記者從南方電網(wǎng)廣東電網(wǎng)公司了解到，8月17日，世界上電壓等級(jí)最高、容量最大的160千伏超導(dǎo)直流限流器“走出實(shí)驗(yàn)室”，在汕頭市南澳柔性直流系統(tǒng)掛網(wǎng)試運(yùn)行，標(biāo)志著南澳島的綠色能源在奔向千家萬(wàn)戶(hù)的旅途上新增了一位“重量級(jí)”守護(hù)者。

一眨眼功夫

千分之一秒瞬間啟動(dòng)，有效降低故障電流

南澳島風(fēng)力資源豐富，為了讓聳立在島上200多臺(tái)大風(fēng)車(chē)發(fā)出的綠色風(fēng)能順利接入電網(wǎng)，早在2013年，世界上第一個(gè)多端柔性直流輸電工程——南澳±160千伏多端柔性直流輸電示范工程就投運(yùn)于此。

然而，隨著越來(lái)越多的風(fēng)能并網(wǎng)，這個(gè)“超級(jí)工程”需要應(yīng)對(duì)的故障電流也隨之增大。如何保障電網(wǎng)安全運(yùn)行？廣東電網(wǎng)牽頭的國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃成果——世界首臺(tái)160千伏超導(dǎo)直流限流器，提供有效的解決方案。

“如果柔直系統(tǒng)發(fā)生故障，我們需要及時(shí)用斷路器隔離故障。故障電流越小，則越容易斷開(kāi)。”廣東電網(wǎng)電力科學(xué)研究院相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，超導(dǎo)直流限流器作為限制故障電流的一種裝置，可以將故障電流限制到較低水平，為斷路器切斷故障創(chuàng)造最好的條件，大大提升隔離故障的效率和成本，提升柔直系統(tǒng)的安全性和可靠性。

記者在南澳金牛換流站看到這個(gè)形似“巨型膠囊”、重達(dá)82噸的超導(dǎo)直流限流器。據(jù)悉，利用超導(dǎo)獨(dú)特的“零電阻”和“超導(dǎo)態(tài)-正常態(tài)轉(zhuǎn)變”特性，限流器可以不依賴(lài)任何監(jiān)測(cè)裝置，在感應(yīng)到故障電流的瞬間響應(yīng)觸發(fā)，自動(dòng)完成全部限流保護(hù)過(guò)程，并在故障清除后自動(dòng)恢復(fù)超導(dǎo)特性。當(dāng)天值班工作人員說(shuō)，這家伙在正常運(yùn)行時(shí)就像一根隱形的導(dǎo)線(xiàn)，沒(méi)有電阻，“一旦發(fā)生短路故障，將在眨眼間（1毫秒內(nèi)）迅速轉(zhuǎn)為大電阻，起到限制故障電流的作用，這就是超導(dǎo)的奧妙。”

數(shù)千次試驗(yàn)攻堅(jiān)超導(dǎo)帶材

100%自主研發(fā) “國(guó)產(chǎn)貨”領(lǐng)跑世界

“國(guó)際上沒(méi)有高壓超導(dǎo)直流限流器的先例可循，意味著160千伏超導(dǎo)直流限流器從設(shè)計(jì)到開(kāi)發(fā)都只能通過(guò)自主創(chuàng)新來(lái)實(shí)現(xiàn)。” 項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人、廣東電網(wǎng)能源技術(shù)公司專(zhuān)家宋萌說(shuō)，這臺(tái)歷時(shí)三年研制的超導(dǎo)直流限流器實(shí)現(xiàn)100%自主研發(fā)，形成包括“高性能雙面封裝帶材”、“高耐壓跨溫區(qū)高壓套管”等在內(nèi)的多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)亮點(diǎn)，申請(qǐng)超過(guò)60個(gè)發(fā)明專(zhuān)利，搶占超導(dǎo)電力裝備制造和應(yīng)用的全球制高點(diǎn)。

據(jù)悉，研發(fā)時(shí)最大的困境，莫過(guò)于超導(dǎo)材料“卡脖子”。“超導(dǎo)材料不僅要同時(shí)滿(mǎn)足‘零電阻’和‘高電阻’兩個(gè)條件，其工藝、成分、參數(shù)需針對(duì)掛網(wǎng)柔直系統(tǒng)的目標(biāo)量身打造，這就意味著需要依靠大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。”宋萌稱(chēng)，限流器能夠承受多大的故障電流，呈現(xiàn)多大的電阻是研發(fā)的關(guān)鍵。

為了得到符合項(xiàng)目要求的超導(dǎo)材料，研發(fā)團(tuán)隊(duì)搭建大電流沖擊平臺(tái)，對(duì)上百種帶材進(jìn)行超過(guò)千次的沖擊實(shí)驗(yàn)，“各項(xiàng)性能參數(shù)是相互制約，每一次沖擊都要從細(xì)微的曲線(xiàn)變化反推背后的復(fù)雜因素，得出定量化的參數(shù)修正指標(biāo)，我們分析至少上萬(wàn)組曲線(xiàn)。”宋萌說(shuō)。

此外，在材料制備的環(huán)節(jié)，面對(duì)只有萬(wàn)分之一頭發(fā)絲厚度的十多個(gè)涂層，上百道制作工藝，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在1年多的時(shí)間里完成近300項(xiàng)制備參數(shù)的調(diào)整、超過(guò)5000次對(duì)照試驗(yàn)，對(duì)不同的超導(dǎo)材料開(kāi)展樣品實(shí)驗(yàn)和缺陷分析，終于成功研制出電阻型超導(dǎo)限流器用高性能高溫超導(dǎo)帶材（YBCO超導(dǎo)帶材），并實(shí)現(xiàn)批量化自主生產(chǎn)。宋萌還表示，圍繞應(yīng)用需求，他們還獨(dú)家采用雙超導(dǎo)層結(jié)構(gòu)，提高單根帶材臨界電流，更小體積，更加可靠，這是國(guó)內(nèi)首次。

“走出實(shí)驗(yàn)室”的世界第一臺(tái)

新能源大規(guī)模入網(wǎng)再添保障

“南澳柔直系統(tǒng)就像是為超導(dǎo)直流限流器量身打造的‘工作崗位’，讓科研成果走出實(shí)驗(yàn)室，有了用武之地。”示范工程系統(tǒng)調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人、廣東電網(wǎng)能源技術(shù)公司專(zhuān)家盛超介紹，未來(lái)柔直系統(tǒng)有了“巨型膠囊”的加持，將有利于充分釋放柔直輸電潛能，讓更多的綠色風(fēng)能并網(wǎng)運(yùn)行，助力打贏防治污染攻堅(jiān)戰(zhàn)。

截至目前，南澳柔直系統(tǒng)已累計(jì)往大陸輸送清潔風(fēng)電11.56億度，相當(dāng)于減排二氧化碳88.73萬(wàn)噸。

從獨(dú)立的樣機(jī)研制到系統(tǒng)性的示范工程應(yīng)用是一次重大的跨越。承擔(dān)實(shí)用化運(yùn)用重任的“巨型膠囊”，經(jīng)歷比項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)苛的冷熱循環(huán)試驗(yàn)、絕緣試驗(yàn)、大電流沖擊試驗(yàn)等考驗(yàn)，接下來(lái)將全力迎接為期6個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐挑戰(zhàn)。

“作為柔直系統(tǒng)的全新配套設(shè)備，超導(dǎo)直流限流器需要克服‘水土不服’適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定性提出了更高的要求。”盛超說(shuō)，放置在室外的限流器需要應(yīng)對(duì)南澳島潮濕鹽霧以及臺(tái)風(fēng)等惡劣氣候條件，還需要解決與原柔直系統(tǒng)的匹配協(xié)調(diào)運(yùn)行等問(wèn)題。多項(xiàng)“首臺(tái)”、“首套”、“首次”新設(shè)備、新技術(shù)，以及其特有的零下196℃低溫冷卻系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)調(diào)試和投運(yùn)細(xì)節(jié)提出了挑戰(zhàn)，需要做好“最后一公里”的工作。

有一次，廣東電網(wǎng)汕頭供電局的黨員陳文旭就在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)了液氮罐壓力、液氮導(dǎo)管壓力與超導(dǎo)限流器液氮壓力等設(shè)備參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的問(wèn)題，他反復(fù)核對(duì)廠(chǎng)家資料和技術(shù)圖紙，與設(shè)計(jì)單位多次溝通，最終為設(shè)備運(yùn)維提供了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和明確指引。

據(jù)悉，超導(dǎo)直流限流器的安全運(yùn)行維護(hù)職責(zé)由汕頭供電局柔直巡維中心承擔(dān)，這是繼南澳多端柔直示范工程、160千伏機(jī)械式高壓直流斷路器項(xiàng)目以來(lái)，運(yùn)維中心承擔(dān)的第三項(xiàng)“世界首個(gè)”項(xiàng)目運(yùn)維任務(wù)。