再次攻克大容量发断核心技术难题
中国西电集团研制成功百万千瓦机组用发电机断路器成套装置
近日，中国西电集团成功研制百万千瓦机组水电、火电用发电机断路器，并通过集团鉴定验收，综合性能达到国际领先水平，填补了国内空白。这是继集团公司掌握40万千瓦、60万千瓦、80万千瓦机组用大容量发电机断路器成套装置技术后的又一重大突破，标志着中国西电集团关键“卡脖子”技术难题再下一城，为我国重大技术装备国产化做出了重要贡献。
图为中国西电集团成功研制的百万千瓦级水电、火电机组用发电机断路器。王桂林 摄
攀登科研高峰，永不止步
“我们并没有停止科研攀登的脚步，技术团队必须继续向百万机组用发电机断路器的研制进发。”
发电机断路器是安装于发电机出口与变压器之间的大电流断路器，主要用于保护发电机和变压器，能有效提高系统的安全性，并方便调试维护，经济效益明显。但这一高端装备的制造技术长期被国外企业所掌握，每年国家需要花费大量外汇进口。为实现重大装备国产化，攻破核心技术难题，从2008年起，中国西电集团与三峡集团决定联合研发发电机断路器产品。
经过多年艰辛研制，2011年、2012年，中国西电集团先后成功完成60万千瓦、80万千瓦机组用发电机断路器的研制；2018年，又研制成功40万千瓦机组用发电机断路器，初步实现了产品系列化，为掌握更高等级技术积累了有效经验。
根据百万机组系统参数的设定，发电机断路器应满足额定短路开断电流170千安的要求。“我们并没有停止科研攀登的脚步，技术团队必须继续向百万机组用发电机断路器的研制进发。”项目负责人表示。于是，从2018年起项目团队开启了170千安发电机断路器的攻坚之路。
同其他装备制造一样，产品研制的过程都必须经历设计、试制和试验等环节。但对于重大关键装备而言，每项环节都充满了挑战，没有持续的技术储备和强大的项目团队，要想完成关键核心技术攻关可谓困难重重。
为此，中国西电集团持续加大技术投入和人才培养，充分发挥在输配电装备制造领域六十多年的深厚技术积累，持续发挥资源和人才优势，坚决扛起了170千安发电机断路器研发的重任。从设计到仿真（包括开断、温升、机械、绝缘等），再到关键零部件的材料、加工工艺及装配工艺的严格把控，西电人勇往直前、永不言败，在多方的共同努力和精诚协作下，最终啃下了这块“硬骨头”。
掌握关键技术，坚持不懈
“国内没有可供参考的经验，国外也只有极少数企业掌握这一核心技术，研发设计难度极大。”
与80万千瓦机组用发电机断路器相比，170千安产品的开断电流更大，必须满足大型电站中百万千瓦机组的控制和保护，不但是产品等级提高了，研发难度更是成倍增加。“但国内没有可供参考的经验，国外也只有极少数企业掌握这一核心技术，研发设计难度极大。”设计人员说。
170千安发电机断路器的参数常常几倍于线路断路器，是大容量发电机断路器研发的关键点和难点。额定电流是产品长期运行可靠性的重要参数，需要解决导体温升、绝缘件老化等高温环境下暴露出的各种问题。在额定短路开断过程中，断口间会产生温度极高的电弧等离子体。而电流过零时断口间温度需要在数微秒内下降到一定的温度，这是断路器能够开断的必要条件，其难度很大。同时，断口间的数万度的高温等离子体，对灭弧室内各零部件的烧蚀也十分严重，所以如何对各零部件进行耐烧蚀的设计和保护，也是一件棘手的难题。
为了满足170千安短路电流电弧能量的耗散，需要对灭弧室进行全面的创新设计。但开断过程是一个涉及到多场耦合叠加的瞬态过程，国内外行业的技术积累很少，对超大电流电弧和灭弧机理研究更是缺乏经验。现有的设计手段也仅能提供一些参考，无法做到量化设计。在额定峰值耐受电流试验中，超大电流产生的电动力对零部件的强度、电接触性能、传动结构都是极大的考验。为此，项目团队投入了大量的研发时间，并坚持不懈。“经过反复的优化改进和多轮次的研究试验，最终确定了研发设计方案。”项目组成员说。
挑战试验极限，一鼓作气
攻克了超大容量短路电流开合、超大持续电流长期载流、关键零部件的制造及加工等多项难题。
“没有条件，创造条件也要上。”六十余年来，西电人一路向前，越是艰难、越是向前，不达目的不罢休，创造了无数行业奇迹，填补了多项国内空白，也为170千安发电机断路器的研制提供了沃土。
研发方案确定后，产品正式进入试制阶段。由于发电机断路器的电流参数是常规开关产品的数倍，因此，其径向尺寸远大于常规产品。不仅要满足性能要求，还要确保加工制造精度，这给发电机断路器产品的制造、安装和调试带来了新的挑战。试制团队需要克服前所未有的难题，采用多种工艺结合的办法才能完成这项任务。
而此时，正值国家疫情防控的关键时期，多家配套企业处于停工状态，导致零部件加工周期变长。为降低疫情对项目整体进度的影响，项目组中的党员积极带头，与时间赛跑，加班加点修改方案、完善图纸，为项目进展赢得了宝贵时间。
在试验阶段，开断试验的实施又成为另一项攻关点。每次试验后，经过回收的样机都会残留一些刺激性气体和粉尘，但项目组成员顾不上这些，第一时间赶到拆解现场，查看样机在大电流烧蚀后的状态，获取第一手的资料，为后续的改进提供依据；项目组广泛听取专家意见，不断剖析试验中的各个影响因素，将试验结果与仿真计算有机结合，制定了一系列技术方案和试验方案。试验从一开始没有开断点到出现开断点，从有开断点到实现全区间开断，从直接试验到合成试验，经过数轮的试验研究和方案优化，终于突破了制约项目的瓶颈。
同时，攻克了超大容量短路电流开合、超大持续电流长期载流、关键零部件的制造及加工等多项难题，在国家重大设备的设计、制造、装配领域取得了新的突破与创新。不仅如此，在产品的研制过程中，也培养了一支强有力的技术人才队伍，为集团公司在国内大容量发电机断路器等核心技术领域领跑行业奠定了坚实基础。
开展系列研制，跻身前列
“XD”品牌发电机断路器成套装置成功应用于向家坝、溪洛渡、乌东德等国家重点工程，为推进国家重大装备国产化进程做出了应有贡献。
2008年至2021年的10余年间，西电人知难而进、坚持不懈，不仅完成了发电机断路器成套装置系列国产化，也提高了超大容量电流开断灭弧技术领域的研究水平，并在大型开关设备研究、开发手段及制造工艺方面实现了明显提升。同时，“XD”品牌发电机断路器成套装置已成功应用于向家坝、溪洛渡、乌东德等国家重点工程，为推进国家重大装备国产化进程做出了应有贡献。2019年，中国西电集团大容量发电机断路器首次实现出口海外，成功进入国际市场。
2008年，开启60万千瓦机组用大容量发电机断路器成套装置研制；2011年，60万千瓦机组用大容量发电机断路器成套装置在国家高压电器质量监督检验中心完成全部型式试验，标志着我国正式迈入大容量发电机保护断路器成套装置研制时代，使我国跻身于国际少数高端装备生产国家之一；2012年，80万千瓦机组用大容量发电机断路器成套装置在国家高压电器质量监督检验中心完成全部型式试验；2017年，开展发电机断路器成套装置系列化研制，于2018年成功研制出40万千瓦机组用大容量发电机断路器，使得集团公司发断系列产品更加完整；2021年，完成百万千瓦机组水电、火电用大容量发电机断路器研制，迈入更高端领域。
中国西电集团将始终心怀“国之大者”，加快“打造原创技术策源地、现代产业链链长”，努力成为原始创新和核心技术的需求提出者、创新组织者、技术供给者、市场应用者，掌握技术进步和产业发展主动权，继续引领输配电行业发展，为保障我国电力安全、能源安全贡献应有力量。
作者：赵欣 于海江
编辑：陈晨