Čínští výrobci GCB vyvinuli kompletní sady pro aplikace jednotek o výkonu 1 GW.

Nedávno čínský výrobce obvodových přerušovačů pro generátory úspěšně vyvinul obvodové přerušovače pro hydroenergetické a tepelné jednotky o výkonu 1 000 MW, které prošly hodnocením a přijetím skupinou. Jejich komplexní výkon dosáhl mezinárodního vynikajícího úrovně, což zaplnilo domácí mezery. Toto je další velký průlom po ovládnutí technologie pro sady obvodových přerušovačů pro generátory o výkonu 400 MW, 600 MW a 800 MW, což znamená, že čínským výrobcům obvodových přerušovačů pro generátory se podařilo překonat další klíčový "uzlenecký" technologický problém a přispěli k lokalizaci důležitého technického vybavení v Číně.

Neustálé zdolávání vrcholků výzkumu

Obvodový přerušovač pro generátor je vysokoprudový přerušovač nainstalovaný mezi výstupem generátoru a transformátorem. Slouží k ochraně generátorů a transformátorů, což efektivně zvyšuje bezpečnost systému, usnadňuje zprovoznění a údržbu a přináší významné ekonomické výhody. Výroba této vyspělé technologie však dlouho byla ovládána zahraničními společnostmi, a každoročně se na dovoz utrácelo velké množství zahraniční měny. Pro realizaci lokalizace důležitého vybavení a překonání klíčových technologických problémů rozhodl v roce 2008 čínský výrobce obvodových přerušovačů pro generátory spolupracovat s mnoha skupinami na vývoji produktů obvodových přerušovačů pro generátory.

Po letech tvrdého výzkumu a vývoje čínský výrobce obvodových přerušovačů pro generátory v letech 2011 a 2012 úspěšně dokončil vývoj obvodových přerušovačů pro jednotky o výkonu 600 MW a 800 MW; v roce 2018 pak úspěšně vyvinul obvodové přerušovače pro jednotky o výkonu 400 MW, čímž byla poprvé realizována serializace produktu a získán cenný zkušenosti pro ovládnutí technologií vyšší úrovně.

Podle nastavení parametrů systému pro jednotky o výkonu 1 000 MW by měl obvodový přerušovač splňovat požadavek na nominální krátkozaměrný přerušovací proud 170 kA. „Nestáváme se neustále zdolávat vrcholy výzkumu a technický tým musí pokračovat v rozvoji obvodových přerušovačů pro generátory o výkonu 1 000 MW,“ řekl vedoucí projektu. Proto od roku 2018 projektový tým začal pracovat na vývoji obvodových přerušovačů s nominálním krátkozaměrným přerušovacím proudem 170 kA.

Jako u jiné výroby zařízení musí proces vývoje produktu projít fázemi návrhu, prototypování a testování. Nicméně, pro klíčové důležité vybavení je každá fáze plná výzev. Bez kontinuálních technických rezerv a silného projektového týmu je extrémně obtížné dokončit vývoj klíčových jádrových technologií.

Proto čínský výrobce obvodových přerušovačů pro generátory neustále zvyšoval technické investice a vzdělávání specialistů, využil své hluboké technické zkušenosti v oblasti výroby přenosového a distribučního vybavení z více než 60 let, neustále uplatňoval své výhody v oblasti zdrojů a talentů a pevně se chopil důležité úlohy výzkumu a vývoje obvodových přerušovačů s nominálním krátkozaměrným přerušovacím proudem 170 kA. Od návrhu a simulace (včetně přerušení, teplotního vzestupu, mechaniky, izolace atd.) až po přísnou kontrolu materiálů, technologií obrábění a montážních technologií klíčových komponent, šli statečně kupředu a nikdy nevzdali. Díky společnému úsilí a upřímné spolupráci všech stran se jim nakonec podařilo překonat toto „tvrdé kosti“.

Ovládnutí klíčových technologií, trvanlivost

Ve srovnání s obvodovým přerušovačem pro generátory o výkonu 800 MW má produkt s nominálním krátkozaměrným přerušovacím proudem 170 kA větší přerušovací proud a musí splňovat požadavky na řízení a ochranu jednotek o výkonu 1 000 MW v velkých elektrárnách. Nejenže byla zlepšena úroveň produktu, ale i obtížnost výzkumu a vývoje se zvýšila exponenciálně. „Ale v Číně není žádná zkušenost, na kterou by se dalo opřít, a pouze velmi málo zahraničních společností ovládá tuto klíčovou technologii, což dělá výzkum a návrh extrémně obtížným,“ řekl návrhář.

Parametry obvodového přerušovače s nominálním krátkozaměrným přerušovacím proudem 170 kA jsou často několikrát vyšší než u lineárních přerušovačů, což je klíčový a obtížný bod vývoje obvodových přerušovačů pro generátory s vysokým výkonem. Nominální proud je důležitý parametr pro dlouhodobou provozní spolehlivost produktu, který vyžaduje řešení různých problémů vystavených vysokotepelnému prostředí, jako je teplotní vzestup vodičů a stárnutí izolace.

Během procesu nominálního krátkozaměrného přerušení se mezi styky vytvoří extrémně horká plazmová oblouk. Teplota mezi styky musí během několika mikrosekund, kdy proud přechází nulovou hodnotu, klesnout na určitou teplotu, což je nezbytná podmínka pro přerušení obvodového přerušovače, a její obtížnost je velmi vysoká. Zároveň vysokoteplotní plazma o desítkách tisíc stupňů mezi styky způsobuje závažné eroze různých komponent v komoře pro uhasení oblouku. Proto je také obtížným problémem, jak navrhnout a chránit každou komponentu před erozí.

Pro splnění požadavků na disipaci energie oblouku při nominálním krátkozaměrném přerušovacím proudu 170 kA je nutný komplexní inovativní návrh komory pro uhasení oblouku. Avšak proces přerušení je přechodný proces zahrnující kouplování a superpozici více polí. Technické zkušenosti v této oblasti doma i v zahraničí jsou velmi omezené a chybí zkušenosti s výzkumem oblouků a mechanismy uhasení oblouku při velkých proudech. Stávající metody návrhu mohou poskytnout pouze nějaké referenční informace, ale nedokáží dosáhnout kvantitativního návrhu. Během testu nominálního maximálního přerušovacího proudu je elektrická síla generovaná velkým proudem velkou zkouškou pro pevnost, elektrické kontaktní vlastnosti a přenosovou strukturu komponent. Proto projektový tým věnoval mnoho času výzkumu a vývoji a vytrval. „Po opakované optimalizaci a vylepšování a několika kolech výzkumu a testování byl konečně stanoven plán výzkumu a návrhu,“ řekli členové projektového týmu.

Výzva limitů testování, postup s jedním impulsem

"I když neexistují žádné podmínky, musíme vytvořit podmínky, abychom mohli pokračovat." Po více než 60 letech se stále posouvají kupředu. Čím těžší je situace, tím více se pohybují kupředu a nepřestanou, dokud nedosáhnou svého cíle. Vytvořili nečetná průmyslová zázraka, zaplnili mnoho domácích mezery a připravili úrodnou půdu pro vývoj vypínačů obvodů generátoru s proudem 170kA. Po stanovení výzkumného a vývojového plánu byl produkt oficiálně uveden do fáze zkoušební výroby. 

Protože parametry proudu vypínače obvodu generátoru jsou několikrát vyšší než u běžných vypínačových produktů, je jeho radiální rozměr mnohem větší než u běžných produktů. Je nutné splnit nejen požadavky na výkon, ale také zajistit přesnost zpracování a výroby, což přináší nové výzvy výrobě, instalaci a nastavení vypínačových produktů. Tým zkoušební výroby musí překonat bezprecedentní obtíže a použít kombinaci různých technologií, aby splnil tuto úlohu.

V té době byl toto klíčový období národní prevence a kontroly epidemie. Mnoho dodavatelských firem bylo uzavřeno, což vedlo ke zdlouhavějším cyklům zpracování komponent. Aby se snížil dopad epidemie na celkový průběh projektu, členové týmu projektu, kteří byli členy strany, aktivně převzali vedení, spěchali proti času, pracovali předčasně na revizi plánů a vylepšení kreseb, čímž získali cenný čas pro postup projektu.

V testovací fázi se provádění zkoušky přerušení stalo dalším klíčovým bodem. Po každé zkoušce bude v rekonstruovaném prototypu zůstat několik podrážděných plynů a prachu, ale členové týmu projektu těmto skutečnostem nevěnovali pozornost a okamžitě se spěchali na místo demontáže, aby zkontrolovali stav prototypu po vysokoproudové ablace, získali první zdroje dat a poskytli základ pro následná vylepšení; tým projektu široce naslouchal názorům odborníků, neustále analyzoval různé faktory ovlivňující zkoušku, organicky spojoval výsledky zkoušek s simulacemi a vypočítáním a vypracoval řadu technických a testovacích plánů. 

Od začátku, kdy nebyly žádné body přerušení, až po objevení těchto bodů, od mít body přerušení k dosažení plnohodnotného přerušení, od přímých zkoušek k syntetickým zkouškám, po několika kolech výzkumu a optimalizace plánů byl konečně prolomen problém, který bránil projektu. Současně byly překonány mnohé problémy, jako je přepínání velmi velké kapacity krátkozávěrového proudu, dlouhodobé nosný průtok velmi velkého kontinuálního proudu a výroba a zpracování klíčových komponent, a byly dosaženy nové průlomy a inovace v oblasti návrhu, výroby a montáže národního důležitého vybavení. Kromě toho byl v průběhu vývoje produktu vychován silný tým technických talentů, což položilo pevnou základnu skupině, aby vedla v oblasti klíčových technologických oblastí, jako je vypínač obvodu velké kapacity generátoru v Číně.

Provádění sériového vývoje, vstup do čela

Od roku 2008 do 2021, po více než 10 letech, se napřed navzdory obtížím a pak trvali. Nejen, že dokončili sériovou lokalizaci kompletních sad vypínačů obvodů generátoru, ale také zlepšili výzkumnou úroveň v oblasti přerušení a hasicí technologie velmi velké kapacity proudu a dosáhli významných zlepšení ve výzkumu a vývoji metod a výrobních procesů velkých rozvoden. 

Zároveň byly kompletní sady vypínačů obvodů generátoru značky úspěšně použity v národních klíčových projektech, jako jsou Xiangjiaba, Xiluodu a Wudongde, a významně přispěly k posunutí procesu lokalizace národního důležitého vybavení. V roce 2019 byly velkokapacitní vypínače obvodů generátoru čínského výrobce poprvé exportovány do zahraničí a úspěšně vstoupily na mezinárodní trh.

● 2008: Spuštěn vývoj velkokapacitních kompletních sad vypínačů obvodů generátoru pro jednotky 600MW;

● 2011: Velkokapacitní kompletní sady vypínačů obvodů generátoru pro jednotky 600MW dokončily všechny typové zkoušky v Národním centru pro kontrolu a inspekci kvality vysokonapěťové elektrické spotřebiče, což znamená, že Čína formálně vstoupila do éry výzkumu a vývoje velkokapacitních kompletních sad ochranných vypínačů obvodů generátoru, což z Číny udělalo jeden z mála zemí na světě, které vyrábějí vyspělé vybavení;

● 2012: Velkokapacitní kompletní sady vypínačů obvodů generátoru pro jednotky 800MW dokončily všechny typové zkoušky v Národním centru pro kontrolu a inspekci kvality vysokonapěťové elektrické spotřebiče;

● 2017: Provedena sériová vývoj kompletních sad vypínačů obvodů generátoru a v roce 2018 byly úspěšně vyvinuty velkokapacitní vypínače obvodů generátoru pro jednotky 400MW, což zkompletovalo sérii produktů vypínačů obvodů generátoru skupiny;

● 2021: Dokončen vývoj velkokapacitních vypínačů obvodů generátoru pro hydroenergetické a tepelné jednotky 1 000 MW, vstup do vyššího segmentu.

Čínský výrobce vypínačů obvodů generátoru si vždy pamatuje na "velké záležitosti národa", zrychluje "budování zdroje originální technologie a vůdce moderního průmyslového řetězce", snaží se stát navrhovatelem požadavků, organizátorem inovací, poskytovatelem technologií a uživatelem trhu pro originální inovace a klíčové technologie, zachovává iniciativu v technologickém pokroku a průmyslovém rozvoji, dále vede vývoj průmyslu přenosu a distribuce energie a významně přispívá k zajištění energetické bezpečnosti Číny.