能源技术公司专家宋萌介绍,这台历时3年研制的超导直流限流器实现了100%自主研发,形成了包括“高性能双面封装带材”、“高耐压跨温区高压套管”等在内的多项创新技术亮点,申请了超过60个发明专利,抢占了超导电力装备制造和应用的全球制高点。

  研发最大的困境,莫过于超导材料“卡脖子”。“超导材料不仅要同时满足'零电阻'和'高电阻'两个条件,工艺、成分、参数需针对挂网柔直系统的目标量身打造,这就意味着需要依靠大量的实验数据。”宋萌介绍,限流器能够承受多大的故障电流,呈现多大的电阻是研发的关键。为了得到符合项目要求的超导材料,研发团队搭建了大电流冲击平台,对上百种带材进行了超过千次的冲击实验,“各项性能参数相互制约,每一次冲击都要从细微的曲线变化反推背后的复杂因素,得出定量化的参数修正指标,我们分析了至少上万组曲线。”

  在材料制备的环节,面对只有万分之一头发丝厚度的十多个涂层,上百道制作工艺,项目团队在1年多的时间里完成了近300项制备参数的调整、超过5000次对照试验,对不同的超导材料开展样品实验和缺陷分析,终于成功研制出电阻型超导限流器用高性能高温超导带材(YBCO超导带材),并实现批量化自主生产。

  “南澳柔直系统就像是为超导直流限流器量身打造的'工作岗位',让科研成果走出实验室,有了用武之地。”示范工程系统调试现场负责人、广东电网能源技术公司专家盛超介绍,未来柔直系统有了“巨型胶囊”的加持,将有利于充分释放柔直输电潜能,让更多的绿色风能并网运行,助力打赢防治污染攻坚战。截至目前,南澳柔直系统已累计往大陆输送清洁风电11.56亿度,相当于减排二氧化碳88.73万吨。

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