12月29日，國(guó)家電網(wǎng)公司自主研發(fā)制造的200千伏高壓直流斷路器在浙江舟山投運(yùn)，成功應(yīng)用于舟山五端柔性直流輸電工程中。
柔性直流輸電具有獨(dú)立調(diào)節(jié)有功及無(wú)功功率等特點(diǎn)，構(gòu)建柔性直流電網(wǎng)對(duì)于大規(guī)模新能源并網(wǎng)、提高電網(wǎng)大規(guī)模遠(yuǎn)距離輸電能力、提高配電網(wǎng)供電的靈活性及可靠性意義重大，將給新能源的高效利用及電網(wǎng)發(fā)展帶來(lái)革命性的變化。
直流斷路器是實(shí)現(xiàn)柔性直流電網(wǎng)故障元件快速隔離、構(gòu)建直流電網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備，如果缺少直流斷路器，一旦在換流站或輸電線(xiàn)路上發(fā)生短路故障，整個(gè)柔性直流電網(wǎng)系統(tǒng)將全部閉鎖退出運(yùn)行，待故障元件隔離后才能恢復(fù)運(yùn)行，大大降低了供電可靠性，嚴(yán)重制約了柔性直流輸電技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用。
大功率直流輸電不同于目前的交流輸電，電流及電壓連續(xù)不間斷，相當(dāng)于高速奔馳的高鐵列車(chē)，能量巨大。柔性直流電網(wǎng)設(shè)備故障時(shí)短路電流上升極快，為確保設(shè)備安全及系統(tǒng)安全運(yùn)行，要求直流斷路器在數(shù)毫秒（3毫秒以?xún)?nèi)）內(nèi)斷開(kāi)故障電流、隔離故障點(diǎn)，這相當(dāng)于將一列高速奔馳的列車(chē)在幾毫秒的時(shí)間停下來(lái)，難度極大，現(xiàn)有的開(kāi)斷技術(shù)無(wú)法滿(mǎn)足要求。如何解決大功率直流開(kāi)斷，長(zhǎng)期以來(lái)困擾著國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工程界，因此被譽(yù)為電力技術(shù)領(lǐng)域的百年難題。
舟山200千伏高壓直流斷路器作為全球首個(gè)投入工程應(yīng)用的高壓直流斷路器，整體技術(shù)水平達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先，工程成功投運(yùn)是我國(guó)在直流輸電領(lǐng)域持續(xù)創(chuàng)新的重要里程碑。該斷路器基于超高速機(jī)械開(kāi)關(guān)和級(jí)聯(lián)全橋模塊混合，可實(shí)現(xiàn)雙向故障電流的快速斷開(kāi)，整體控制簡(jiǎn)單，可靠性高，可在3毫秒內(nèi)，斷開(kāi)一條200千伏高壓直流輸電線(xiàn)路產(chǎn)生的高達(dá)15千安的故障電流，速度比人類(lèi)眨眼還要快100倍。
200千伏高壓直流斷路器在工程領(lǐng)域的首次示范應(yīng)用，為后續(xù)的±500千伏張北柔性直流電網(wǎng)示范工程的建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，對(duì)我國(guó)直流電網(wǎng)的加快發(fā)展、大規(guī)模新能源的高效并網(wǎng)消納、搶占高端電工裝備制造業(yè)制高點(diǎn)具有重要意義。
一是推動(dòng)直流電網(wǎng)加快發(fā)展，提高交直流電網(wǎng)安全穩(wěn)定性。
直流輸電損耗低，特別適用于遠(yuǎn)距離傳輸，如果將直流線(xiàn)路連成網(wǎng)絡(luò)，將給能源的高效利用帶來(lái)革命性的變化，加裝直流斷路器后，斷路器可以快速切斷故障電流，對(duì)直流輸電系統(tǒng)和直流電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行有著極其重要的作用。同時(shí)，直流電網(wǎng)作為未來(lái)電網(wǎng)的重要發(fā)展方向，可以與目前技術(shù)成熟的交流電網(wǎng)形成互補(bǔ)，有力推動(dòng)電網(wǎng)互聯(lián)互通進(jìn)程。
二是支撐新能源高效并網(wǎng)消納，提高配電網(wǎng)供電靈活性。
200千伏高壓直流斷路器在柔性直流工程的成功應(yīng)用，也對(duì)我國(guó)新能源的發(fā)展具有重要示范作用。柔性直流輸電具有獨(dú)立調(diào)節(jié)有功及無(wú)功功率等特點(diǎn)，構(gòu)建柔性直流電網(wǎng)對(duì)于大規(guī)模新能源并網(wǎng)、提高電網(wǎng)大規(guī)模遠(yuǎn)距離輸電能力、提高配電網(wǎng)供電的靈活性及可靠性意義重大。柔性直流輸電配置斷路器之后，將提高新能源并網(wǎng)與外送工程運(yùn)行可靠性與靈活性，有力支撐新能源高效并網(wǎng)和消納。
三是推動(dòng)我國(guó)電工裝備制造業(yè)搶占世界制高點(diǎn)。
200千伏高壓直流斷路器作為我國(guó)電工裝備制造業(yè)的世界級(jí)成果，將極大推動(dòng)直流輸電技術(shù)的快速發(fā)展，從而帶動(dòng)功率半導(dǎo)體、高壓開(kāi)關(guān)等產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展和制造工藝提升，構(gòu)建高壓直流技術(shù)裝備產(chǎn)業(yè)鏈，帶動(dòng)我國(guó)電力電子與電工裝備制造業(yè)的進(jìn)步，搶占電工裝備制造業(yè)制高點(diǎn)，推進(jìn)“一帶一路”建設(shè)等戰(zhàn)略的實(shí)施。
名詞解釋
舟山五端柔性直流輸電工程
舟山五端柔性直流輸電工程是目前世界上運(yùn)行的電壓等級(jí)最高、端數(shù)最多、單端容量最大的多端柔性直流輸電工程。該工程共建有舟定、舟岱、舟衢、舟泗、舟洋5座換流站，總?cè)萘?00萬(wàn)千瓦。工程于2014年7月4日正式投運(yùn)，累計(jì)輸送電量近5億千瓦時(shí)。工程在舟山島際間架起了一個(gè)直流互聯(lián)電網(wǎng)，提升了海島電網(wǎng)供電可靠性，改善了舟山電網(wǎng)的風(fēng)電消納能力，實(shí)現(xiàn)了舟山北部各個(gè)島嶼間的電網(wǎng)互聯(lián)互通。
高壓直流斷路器
直流斷路器能夠快速斷開(kāi)直流系統(tǒng)中的短路故障電流，切斷故障線(xiàn)路并實(shí)現(xiàn)換流站與故障點(diǎn)隔離，是構(gòu)建直流電網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備，將有力推動(dòng)直流輸電技術(shù)的從兩端直流、多端直流，再進(jìn)一步發(fā)展到直流電網(wǎng)階段。
國(guó)家電網(wǎng)公司研發(fā)的高壓直流斷路器創(chuàng)造性地提出了超高速機(jī)械隔離開(kāi)關(guān)與大功率IGBT全橋級(jí)聯(lián)組件相結(jié)合的技術(shù)路線(xiàn)，解決了固態(tài)直流斷路器高損耗的缺陷，有效地克服了機(jī)械斷路器開(kāi)關(guān)速度的限制難題，實(shí)現(xiàn)了電氣與機(jī)械結(jié)構(gòu)的模塊化設(shè)計(jì)，研制的高壓直流斷路器可以在3毫秒內(nèi)斷開(kāi)一條200千伏高壓直流輸電線(xiàn)路產(chǎn)生的高達(dá)15千安故障電流，性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，具備以下優(yōu)點(diǎn)：
1.切斷速度快。能在3毫秒內(nèi)快速隔離直流線(xiàn)路故障，無(wú)須跳開(kāi)交流側(cè)斷路器，實(shí)現(xiàn)故障近端換流站快速重啟動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)換流站靈活投退，提高多端直流及直流電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。
2.可靠性高。能大幅降低故障電流對(duì)換流站設(shè)備和交流系統(tǒng)的沖擊，實(shí)現(xiàn)故障后直流子系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，保障系統(tǒng)設(shè)備安全。
3.適應(yīng)性好。采用緊湊的模塊化設(shè)計(jì)，具備良好的動(dòng)態(tài)均壓和關(guān)斷過(guò)沖抑制能力，降低了對(duì)IGBT（InsulatedGateBipolarTransistor，絕緣柵雙極型晶體管）器件一致性的苛刻要求，整體控制簡(jiǎn)單，擴(kuò)展性強(qiáng)、適用性好，有利于多端直流及直流電網(wǎng)的擴(kuò)建。
此前，ABB和Alston曾相繼宣布完成了80千伏、120千伏高壓直流斷路器的原理樣機(jī)研制工作。以下為相關(guān)企業(yè)研制的高壓直流斷路器參數(shù)比較：
