Недавно элегазовое распределительное устройство (КРУЭ) 800 кВ / 80 кА / 8000 А, самостоятельно разработанное компанией XD High Voltage (входит в состав China Electrical Equipment Group), успешно прошло все типовые испытания в Сианьском научно-исследовательском институте высоковольтных электрических аппаратов. Это знаменует собой успешную разработку первой в мире высокопараметрической, высоконадежной и высокозаменяемой КРУЭ 800 кВ большой мощности. Данное достижение заложило прочный фундамент для непрерывных инноваций Китая в области ключевых технологий КРУЭ большой мощности и стало важным шагом в переходе национальной промышленности по производству электротехнического оборудования от статуса «догоняющего» к статусу «идущего вровень» и даже «лидера». Семейство КРУЭ 800 кВ совершило очередной крупный технологический прорыв, что в полной мере демонстрирует стремление и ответственность группы компаний в покорении научно-технических вершин и решении критически важных проблем отрасли.
I. 1. История разработки
С развитием экономики и общества Китая, а также потребностью в переходе на экологически чистую энергию, масштабы энергосистемы продолжают расширяться. На многих отечественных подстанциях последовательно возникли проблемы превышения или угрозы превышения токов короткого замыкания. С подключением новых источников энергии и вводом в эксплуатацию сопутствующих проектов постоянного тока эта проблема стала еще более острой, превратившись в серьезную задачу для обеспечения безопасной и стабильной работы энергосистемы. Северо-западная энергосистема, являющаяся центральным узлом для передачи чистой энергии, предъявляет все более высокие требования к пропускной способности, а также к уровню безопасности и стабильности работы. Это привело к тому, что на все большем количестве объектов 750 кВ ток короткого замыкания превысил 63 кА. Риски безопасности, такие как потеря устойчивости сети 750 кВ и даже масштабные отключения электроэнергии, становятся все более заметными, создавая серьезную угрозу для надежной работы энергосистемы 750 кВ. В связи с этим возникла острая необходимость в разработке КРУЭ (GIS) 800 кВ / 80 кА с независимыми правами интеллектуальной собственности. В то же время развитие энергосистем нового типа предъявляет более высокие требования к разработке высокомощного оборудования КРУЭ 800 кВ.
Высокие требования к параметрам
С увеличением токов короткого замыкания и номинальных токов в сетях 750 кВ стандартные изделия на 63 кА / 6300 А все меньше соответствуют потребностям развития энергосистемы. Пользователям срочно требуется оборудование КРУЭ с более высокими параметрами и большей мощностью.
2.Высокие требования к надежности
Подстанции 750 кВ в Северо-Западной энергосистеме являются ключевыми узлами для передачи электроэнергии, что предъявляет повышенные требования к надежности изоляции, механических характеристик, токопроводимости, динамической и термической стойкости, а также отключающей способности.
3.Высокие требования к взаимозаменяемости
Для решения проблемы превышения токов короткого замыкания на существующих объектах 750 кВ заказчику крайне важно повысить технические параметры оборудования без изменения присоединительных размеров, существующих фундаментов и других элементов инфраструктуры.
Повышение параметров привело к ряду проблем, которые необходимо преодолеть. Например, при выполнении выключателем испытания T100a на отключение с удлиненной большой полуволной, когда постоянная времени составляет 120 мс, длительность полуволны может достигать 15,3 мс, а пиковое значение тока короткого замыкания — 188 кА. При проведении испытаний разъединителя на коммутацию тока перетока сборных шин при высоких параметрах ток переключения достигает 400 А, напряжение переключения — 625 В, а количество циклов коммутации составляет 100 раз. При этом требуется, чтобы диэлектрическая прочность межконтактного промежутка не снижалась после интенсивной эрозии электрической дугой. В условиях столь высоких токов проблема эрозионной стойкости деталей и успешного прохождения испытаний стала основной трудностью и ключевым моментом в разработке. В то же время для повышения отключающей способности и способности к коммутации тока перетока традиционным подходом является увеличение скорости, энергии оперирования и габаритов. Однако повышение скорости и энергии оперирования означает снижение надежности и усиление вибраций, что противоречит требованиям заказчиков к высокой надежности. Увеличение же габаритов не только означает рост площади застройки новых подстанций, но и затрудняет модернизацию существующих объектов, что вступает в противоречие с требованиями заказчиков к высокой взаимозаменяемости. Все это привело к тому, что самостоятельная разработка мощного оборудования КРУЭ 800 кВ, отвечающего требованиям «трех высоких показателей», является крайне сложной задачей, и аналогичных продуктов не существует ни в стране, ни за рубежом.
II. Сосредоточение усилий на решении критических проблем («узких мест») и прорыв в технических задачах «трех высоких показателей»
В январе 2024 года компания XD High Voltage Electric (Xikai Electric) приняла решение сконцентрировать передовые ресурсы на самостоятельной разработке КРУЭ (GIS) 800 кВ / 80 кА / 8000 А. Для решения проблем, связанных с высокими параметрами, высокой надежностью и высокой взаимозаменяемостью продукции, компания заранее развернула работу и обеспечила тесное взаимодействие нескольких департаментов. Используя технологические решения нового поколения, после непрерывных поисков и испытаний, команда в конечном итоге преодолела многочисленные технические барьеры и успешно завершила типовые испытания изделия.
1.В части высоких параметров
Номинальное напряжение данного изделия составляет 800 кВ, номинальный ток — 8000 А, кратковременно выдерживаемый ток — 80 кА (3 с), пиковый выдерживаемый ток — 216 кА. Автоматический выключатель обладает способностью отключения токов короткого замыкания с высокими параметрами: ток отключения 80 кА, постоянная времени 120 мс. Разъединитель обладает способностью коммутации токов переключения шин с высокими параметрами: ток переключения 4000 А, напряжение переключения 625 В, количество циклов коммутации — 100. Быстродействующий заземлитель обладает коммутационной способностью, превышающей класс C: электромагнитная индукция 800 А / 70 кВ, электростатическая индукция 150 А / 180 кВ, а также способностью включения на ток высокого напряжения при коротком замыкании 216 кА.
2.Высокая надежность
Электрическая надежность: изделие обладает изоляционной способностью на высоте до 3000 м над уровнем моря, а автоматические выключатели соответствуют высшим параметрам, установленным стандартами классов E2-C2. В процессе проектирования нового изделия изоляционные характеристики были дополнительно улучшены за счет оптимизации конструкции и усиления контроля технологических процессов на предмет отсутствия посторонних предметов. Механическая надежность: изделие соответствует требованиям к механическому ресурсу класса M2. Мощность оперирования разъединителей и заземлителей соответствует стандартным изделиям на 63 кА. В автоматическом выключателе используется принцип дугогашения нового поколения с двухразрывной компоновкой; его мощность оперирования составляет 60% от мощности стандартных изделий на 63 кА, что является наименьшим показателем среди всех известных выключателей 800 кВ (включая стандартные модели). Снижение или сохранение мощности оперирования, с одной стороны, значительно повышает механическую надежность, а с другой — снижает вибрационные удары, что благоприятно сказывается на надежности изоляции основных компонентов и исключает необходимость дополнительного усиления фундамента. Применимость изделия: широкий спектр сценариев использования, выдерживает экстремальные условия от -40°C до 55°C.
3.Высокая взаимозаменяемость
Интерфейсные размеры, общие габариты и размеры фундамента КРУЭ (GIS) большой мощности 800 кВ / 80 кА / 8000 А полностью соответствуют существующим изделиям нашей компании на 63 кА. Размеры основных компонентов, таких как вводы, заземлители и шины, идентичны стандартным изделиям. Это не только гарантирует возможность модернизации существующих подстанций КРУЭ с увеличением мощности на месте без изменения фундамента, но и обеспечивает огромное удобство для последующего расширения объектов.
III. Инновационное лидерство: от теоретического прорыва до разработки и применения новых продуктов
Успешная разработка первого в мире высокомощного КРУЭ (GIS) 800 кВ / 80 кА / 8000 А восполнила пробел на внутреннем рынке, обеспечила локализацию производства мощного коммутационного оборудования в Китае и позволила накопить богатый технический опыт для самостоятельных разработок. Важнейшим достижением стало внедрение командой проекта технологии прогностического моделирования в процесс разработки. Прогностическое моделирование подразумевает точную симуляцию и прогнозирование различных характеристик в виртуальной среде на этапе проектирования, формируя замкнутый цикл «проектирование — моделирование — оптимизация». Это позволило совершить прорыв «от нуля к единице», когда моделирование эффективно направляет процесс создания продукта. Использование данной технологии для предварительной оптимизации изоляционных, механических, коммутационных и тепловых характеристик обеспечило переход от «итераций на основе опыта» к «прогностическому проектированию». Это позволило достичь цели «успех с первого испытания» и значительно сократить цикл разработки высокомощного оборудования.
China Electrical Equipment Group решительно реализует стратегию развития, ориентированную на инновации, внедряя научно-технические достижения на всех этапах деятельности предприятия. Компания продолжает наращивать инвестиции в НИОКР и прилагает все усилия для решения ключевых технологических задач. Это придает мощный импульс развитию высококачественного производства электроэнергетического оборудования в Китае и строительству современной промышленной державы, открывая новую главу в достижении технологической самодостаточности и независимости в новую эпоху.