Китайские производители GCB разработали комплекты для применения в установках мощностью 1 ГВт

Недавно китайский производитель выключателей генераторов успешно разработал выключатели для генераторов мощностью 1000 МВт для гидроэлектростанций и тепловых электростанций, которые прошли оценку и приемку группы. Их комплексные характеристики достигли международного передового уровня, заполнив внутренний пробел. Это еще один важный прорыв после того, как группа освоила технологию комплектных выключателей для генераторов большой мощности на 400, 600 и 800 МВт, что свидетельствует о том, что китайские производители выключателей для генераторов преодолели еще одну ключевую "узкую" техническую проблему и внесли важный вклад в локализацию основного технологического оборудования Китая.

Покорение вершин научных исследований, не прекращаясь ни на минуту

Выключатель генератора - это высокотоковый выключатель, установленный между выходом генератора и трансформатором. Он主要用于保护发电机和变压器，能有效提高系统安全性、便于调试维护，并带来显著的经济效益。然而，这种高端设备的制造技术长期以来被国外企业掌握，国家每年都要花费大量外汇进口。为了实现重大装备国产化，攻克核心技术问题，自2008年起，中国发电机断路器制造商决定与多家集团联合开发发电机断路器产品。 经过多年的艰苦研发，2011年和2012年，中国发电机断路器制造商分别成功完成了600MW和800MW机组发电机断路器的研制；2018年，成功研制出400MW机组发电机断路器，初步实现了产品系列化，为掌握更高级别技术积累了有效经验。 根据1000MW机组的系统参数设定，发电机断路器应满足额定短路开断电流170kA的要求。“我们没有停止攀登科研高峰的步伐，技术团队必须继续前进，开发1000MW机组用发电机断路器。”项目负责人说。因此，从2018年开始，项目组启动了170kA发电机断路器的攻关。 像其他装备制造一样，产品研发过程必须经历设计、试制、试验等环节。但对重大关键装备而言，每个环节都充满了挑战。没有持续的技术储备和强大的项目团队，完成关键技术的攻关极其困难。 为此，中国发电机断路器制造商不断加大技术投入和人才培养，充分发挥其在输变电设备制造领域六十多年深厚的技术积累，持续发挥资源和人才优势，毅然承担起170kA发电机断路器研发的重要任务。从设计到仿真（包括开断、温升、机械、绝缘等），再到关键部件材料、加工工艺和装配工艺的严格控制，他们勇往直前，永不放弃。通过各方的共同努力和真诚合作，终于啃下了这块“硬骨头”。 掌握关键技术，坚持不懈 与800MW机组用发电机断路器相比，170kA产品的开断电流更大，必须满足大型电站1000MW机组的控制和保护要求。不仅产品水平提升，研发难度也呈指数级增加。“但国内没有可借鉴的经验，只有极少数国外企业掌握这一核心技术，使得研发和设计极为困难。”设计师说。 170kA发电机断路器的参数往往是线路断路器的数倍，这是大容量发电机断路器研发的关键难点。额定电流是产品长期运行可靠性的关键参数，需要解决高温环境下导体温升、绝缘老化等各种问题。 在额定短路开断过程中，触头之间会产生极高温度的电弧等离子体。电流过零时，触头之间的温度需要在几微秒内降至一定温度，这是断路器开断的必要条件，难度非常高。同时，触头之间的上万度高温等离子体也会对灭弧室内的各种部件造成严重烧蚀。因此，如何设计并保护每个部件免受烧蚀也是一个棘手的问题。 为了满足170kA短路电流的电弧能量耗散，需要对灭弧室进行全面创新设计。然而，开断过程是一个涉及多场耦合叠加的瞬态过程。国内外行业内的技术积累非常有限，对超大电流电弧及灭弧机理的研究缺乏经验。现有的设计方法只能提供一些参考，无法实现定量设计。在额定峰值耐受电流试验中，超大电流产生的电动力对部件的强度、电气接触性能和传动结构是一大考验。为此，项目组投入了大量的研发时间，坚持不懈。“经过反复优化改进和多轮研究测试，最终确定了研发设计方案。”项目组成员说。 挑战试验极限，一鼓作气向前 请按照上述规则翻译成俄语。 ---

Выключатель генератора - это высокотоковый выключатель, установленный между выходом генератора и трансформатором. Он主要用于保护发电机和变压器，能有效提高系统安全性、便于调试维护，并带来显著的经济效益。然而，这种高端设备的制造技术长期以来被国外企业掌握，国家每年都要花费大量外汇进口。为了实现重大装备国产化，攻克核心技术问题，自2008年起，中国发电机断路器制造商决定与多家集团联合开发发电机断路器产品。 经过多年的艰苦研发，2011年和2012年，中国发电机断路器制造商分别成功完成了600MW和800MW机组发电机断路器的研制；2018年，成功研制出400MW机组发电机断路器，初步实现了产品系列化，为掌握更高级别技术积累了有效经验。 根据1000MW机组的系统参数设定，发电机断路器应满足额定短路开断电流170kA的要求。“我们没有停止攀登科研高峰的步伐，技术团队必须继续前进，开发1000MW机组用发电机断路器。”项目负责人说。因此，从2018年开始，项目组启动了170kA发电机断路器的攻关。 像其他装备制造一样，产品研发过程必须经历设计、试制、试验等环节。但对重大关键装备而言，每个环节都充满了挑战。没有持续的技术储备和强大的项目团队，完成关键技术的攻关极其困难。 为此，中国发电机断路器制造商不断加大技术投入和人才培养，充分发挥其在输变电设备制造领域六十多年深厚的技术积累，持续发挥资源和人才优势，毅然承担起170kA发电机断路器研发的重要任务。从设计到仿真（包括开断、温升、机械、绝缘等），再到关键部件材料、加工工艺和装配工艺的严格控制，他们勇往直前，永不放弃。通过各方的共同努力和真诚合作，终于啃下了这块“硬骨头”。 掌握关键技术，坚持不懈 与800MW机组用发电机断路器相比，170kA产品的开断电流更大，必须满足大型电站1000MW机组的控制和保护要求。不仅产品水平提升，研发难度也呈指数级增加。“但国内没有可借鉴的经验，只有极少数国外企业掌握这一核心技术，使得研发和设计极为困难。”设计师说。 170kA发电机断路器的参数往往是线路断路器的数倍，这是大容量发电机断路器研发的关键难点。额定电流是产品长期运行可靠性的关键参数，需要解决高温环境下导体温升、绝缘老化等各种问题。 在额定短路开断过程中，触头之间会产生极高温度的电弧等离子体。电流过零时，触头之间的温度需要在几微秒内降至一定温度，这是断路器开断的必要条件，难度非常高。同时，触头之间的上万度高温等离子体也会对灭弧室内的各种部件造成严重烧蚀。因此，如何设计并保护每个部件免受烧蚀也是一个棘手的问题。 为了满足170kA短路电流的电弧能量耗散，需要对灭弧室进行全面创新设计。然而，开断过程是一个涉及多场耦合叠加的瞬态过程。国内外行业内的技术积累非常有限，对超大电流电弧及灭弧机理的研究缺乏经验。现有的设计方法只能提供一些参考，无法实现定量设计。在额定峰值耐受电流试验中，超大电流产生的电动力对部件的强度、电气接触性能和传动结构是一大考验。为此，项目组投入了大量的研发时间，坚持不懈。“经过反复优化改进和多轮研究测试，最终确定了研发设计方案。”项目组成员说。 挑战试验极限，一鼓作气向前 请按照上述规则翻译成俄语。 ---

Выключатель генератора - это высокотоковый выключатель, установленный между выходом генератора и трансформатором. Он主要用于保护发电机和变压器，能有效提高系统安全性、便于调试维护，并带来显著的经济效益。然而，这种高端设备的制造技术长期以来被国外企业掌握，国家每年都要花费大量外汇进口。为了实现重大装备国产化，攻克核心技术问题，自2008年起，中国发电机断路器制造商决定与多家集团联合开发发电机断路器产品。 经过多年的艰苦研发，2011年和2012年，中国发电机断路器制造商分别成功完成了600MW和800MW机组发电机断路器的研制；2018年，成功研制出400MW机组发电机断路器，初步实现了产品系列化，为掌握更高级别技术积累了有效经验。 根据1000MW机组的系统参数设定，发电机断路器应满足额定短路开断电流170kA的要求。“我们没有停止攀登科研高峰的步伐，技术团队必须继续前进，开发1000MW机组用发电机断路器。”项目负责人说。因此，从2018年开始，项目组启动了170kA发电机断路器的攻关。 像其他装备制造一样，产品研发过程必须经历设计、试制、试验等环节。但对重大关键装备而言，每个环节都充满了挑战。没有持续的技术储备和强大的项目团队，完成关键技术的攻关极其困难。 为此，中国发电机断路器制造商不断加大技术投入和人才培养，充分发挥其在输变电设备制造领域六十多年深厚的技术积累，持续发挥资源和人才优势，毅然承担起170kA发电机断路器研发的重要任务。从设计到仿真（包括开断、温升、机械、绝缘等），再到关键部件材料、加工工艺和装配工艺的严格控制，他们勇往直前，永不放弃。通过各方的共同努力和真诚合作，终于啃下了这块“硬骨头”。 掌握关键技术，坚持不懈 与800MW机组用发电机断路器相比，170kA产品的开断电流更大，必须满足大型电站1000MW机组的控制和保护要求。不仅产品水平提升，研发难度也呈指数级增加。“但国内没有可借鉴的经验，只有极少数国外企业掌握这一核心技术，使得研发和设计极为困难。”设计师说。 170kA发电机断路器的参数往往是线路断路器的数倍，这是大容量发电机断路器研发的关键难点。额定电流是产品长期运行可靠性的关键参数，需要解决高温环境下导体温升、绝缘老化等各种问题。 在额定短路开断过程中，触头之间会产生极高温度的电弧等离子体。电流过零时，触头之间的温度需要在几微秒内降至一定温度，这是断路器开断的必要条件，难度非常高。同时，触头之间的上万度高温等离子体也会对灭弧室内的各种部件造成严重烧蚀。因此，如何设计并保护每个部件免受烧蚀也是一个棘手的问题。 为了满足170kA短路电流的电弧能量耗散，需要对灭弧室进行全面创新设计。然而，开断过程是一个涉及多场耦合叠加的瞬态过程。国内外行业内的技术积累非常有限，对超大电流电弧及灭弧机理的研究缺乏经验。现有的设计方法只能提供一些参考，无法实现定量设计。在额定峰值耐受电流试验中，超大电流产生的电动力对部件的强度、电气接触性能和传动结构是一大考验。为此，项目组投入了大量的研发时间，坚持不懈。“经过反复优化改进和多轮研究测试，最终确定了研发设计方案。”项目组成员说。 挑战试验极限，一鼓作气向前 请按照上述规则翻译成俄语。 ---

Выключатель генератора - это высокотоковый выключатель, установленный между выходом генератора и трансформатором. Он предназначен для защиты генераторов и трансформаторов, что позволяет существенно повысить безопасность системы, облегчить пуско-наладочные работы и обслуживание, а также принести значительные экономические выгоды. Однако технология производства этого высокотехнологичного оборудования долгое время находилась в руках зарубежных компаний, и стране приходилось ежегодно тратить значительные валютные средства на импорт. Для достижения локализации ключевых технологий и преодоления ключевых технических проблем с 2008 года китайский производитель выключателей для генераторов решил совместно разрабатывать продукцию с несколькими группами.

После многих лет упорной работы по разработке, в 2011 и 2012 годах китайский производитель успешно завершил разработку выключателей для генераторов мощностью 600 МВт и 800 МВт соответственно; в 2018 году он успешно разработал выключатели для генераторов мощностью 400 МВт, начав серийное производство и накопив эффективный опыт для освоения более высоких технологий.

Согласно параметрам системы для установок мощностью 1000 МВт, выключатель генератора должен удовлетворять требованию номинального короткого замыкания тока 170 кА. "Мы не прекращаем подниматься на вершину научных исследований, и техническая команда должна продолжать двигаться вперед, разрабатывая выключатели для генераторов мощностью 1000 МВт", - сказал руководитель проекта. Поэтому, начиная с 2018 года, проектная команда начала работу над решением задачи разработки выключателей на 170 кА.

Как и при производстве других видов оборудования, процесс разработки продукта должен включать этапы проектирования, изготовления образцов, тестирования и другие. Однако для ключевых крупных установок каждый этап полон вызовов. Без постоянных технических резервов и сильной проектной команды крайне сложно завершить решение ключевых технологических задач.

Поэтому китайский производитель выключателей для генераторов постоянно увеличивал инвестиции в технологии и подготовку кадров, максимально используя свой богатый опыт в области производства оборудования для передачи и распределения электроэнергии, накопленный за более чем 60 лет, и постоянно использовал свои ресурсы и преимущества в области кадров, решительно взяв на себя важную задачу разработки выключателей на 170 кА. От проектирования до моделирования (включая отключение, нагрев, механику, изоляцию и т.д.), до строгого контроля материалов, технологий обработки и сборки ключевых компонентов, они смело шли вперед и никогда не сдавались. Благодаря совместным усилиям и искреннему сотрудничеству всех сторон, они, наконец, справились с этой "жесткой задачей".

Овладение ключевыми технологиями, упорство

По сравнению с выключателем для генераторов мощностью 800 МВт, продукт на 170 кА имеет больший ток отключения и должен соответствовать требованиям управления и защиты установок мощностью 1000 МВт на крупных электростанциях. Не только уровень продукта был повышен, но и сложность разработки возросла экспоненциально. "Но в Китае нет опыта, на который можно было бы ориентироваться, и лишь очень немногие зарубежные компании владеют этой ключевой технологией, что делает разработку и проектирование чрезвычайно сложными", - сказал дизайнер.

Параметры выключателя на 170 кА часто в несколько раз превышают параметры линейных выключателей, что является ключевым и сложным моментом в разработке выключателей для генераторов большой мощности. Номинальный ток - это важный параметр для долговременной надежности продукта, который требует решения различных проблем, возникающих в условиях высоких температур, таких как нагрев проводников и старение изоляции.

Во время процесса номинального отключения короткого замыкания между контактами возникает плазма дуги с очень высокой температурой. Температура между контактами должна снизиться до определенного уровня в течение нескольких микросекунд, когда ток пересекает ноль, что является необходимым условием для отключения выключателя, и эта задача очень сложна. В то же время плазма дуги с температурой в десятки тысяч градусов между контактами также вызывает серьезное абляционное повреждение различных компонентов в камере дугогашения. Поэтому вопрос о том, как спроектировать и защитить каждый компонент от абляции, также является сложной задачей.

Для обеспечения рассеивания энергии дуги при коротком замыкании тока 170 кА требуется комплексное инновационное проектирование камеры дугогашения. Однако процесс отключения является переходным процессом, включающим многополевую связь и наложение. Технические знания в отрасли как в стране, так и за рубежом весьма ограничены, и недостаточно опыта в исследовании дуг сверхбольших токов и механизмов дугогашения. Существующие методы проектирования могут предложить лишь некоторые ориентиры и не позволяют осуществить количественное проектирование. В испытаниях на номинальный пиковый выдерживаемый ток, электрические силы, создаваемые сверхбольшими токами, являются серьезным испытанием для прочности, электрических контактов и конструкции передачи компонентов. Поэтому проектная команда вложила много времени в исследования и разработки и продолжала настойчиво работать. "После повторных оптимизаций и улучшений, а также множественных раундов исследований и испытаний, наконец, была определена программа разработки и проектирования", - сказали члены проектной команды.

Преодоление пределов испытаний, движение вперед с одной попытки

"Даже если нет условий, мы должны создать условия, чтобы двигаться вперед." Более 60 лет они постоянно продвигались вперед. Чем сложнее, тем больше они продвигаются, и не остановятся, пока не достигнут своей цели. Они создали бесчисленные отраслевые чудеса, заполнили множество внутренних пробелов и заложили основу для развития генераторных выключателей на 170 кА. После определения плана разработки продукт официально вошел в стадию опытного производства.

Так как параметры тока генераторного выключателя в несколько раз превышают параметры обычных коммутационных устройств, его радиальный размер значительно больше, чем у обычных продуктов. Необходимо не только удовлетворять требованиям по производительности, но и обеспечивать точность обработки и изготовления, что представляет новые вызовы для производства, установки и наладки генераторных выключателей. Команде опытного производства необходимо преодолеть беспрецедентные трудности и использовать комбинацию различных технологий, чтобы выполнить эту задачу.

В это время страна находилась в критический период борьбы с эпидемией. Многие предприятия-поставщики были закрыты, что привело к увеличению сроков обработки компонентов. Чтобы снизить влияние эпидемии на общую динамику проекта, члены партии в команде проекта активно взяли на себя лидерство, соревновались со временем, работали сверхурочно, чтобы пересмотреть план и улучшить чертежи, выигрывая ценное время для прогресса проекта.

На этапе испытаний проведение теста на размыкание стало еще одним ключевым моментом. После каждого теста восстановленный прототип будет содержать некоторые раздражающие газы и пыль, но члены команды проекта игнорировали это и немедленно направлялись на место разборки, чтобы проверить состояние прототипа после высокотокового абляции, получить первичные данные и предоставить основу для последующих улучшений; команда проекта широко прислушивалась к мнениям экспертов, непрерывно анализировала различные факторы влияния в ходе испытаний, органически сочетала результаты испытаний с имитационными расчетами и разработала серию технических и испытательных планов.

От отсутствия точки размыкания в начале до появления точки размыкания, от наличия точки размыкания до реализации полного диапазона размыкания, от прямых испытаний до синтетических испытаний, после нескольких раундов исследований и оптимизации плана, наконец, был преодолен барьер, ограничивающий проект. В то же время были преодолены многие проблемы, такие как переключение сверхбольших короткозамкнутых токов, длительная проводимость сверхбольших непрерывных токов, изготовление и обработка ключевых компонентов, и сделаны новые прорывы и инновации в области проектирования, изготовления и сборки национального крупного оборудования. Кроме того, в процессе разработки продукта была сформирована сильная команда технических специалистов, что создало прочную основу для группы, чтобы стать лидером в ключевых технических областях, таких как генераторные выключатели большой мощности в Китае.

Осуществление серийной разработки, выход на передовые позиции

С 2008 по 2021 год, более 10 лет, они продвигались, несмотря на трудности, и продолжали настаивать. Они не только завершили серийное местное производство комплектов генераторных выключателей, но и улучшили уровень исследований в области разрыва и гашения сверхбольших токов, а также добились значительных улучшений в методах разработки и производственных процессах крупных коммутационных устройств.

В то же время комплекты генераторных выключателей бренда успешно применялись в национальных ключевых проектах, таких как Сянцзяба, Сылудо и Удонгде, внесли свой вклад в продвижение процесса локализации национального крупного оборудования. В 2019 году генераторные выключатели большой мощности китайского производителя генераторных выключателей впервые были экспортированы за рубеж, успешно войдя на международный рынок.

● 2008: Начата разработка комплектов генераторных выключателей большой мощности для блоков мощностью 600 МВт;

● 2011: Комплекты генераторных выключателей большой мощности для блоков мощностью 600 МВт завершили все типовые испытания в Национальном центре контроля качества и испытаний высоковольтного электротехнического оборудования, что означает, что Китай официально вступил в эпоху разработки комплектов генераторных выключателей большой мощности, став одной из немногих стран мира, производящих высококачественное оборудование;

● 2012: Комплекты генераторных выключателей большой мощности для блоков мощностью 800 МВт завершили все типовые испытания в Национальном центре контроля качества и испытаний высоковольтного электротехнического оборудования;

● 2017: Начата серийная разработка комплектов генераторных выключателей, и в 2018 году успешно разработаны генераторные выключатели большой мощности для блоков мощностью 400 МВт, что сделало серию продуктов генераторных выключателей группы более полной;

● 2021: Завершена разработка генераторных выключателей большой мощности для гидроэнергетических и тепловых блоков мощностью 1000 МВт, выход на более высокий уровень.

Китайский производитель генераторных выключателей всегда будет помнить о "вопросах, затрагивающих страну", ускорит "создание источника оригинальных технологий и лидера современной промышленной цепочки", стремясь стать предложителем потребностей, организатором инноваций, поставщиком технологий и пользователем рынка для оригинальных инноваций и ключевых технологий, удерживать инициативу в технологическом прогрессе и развитии промышленности, продолжать вести развитие отрасли передачи и распределения электроэнергии, и внести свой вклад в обеспечение энергетической безопасности Китая.