Chinesische GCB-Hersteller haben komplette Anlagen für 1-GW-Einheiten entwickelt.

Kürzlich hat ein chinesischer Hersteller von Generator-Schaltgeräten erfolgreich Generator-Schaltgeräte für Wasserkraft- und Dampfturbinen mit einer Leistung von 1.000 MW entwickelt, die die Bewertung und Akzeptanz der Gruppe bestanden haben. Ihre umfassende Leistung entspricht dem internationalen Spitzenstandard und füllt eine Lücke im Inland. Dies ist ein weiterer großer Durchbruch nachdem die Gruppe die Technologie für große Generator-Schaltgerätensätze für Einheiten mit 400 MW, 600 MW und 800 MW beherrscht, was bedeutet, dass chinesische Hersteller von Generator-Schaltgeräten ein weiteres wichtiges "Engpass"-technisches Problem überwunden und wichtige Beiträge zur Lokalisierung der großen technischen Ausrüstung Chinas geleistet haben.

Der Aufstieg in der Forschung kennt keine Pause

Ein Generator-Schaltgerät ist ein Hochstromschaltgerät, das zwischen dem Generatorausgang und dem Transformator installiert wird. Es dient hauptsächlich zum Schutz von Generatoren und Transformatoren, kann die System Sicherheit effektiv verbessern, den Einsatz und die Wartung erleichtern und erhebliche wirtschaftliche Vorteile bringen. Die Fertigungstechnologie dieser hochwertigen Geräte war jedoch lange Zeit in den Händen ausländischer Unternehmen, und das Land verbraucht jedes Jahr einen großen Teil seiner Devisen für Importe. Um die Lokalisierung der großen Ausrüstung zu verwirklichen und Kernprobleme zu bewältigen, beschloss der chinesische Hersteller von Generator-Schaltgeräten seit 2008, gemeinsam mit mehreren Gruppen Produkte für Generator-Schaltgeräte zu entwickeln.

Nach jahrelanger mühevoller Forschung und Entwicklung gelang es dem chinesischen Hersteller von Generator-Schaltgeräten im Jahr 2011 und 2012, die Entwicklung von Generator-Schaltgeräten für 600 MW und 800 MW-Einheiten erfolgreich abzuschließen; 2018 gelang die erfolgreiche Entwicklung von Generator-Schaltgeräten für 400 MW-Einheiten, was die Anfänge einer Produktserienbildung darstellte und wertvolle Erfahrungen für die Beherrschung höherwertiger Technologien sammelte.

Gemäß den Systemparameter-Einstellungen für 1.000-MW-Einheiten sollte das Generator-Schaltgerät einem Nennkurzschlussstrom von 170 kA standhalten. „Wir haben nicht aufgehört, den Gipfel der Forschung zu erklimmen, und das technische Team muss weiter voranschreiten, um Generator-Schaltgeräte für 1.000-MW-Einheiten zu entwickeln“, sagte der Projektleiter. Aus diesem Grund begann das Projektteam 2018 mit der Bewältigung des 170-kA-Generator-Schaltgeräts.

Wie bei anderen Geräteherstellungen muss der Produktentwicklungsprozess durch Design, Versuchsproduktion und Prüfung gehen. Für wichtige Schlüsselausrüstungen sind jedoch jede dieser Phasen voller Herausforderungen. Ohne kontinuierliche technische Reserven und ein starkes Projektteam ist es extrem schwierig, die Bewältigung von Schlüssel-Kern-Technologien abzuschließen.

Deshalb hat der chinesische Hersteller von Generator-Schaltgeräten kontinuierlich in technische Investitionen und Talentförderung investiert, seine tiefgreifende technische Erfahrung von über 60 Jahren im Bereich der Herstellung von Energieübertragungs- und -verteilungsgeräten optimal genutzt, seine Ressourcen- und Talenteinsatzvorteile ständig ausgebeutet und sich entschlossen, die wichtige Aufgabe der Entwicklung von 170-kA-Generator-Schaltgeräten zu übernehmen. Von Design bis Simulation (einschließlich Unterbrechung, Temperaturanstieg, Mechanik, Isolation usw.), bis hin zur strengen Kontrolle der Materialien, Verarbeitungstechniken und Montagetechniken der Schlüsselkomponenten, schritten sie mutig voran und gaben niemals auf. Mit den gemeinsamen Bemühungen und ehrlichen Zusammenarbeit aller Seiten konnten sie schließlich diesen „harten Knochen“ knacken.

Beherrschung von Schlüsseltechnologien, unermüdlich

Im Vergleich zum Generator-Schaltgerät für 800-MW-Einheiten hat das 170-kA-Produkt einen größeren Unterbrechungsstrom und muss den Bedarf an Steuerung und Schutz von 1.000-MW-Einheiten in großen Kraftwerken erfüllen. Nicht nur wurde das Produktlevel gesteigert, sondern auch die Schwierigkeit der Entwicklung steigerte sich exponentiell. „Aber es gibt in China keine Erfahrungen, die als Referenz dienen können, und nur wenige ausländische Unternehmen beherrschen diese Kern-Technologie, was die Entwicklung und Gestaltung extrem schwierig macht“, sagte der Designer.

Die Parameter des 170-kA-Generator-Schaltgeräts sind oft mehrere Male höher als die von Leitungsschaltgeräten, was der Schlüsselpunkt und die Schwierigkeit bei der Entwicklung von großen Generator-Schaltgeräten ist. Der Nennstrom ist ein wichtiger Parameter für die langfristige Betriebssicherheit des Produkts, der verschiedene Probleme lösen muss, die in hohen Temperaturen wie Leiter-Temperaturanstieg und Isolationsalterung auftreten.

Während des Nennkurzschlussunterbrechungsprozesses entsteht extrem heißes Plasma zwischen den Kontakten. Die Temperatur zwischen den Kontakten muss innerhalb weniger Mikrosekunden, wenn der Strom Null überquert, auf eine bestimmte Temperatur sinken, was eine notwendige Bedingung für die Unterbrechung des Schaltgeräts ist und sehr schwierig ist. Gleichzeitig führt das hochtemperierte Plasma von zehntausend Grad zwischen den Kontakten auch zu schweren Abtragungen verschiedener Komponenten in der Löschkammer. Daher stellt die Frage, wie man jede Komponente gegen Abtragung entwirft und schützt, ebenfalls ein schwieriges Problem dar.

Um der Energieabfuhr des 170-kA-Kurzschlussstroms gerecht zu werden, ist eine umfassende innovative Gestaltung der Löschkammer erforderlich. Der Unterbrechungsprozess ist jedoch ein transitorischer Prozess, der Mehrfeldkopplung und Überlagerung beinhaltet. Die technische Erfahrung sowohl im In- als auch im Ausland ist sehr begrenzt, und es fehlt an Erfahrungen in der Untersuchung von extrem großen Strombögen und Löschmechanismen. Die vorhandenen Designmethoden können nur einige Hinweise bieten und erreichen keine quantitative Gestaltung. Bei der Testung des Nennspitzenbelastungsstroms stellt die elektrische Kraft, die durch den extrem großen Strom erzeugt wird, eine große Prüfung für die Festigkeit, die elektrischen Kontaktleistungen und die Übertragungsstruktur der Komponenten dar. Deshalb investierte das Projektteam viel Entwicklungszeit und blieb standhaft. „Nach wiederholter Optimierung und Verbesserung sowie mehreren Runden der Forschung und Tests wurde das Entwicklungs- und Gestaltungsprogramm schließlich festgelegt“, sagten die Mitglieder des Projektteams.

Die Grenzen der Prüfung herausfordern, mit einem Schwung voranschreiten

„Auch wenn keine Voraussetzungen vorhanden sind, müssen wir Bedingungen schaffen, um voranzukommen.“ Seit mehr als 60 Jahren sind sie stetig vorwärtsgegangen. Je schwieriger es ist, desto entschlossener gehen sie voran, und sie werden nicht aufhören, bis sie ihr Ziel erreicht haben. Sie haben unzählige Branchenwunder geschaffen, viele inländische Lücken geschlossen und einen fruchtbaren Boden für die Entwicklung von 170-kA-Generatorleistungsschaltern bereitet. Nachdem der F&E-Plan festgelegt war, trat das Produkt offiziell in die Erprobungsphase ein. 

Da die Stromparameter des Generatorleistungsschalters um ein Vielfaches höher sind als die herkömmlicher Schaltprodukte, ist seine radiale Größe deutlich größer als die herkömmlicher Produkte. Es ist notwendig, nicht nur die Leistungsanforderungen zu erfüllen, sondern auch die Bearbeitungs- und Fertigungsgenauigkeit sicherzustellen, was neue Herausforderungen für die Herstellung, Montage und Inbetriebnahme von Generatorleistungsschaltern mit sich bringt. Das Erprobungsteam muss beispiellose Schwierigkeiten überwinden und eine Kombination verschiedener Verfahren anwenden, um diese Aufgabe zu bewältigen.

Zu dieser Zeit befand sich das Land in einer kritischen Phase der epidemischen Prävention und Kontrolle. Viele zuliefernde Unternehmen waren stillgelegt, was zu längeren Bearbeitungszeiten für Komponenten führte. Um die Auswirkungen der Epidemie auf den Gesamtfortschritt des Projekts zu reduzieren, übernahmen die Parteimitglieder im Projektteam aktiv die Vorreiterrolle, kämpften gegen die Zeit, arbeiteten Überstunden, um den Plan zu überarbeiten und die Zeichnungen zu verbessern, und gewannen wertvolle Zeit für den Projektfortschritt.

In der Testphase wurde die Durchführung des Ausschaltversuchs zu einem weiteren Schlüsselpunkt. Nach jedem Test blieben am zurückgewonnenen Prototyp reizende Gase und Staub zurück, doch ignorierten die Mitglieder des Projektteams dies und eilten sofort zum Demontageort, um den Zustand des Prototyps nach der Hochstromablation zu prüfen, erste Daten zu erhalten und eine Grundlage für spätere Verbesserungen zu schaffen; das Projektteam hörte ausgiebig die Meinungen von Experten an, analysierte kontinuierlich verschiedene Einflussfaktoren im Test, verband Testergebnisse organisch mit Simulationsberechnungen und erstellte eine Reihe technischer Pläne und Testpläne. 

Vom anfänglichen Fehlen eines Ausschaltpunktes bis zum Auftreten von Ausschaltstellen, von vorhandenen Ausschaltstellen zur Realisierung des vollständigen Bereichsausschaltens, vom direkten Test zum synthetischen Test – nach mehreren Runden Testforschung und Planoptimierung wurde schließlich die Engstelle durchbrochen, die das Projekt behinderte. Gleichzeitig wurden zahlreiche Probleme wie das Schalten von Kurzschlussströmen mit ultra-großer Kapazität, das Langzeitführen von kontinuierlichen Strömen mit ultra-großer Stärke sowie die Herstellung und Bearbeitung von Schlüsselkomponenten gelöst, und es wurden neue Durchbrüche und Innovationen im Bereich Design, Fertigung und Montage nationaler Großanlagen erzielt. Darüber hinaus wurde im Entwicklungsprozess des Produkts ein starkes Team technischer Fachkräfte ausgebildet, das eine solide Grundlage dafür schafft, dass die Gruppe in Kerntechnologiefeldern wie Großleistungs-Generatorleistungsschaltern in China branchenführend wird.

Serielle Entwicklung vorantreiben, an die Spitze vorstoßen

Von 2008 bis 2021, in mehr als 10 Jahren, rückten sie trotz Schwierigkeiten vor und blieben beharrlich. Sie haben nicht nur die Serienlokalisierung kompletter Generatorleistungsschalteranlagen abgeschlossen, sondern auch das Forschungsniveau im Bereich des Ausschaltens von Strömen mit ultra-großer Kapazität und der Lichtbogenlöschtechnologie verbessert und signifikante Fortschritte bei den Entwicklungsverfahren und Fertigungsprozessen großer Schaltgeräte erzielt. 

Gleichzeitig wurden die kompletten Generatorleistungsschalteranlagen der Marke erfolgreich in nationalen Schlüsselprojekten wie Xiangjiaba, Xiluodu und Wudongde eingesetzt und leisteten ihren Beitrag zur Beschleunigung des Lokalisierungsprozesses nationaler Großanlagen. Im Jahr 2019 wurden die Großleistungs-Generatorleistungsschalter des chinesischen Herstellers erstmals ins Ausland exportiert und traten erfolgreich in den internationalen Markt ein.

● 2008: Start der Entwicklung kompletter Großleistungs-Generatorleistungsschalteranlagen für 600-MW-Anlagen;

● 2011: Die kompletten Großleistungs-Generatorleistungsschalteranlagen für 600-MW-Anlagen bestanden alle Typprüfungen am Nationalen Zentrum für Qualitätsüberwachung und -prüfung von Hochspannungs-Elektrogeräten, was markiert, dass China offiziell in das Zeitalter der Forschung und Entwicklung kompletter Großleistungs-Generator-Schutzeinrichtungen eingetreten ist und China zu einem der wenigen Länder weltweit macht, die hochwertige Ausrüstung herstellen;

● 2012: Die kompletten Großleistungs-Generatorleistungsschalteranlagen für 800-MW-Anlagen bestanden alle Typprüfungen am Nationalen Zentrum für Qualitätsüberwachung und -prüfung von Hochspannungs-Elektrogeräten;

● 2017: Durchführung der seriellen Entwicklung kompletter Generatorleistungsschalteranlagen, erfolgreiche Entwicklung von Großleistungs-Generatorleistungsschaltern für 400-MW-Anlagen im Jahr 2018, wodurch die Produktpalette an Generatorleistungsschaltern des Unternehmens noch vollständiger wurde;

● 2021: Abschluss der Entwicklung von Großleistungs-Generatorleistungsschaltern für 1.000-MW-Wasserkraft- und Wärmekraftwerksanlagen, Eintritt in einen höherwertigen Bereich.

Der chinesische Hersteller von Generatorleistungsschaltern wird stets die „wichtigen nationalen Angelegenheiten“ im Blick behalten, die „Errichtung einer ursprünglichen Technologiequelle und eines Führers in der modernen Industriekette“ beschleunigen, bestrebt sein, Anforderungsinitiator, Innovationsorganisator, Technologieanbieter und Marktnutzer für originäre Innovationen und Kerntechnologien zu werden, die Initiative im technologischen Fortschritt und in der industriellen Entwicklung behalten, die Entwicklung der elektrischen Energieübertragungs- und Verteilungsindustrie weiterhin führen und seinen Beitrag zur Sicherstellung der Strom- und Energiesicherheit Chinas leisten.