Kinesiska GCB-tillverkare har utvecklat fullständiga system för 1GW-enhetstillämpningar.

Nyligen har en kinesisk tillverkare av generatorbrytare framgångsrikt utvecklat generatorbrytare för 1 000 MW vattenkraft- och termisk energianläggningar, vilka har passerat grupps granskning och godkännande. Deras sammanlagda prestanda har nått internationellt ledande nivå, fyller in den inhemiska luckan. Detta är ytterligare ett stort genombrott efter att gruppen mästade tekniken för stora kapacitetsgeneratorbrytare för 400 MW, 600 MW och 800 MW anläggningar, vilket markerar att kinesiska tillverkare av generatorbrytare har övervunnit ytterligare en viktig "flaskhals" teknisk problem och bidragit betydande till lokaliseringsprocessen av Kinas viktiga tekniska utrustning.

Att klättra forskningens topp, aldrig stanna

En generatorbrytare är en högströmsbrytare installerad mellan generatorns utlopp och transformatorn. Den används främst för att skydda generatörer och transformatorer, vilket effektivt förbättrar systemets säkerhet, underlättar kommissionering och underhåll, samt ger betydande ekonomiska fördelar. Men tillverkningsmetoden för denna högpresterande utrustning har länge varit kontrollerad av utländska företag, och landet spenderar årligen stora belopp på valuta för import. För att realisera lokaliseringsprocessen av viktig utrustning och övervinna kärntekniska problem, bestämde sig kinesiska tillverkaren av generatorbrytare 2008 för att tillsammans med flera grupper utveckla generatorbrytareprodukter.

Efter flera års hårda forskning och utveckling, lyckades kinesiska tillverkaren av generatorbrytare 2011 respektive 2012 slutföra utvecklingen av generatorbrytare för 600 MW och 800 MW enheter; 2018 lyckades de utveckla generatorbrytare för 400 MW enheter, vilket i början gjorde produktsammanhang möjligt och gav effektiv erfarenhet för att mästra högre nivåteknik.

Enligt systemparametrarna för 1 000 MW enheter, ska generatorbrytaren uppfylla kravet på en nominell kortslutningsavbrottsström på 170 kA. "Vi har inte slutat klättra forskningens topp, och teknikteamet måste fortsätta framåt med utvecklingen av generatorbrytare för 1 000 MW enheter", sa projektledaren. Därför, från 2018 startade projekttilldelningen angripandet av 170 kA generatorbrytare.

Som vid andra utrustningstillverkningar, måste produktutvecklingsprocessen genomgå design, provproduktion, testning och andra länkar. Men för viktiga nyckelutrustningar är varje länk full av utmaningar. Utan kontinuerliga tekniska reserver och ett starkt projekttilldelningsteam är det extremt svårt att slutföra angripandet av nyckelkärnteori.

Därför har kinesiska tillverkaren av generatorbrytare kontinuerligt ökat tekniska investeringar och talangutbildning, spelat ut sin djupa tekniska reservering av mer än 60 år inom området för strömförsörjningsutrustningstillverkning, kontinuerligt utnyttjat dess resurser och talangfördelar, och beslutsamt tagit på sig den viktiga uppgiften att forskning och utveckling av 170 kA generatorbrytare. Från design till simulering (inklusive brytning, temperaturökning, mekanik, isolering etc.), till strikt kontroll av material, bearbetningsteknik och monteringsteknik för kritiska komponenter, har de modigt trängt framåt och aldrig gett upp. Genom gemensamma ansträngningar och uppriktigt samarbete av alla parter, lyckades de till slut gnaga på detta "hårda ben".

Mästerskap av nyckelteknologier, utståndighet

Jämfört med generatorbrytaren för 800 MW enheter, har 170 kA produkten en större avbrottsström och måste uppfylla kontroll och skydd för 1 000 MW enheter i stora kraftstationer. Inte bara har produktnivån förbättrats, men forsknings- och utvecklingssvårigheten har också ökat exponentiellt. "Men det finns ingen erfarenhet att hämta inspiration från i Kina, och endast ett fåtal utländska företag har kontroll över denna kärnteknik, vilket gör forskning och design extremt svårt", sa designer.

Parametrarna för 170 kA generatorbrytare är ofta flera gånger de för linjebrytare, vilket är nyckelpunkten och svårigheten i forskning och utveckling av stora kapacitetsgeneratorbrytare. Nominella strömmen är en viktig parameter för långtidssäkerhet i drift, som behöver lösa olika problem exponerade i högttemperaturmiljöer som leddrags temperaturökning och isoleringsåldring.

Under nominell kortslutningsavbrottsprocessen, kommer extremt högtemperatur plasma att genereras mellan kontaktplatser. Temperatur mellan kontaktplatserna behöver sänkas till en viss temperatur inom några mikrosekunder när strömmen passerar noll, vilket är ett nödvändigt villkor för brytaren att bryta, och dess svårighet är mycket hög. Samtidigt, den högtemperatur plasma av tiotusentals grader mellan kontaktplatserna orsakar allvarlig erosion av olika komponenter i arcbrytarkammaren. Så, hur man designar och skyddar varje komponent mot erosion är också ett knepigt problem.

För att uppfylla dissipation av arcbrytarens energi för 170 kA kortslutningsström, krävs en omfattande innovativ design av arcbrytarkammaren. Men, brytningsprocessen är en ögonblicklig process som involverar multifältkoppling och superposition. Teknisk reservering i branschen hemma och utomlands är mycket begränsad, och det finns brist på erfarenhet i forskning om ultra-stora strömars bågar och arcbrytningsmekanismer. Existerande designmetoder kan endast ge vissa referenser och kan inte uppnå kvantitativ design. I nominell peakbelastningstest, är elektrisk kraft genererad av ultra-stora strömmar en stor utmaning för komponenters styrka, elektrisk kontakt prestanda och transmission struktur. Därför, investerade projekttilldelningsteam mycket forskningstid och uthärdade. "Efter upprepade optimeringar och förbättringar och flera ronder av forskning och testning, fastställdes forskning och designplanen till slut", sa projekttilldelningsteamets medlemmar.

Utmaning av testgränser, pressa framåt med en momentum

"Även om det inte finns några förutsättningar måste vi skapa förutsättningar för att gå framåt." Mer än 60 år har de hela tiden fortsatt framåt. Ju svårare det är, desto mer går de framåt, och de kommer inte att sluta förrän de når sitt mål. De har skapat otaliga branschunderverk, fyllt många inrikesluckor och lagt en fruktbar grund för utvecklingen av generatorbrytare med 170 kA. Efter att forsknings- och utvecklingsplanen var fastställd gick produkten officiellt in i prototypfasen.

Eftersom strömparametrarna för generatorbrytaren är flera gånger så stora som för konventionella brytare, är dess radiella storlek mycket större än för konventionella produkter. Det krävs inte bara att uppfylla prestandakraven, utan också att säkerställa tillverknings- och bearbetningsnoggrannheten, vilket ger nya utmaningar för tillverkning, installation och justering av generatorbrytare. Prototypgruppen behöver övervinna ovanliga svårigheter och använda en kombination av olika processer för att fullborda denna uppgift.

På detta tidpunkt var det en kritisk period för nationell smittskyddskontroll. Många leverantörföretag stängdes ned, vilket ledde till längre bearbetningstider för komponenter. För att minska påverkan av pandemin på projektets totala framsteg tog partimedlemmarna i projektgruppen aktivt initiativ, tävlade mot tiden, arbetade övertid för att revidera planen och förbättra ritningarna, vilket vann värdefull tid för projektets framsteg.

Under testfasen blev genomförandet av brytningsprovet ett annat nyckelpunkt. Efter varje prov skulle den återvunna prototypen ha kvar några irriterande gaser och damm, men projekttillhöriga ignorerade dessa och skyndade sig omedelbart till monteringsplatsen för att kontrollera prototypens tillstånd efter högströmsslag, få förstahandsdata och ge underlag för framtida förbättringar; projekttillhöriga lyssnade omfattande på experternas åsikter, analyserade kontinuerligt olika påverkande faktorer i testerna, kombinerade organiskt testresultaten med simuleringar, och formulerade en serie tekniska planer och testplaner.

Från ingen brytpunkt i början till uppkomsten av brytpunkter, från att ha brytpunkter till att realisera fullomfattande brytning, från direkta tester till syntetiska tester, efter flera rundor av testforskning och planoptimering, bröts slutligen flaskhalsen som begränsade projektet. Samtidigt övervanns många problem som växling av extremt stora kortslutningsströmmar, långsiktig strömföring av extremt stora kontinuerliga strömmar, och tillverkning och bearbetning av viktiga komponenter, och nya genombrott och innovationer gjordes inom design, tillverkning och montering av nationella viktiga utrustningar. Dessutom utbildades en stark grupp tekniska talanger under produktutvecklingsprocessen, vilket lade en solid grund för gruppen att leda branschen inom kärntechniska områden som stora generatorbrytare i Kina.

Genomförande av serietillverkning, steg in i spetsen

Från 2008 till 2021, under mer än 10 år, gick de framåt trots svårigheter och fortsatte. De fullbordade inte bara seriell lokaliseringsproduktion av hela generatorbrytaruppsättningar, utan förbättrade också forskningsnivån inom området för brytning och båglösning av extremt stora strömmar, och uppnådde betydande förbättringar i utvecklingsmetoder och tillverkningsprocesser för stora brytare.

Samtidigt har märkets generatorbrytaruppsättningar framgångsrikt använts i nationella nyckelprojekt som Xiangjiaba, Xiluodu och Wudongde, vilket bidragit till att främja lokaliseringen av nationella viktiga utrustningar. År 2019 exporterades stora generatorbrytare från den kinesiska generatorbrytartillverkaren för första gången, vilket framgångsrikt trädde in på den internationella marknaden.

● 2008: Lade ner på utvecklingen av stora generatorbrytaruppsättningar för 600 MW-enheter;

● 2011: Alla typprov för stora generatorbrytaruppsättningar för 600 MW-enheter slutfördes vid National High-Voltage Electrical Equipment Quality Supervision and Inspection Center, vilket markerade att Kina officiellt inträdde i eran av forskning och utveckling av stora generatorbrytaruppsättningar, vilket gjorde Kina till en av de få länderna i världen som producerar högpresterande utrustning;

● 2012: Alla typprov för stora generatorbrytaruppsättningar för 800 MW-enheter slutfördes vid National High-Voltage Electrical Equipment Quality Supervision and Inspection Center;

● 2017: Genomförde seriell utveckling av generatorbrytaruppsättningar, och lyckades utveckla stora generatorbrytare för 400 MW-enheter 2018, vilket gjorde gruppen's generatorbrytarprodukter mer komplett;

● 2021: Slutförde utvecklingen av stora generatorbrytare för 1 000 MW vattenkraft- och termisk energianläggningar, vilket steg in i ett ännu mer avancerat område.

Den kinesiska generatorbrytartillverkaren kommer alltid att hålla i minnet "de stora frågorna rörande landet", accelerera "byggnaden av en källa för ursprunglig teknologi och en ledare i den moderna industrikedjan", sträva efter att bli en föreslående av krav, en organisator av innovation, en leverantör av teknik och en användare av marknaden för ursprunglig innovation och kärnteknik, ta initiativet i teknisk framsteg och industriell utveckling, fortsätta leda utvecklingen av elöverförings- och distributionsindustrin, och göra sina bidrag till att säkerställa Kinas el- och energisäkerhet.