隨著電力負荷的增長、新能源電力在配網(wǎng)接入比例的增加,電網(wǎng)可能出現(xiàn)短路電流超過系統(tǒng)一次設(shè)備最大保護容量的現(xiàn)象。為此,國網(wǎng)遼寧電力聯(lián)合中國電科院等8家單位開展磁偏置超導(dǎo)限流器研制關(guān)鍵技術(shù)研究和示范應(yīng)用——
近日,10千伏磁偏置超導(dǎo)限流器樣機在國網(wǎng)遼寧省電力有限公司66千伏張臺子變電站完成掛網(wǎng)示范應(yīng)用,目前設(shè)備運行狀態(tài)良好。這標(biāo)志著這一歷時6年的項目研發(fā)成果落地,為電網(wǎng)大容量短路限流保護技術(shù)提供了新的解決方案,也為后續(xù)超導(dǎo)限流器的推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
遼寧電網(wǎng)具有重工業(yè)用電負荷大、季節(jié)性負荷變化明顯、新能源電力接入比例高等特點,電網(wǎng)局部短路容量大。磁偏置超導(dǎo)限流器可限制電網(wǎng)的短路容量,強化電網(wǎng)保護運行特性,解決電網(wǎng)大容量保護問題。
實現(xiàn)超導(dǎo)限流技術(shù)突破
2016年,遼寧電網(wǎng)一座220千伏變電站出現(xiàn)53千安培的短路電流,超過了電網(wǎng)斷路器50千安培的開斷容量。常規(guī)斷路器開斷容量不足,難以實現(xiàn)毫秒級響應(yīng),只有采取對短路故障限流的方式,才能保證斷路器可靠動作。傳統(tǒng)的限流器通過開關(guān)投切將限流阻抗引入到電網(wǎng)中,存在限流損耗大、響應(yīng)時間長的問題。磁偏置超導(dǎo)限流器依托磁偏置雙分裂電抗器限流能力強和超導(dǎo)材料阻抗快速響應(yīng)、低損耗的特點,可為電網(wǎng)大容量短路故障限流問題提供新的技術(shù)路線。
為此,國網(wǎng)遼寧電力統(tǒng)籌組織,中國電力科學(xué)研究院有限公司牽頭,聯(lián)合中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院、清華大學(xué)等單位組成攻關(guān)團隊,依托多項國家電網(wǎng)公司科技項目和國網(wǎng)遼寧電力科技項目,開展磁偏置超導(dǎo)限流器原理研究、樣機研制及掛網(wǎng)運行研究。
“攻關(guān)團隊剛成立時,對超導(dǎo)限流器技術(shù)了解不夠深入,只知道是超導(dǎo)技術(shù)在故障限流方面的實際應(yīng)用。如何為超導(dǎo)限流器提供冷卻環(huán)境實現(xiàn)超導(dǎo)阻抗快速下降,如何實現(xiàn)雙分裂電抗器可靠觸發(fā)和超導(dǎo)組件快速限流,這些問題并沒有成熟的技術(shù)路線和解決方案可以參考。可以說,我們攻關(guān)團隊是摸著‘超導(dǎo)技術(shù)’的石頭,過‘限流器’的河。”遼寧電科院超導(dǎo)限流技術(shù)攻關(guān)團隊核心成員王帥介紹。
隨著研究工作的逐漸深入,攻關(guān)團隊逐項攻克雙分裂電抗器、無感超導(dǎo)組件、快速斷路器的研發(fā)制造難題,解決低溫循環(huán)冷卻、超導(dǎo)阻抗特性檢測等技術(shù)問題,于2018年完成10千伏磁偏置超導(dǎo)限流器樣機的研制,超導(dǎo)限流技術(shù)達到國際領(lǐng)先水平。
在該裝置研發(fā)過程中,實現(xiàn)雙分裂電抗器與超導(dǎo)材料的阻抗特性配合是磁偏置超導(dǎo)限流器設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)難點,直接影響設(shè)備的限流響應(yīng)時間。攻關(guān)團隊開展了上百次研發(fā)試驗,通過三維多物理場耦合仿真分析,在幾百種設(shè)計方案中尋找到了超導(dǎo)帶材最佳的空間布局結(jié)構(gòu),解決了磁偏置超導(dǎo)限流器的阻抗特性配合問題。
完成并網(wǎng)性能試驗
磁偏置超導(dǎo)限流器設(shè)計研發(fā)成功后需要通過并網(wǎng)性能試驗。用試驗系統(tǒng)模擬真實電網(wǎng)的短路故障特性,驗證磁偏置超導(dǎo)限流器的限流效果,是攻關(guān)團隊要解決的問題。
2019年,攻關(guān)團隊在對10千伏電網(wǎng)故障特性暫態(tài)計算分析的基礎(chǔ)上,在遼寧電科院虎石臺高壓試驗場自主設(shè)計搭建了10千伏磁偏置超導(dǎo)限流器并網(wǎng)試驗系統(tǒng),設(shè)計試驗電路與系統(tǒng)參數(shù),經(jīng)過幾十次試驗系統(tǒng)調(diào)試,做到了短路故障的仿真模擬,并完成了磁偏置超導(dǎo)限流器短路故障特性測試。攻關(guān)團隊還構(gòu)建典型城市電網(wǎng)模型,掌握了多種運行模式下的限流效果,實現(xiàn)了對磁偏置超導(dǎo)限流器的性能評估。
“磁偏置超導(dǎo)限流器樣機在10千伏并網(wǎng)條件下完成了109安培的穩(wěn)態(tài)通流測試,并承受住了10倍相間短路故障電流沖擊,最大限流電阻為1.96歐姆,限流響應(yīng)時間小于5毫秒,超導(dǎo)阻抗恢復(fù)時間為720毫秒。試驗結(jié)果證明,磁偏置超導(dǎo)限流器樣機具備10千伏并網(wǎng)能力并具有快速限流響應(yīng)能力,為解決電網(wǎng)高壓交流短路故障提供了一種新的途徑。”遼寧電科院虎石臺高壓試驗場主任趙義松介紹。此次并網(wǎng)試驗為期14天,標(biāo)志著攻關(guān)團隊在高溫超導(dǎo)限流技術(shù)領(lǐng)域取得了關(guān)鍵技術(shù)突破。
超導(dǎo)限流器掛網(wǎng)示范應(yīng)用
“成功了!10千伏磁偏置超導(dǎo)限流器實現(xiàn)了掛網(wǎng)運行。”10月26日,中國電科院超導(dǎo)限流技術(shù)攻關(guān)團隊主要成員陳盼盼開心地說。該裝置在遼寧遼陽66千伏張臺子變電站掛網(wǎng)運行期間,線路負荷電流最大峰值為30安培,為城市輸電線路安全運行提供保障。
磁偏置超導(dǎo)限流器能夠降低系統(tǒng)短路電流對變壓器、斷路器等設(shè)備的沖擊,解決短路故障峰值限流能力不足和穩(wěn)定運行損耗大的問題。該裝置掛網(wǎng)示范應(yīng)用為電網(wǎng)短路故障限流治理提供了前瞻性技術(shù)實踐驗證,提升了電網(wǎng)抗短路沖擊能力與安全運行水平。
超導(dǎo)限流器將完成長期(半年以上)掛網(wǎng)運行,攻關(guān)團隊研究含限流器的電網(wǎng)穩(wěn)定性分析方法和含磁偏置超導(dǎo)限流器的電網(wǎng)穩(wěn)定性及繼電保護配合技術(shù),進一步推動超導(dǎo)限流器的推廣應(yīng)用。
“攻關(guān)團隊研發(fā)的磁偏置超導(dǎo)限流器可應(yīng)用于電網(wǎng)負荷中心、變壓器出線端保護位置等。磁偏置超導(dǎo)技術(shù)可推廣應(yīng)用至超導(dǎo)磁儲能、超導(dǎo)變壓器、超導(dǎo)發(fā)電機等不同類型的超導(dǎo)電力裝置,進一步促進高溫超導(dǎo)電力技術(shù)的工程應(yīng)用。”遼寧電科院超導(dǎo)限流技術(shù)攻關(guān)團隊負責(zé)人韋德福介紹。
來源:國家電網(wǎng)報
來源:國家電網(wǎng)報