12月8日，科研人員在查看190千安發(fā)電機(jī)斷路器成套設(shè)備的設(shè)計(jì)模型。

12月8日，陜西西安西電開關(guān)電氣有限公司科研人員在測(cè)試190千安發(fā)電機(jī)斷路器成套設(shè)備。

“大容量發(fā)電機(jī)斷路器是核電站建設(shè)的關(guān)鍵設(shè)備。長期以來，該設(shè)備的研發(fā)技術(shù)一直掌握在少數(shù)國際企業(yè)手中。我們經(jīng)過8年努力，成功研發(fā)出190千安發(fā)電機(jī)斷路器成套設(shè)備，解決了國內(nèi)核電站建設(shè)的關(guān)鍵核心難題，振奮人心！”12月8日，西安西電開關(guān)電氣有限公司相關(guān)科研項(xiàng)目負(fù)責(zé)人嚴(yán)旭一邊測(cè)試研發(fā)產(chǎn)品一邊對(duì)記者說。

勇?lián)邪l(fā)使命 從零出發(fā)

近日，國務(wù)院國資委新聞中心聯(lián)合多家網(wǎng)站一起宣傳大國重器；“國資小新”淘寶店上架了16件大國重器，發(fā)起新一季“最硬核的國貨購物車”，190千安發(fā)電機(jī)斷路器成套設(shè)備位列其中。

大容量發(fā)電機(jī)斷路器成套設(shè)備是確保核電站穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。該設(shè)備安裝在發(fā)電機(jī)和主變壓器之間，用于控制、保護(hù)發(fā)電機(jī)和變壓器。長期以來，國際上僅有一兩家公司具備生產(chǎn)大容量發(fā)電機(jī)斷路器成套設(shè)備的能力。

國外廠家供的貨不僅價(jià)格高，還存在延時(shí)供貨的風(fēng)險(xiǎn)。為了推進(jìn)重大設(shè)備國產(chǎn)化，解決關(guān)鍵核心難題，2014年底，中國西電所屬的西安西電開關(guān)電氣有限公司科研團(tuán)隊(duì)勇?lián)鷼v史使命，開啟了190千安發(fā)電機(jī)斷路器成套設(shè)備的研發(fā)之路。

嚴(yán)旭回憶：“8年前接到這一任務(wù)時(shí)，我們團(tuán)隊(duì)既興奮又忐忑。研發(fā)大容量發(fā)電機(jī)斷路器，需要攻克大量技術(shù)難關(guān)。”

190千安發(fā)電機(jī)斷路器成套設(shè)備屬于大容量發(fā)電機(jī)斷路器的頂尖級(jí)產(chǎn)品，適用于單臺(tái)發(fā)電機(jī)容量在1000兆瓦至1200兆瓦的核電站發(fā)電機(jī)組上，對(duì)發(fā)電機(jī)斷路器的可靠性有著極高的要求。

“我們必須確保研發(fā)的產(chǎn)品絕對(duì)安全可靠！”嚴(yán)旭介紹，研發(fā)這套設(shè)備的最大難點(diǎn)是斷路器開斷問題。在開斷過程中，斷路器的兩個(gè)導(dǎo)電觸頭間會(huì)產(chǎn)生電弧，電弧弧芯溫度瞬間可達(dá)3萬攝氏度。讓電弧弧芯溫度在數(shù)微秒時(shí)間內(nèi)下降到4000攝氏度以下，這是斷路器開斷的必要條件，難度非常大。

“當(dāng)時(shí)，我們手中除了一份調(diào)研報(bào)告，再?zèng)]有任何190千安發(fā)電機(jī)斷路器設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)了。”科研人員呂軍玲回憶。面對(duì)這樣的情況，科研團(tuán)隊(duì)分成大電流開斷小組、大容量通流小組、動(dòng)熱穩(wěn)定小組、機(jī)械壽命小組和工藝小組等。各小組成員集思廣益，發(fā)揮各自專長，開始在白紙上繪圖，設(shè)計(jì)最初的方案。

直面“數(shù)微秒”的挑戰(zhàn) 攻克難關(guān)

在數(shù)微秒時(shí)間內(nèi)，將發(fā)電機(jī)斷路器電弧弧芯溫度從3萬攝氏度降到4000攝氏度以下——這是必須攻克的難關(guān)。在試驗(yàn)過程中，超大的電弧能量對(duì)零件燒蝕的程度大大超出了科研人員的預(yù)判。部分樣機(jī)開斷失敗后的爆破現(xiàn)象，也給科研人員留下刻骨銘心的記憶。但是，他們沒有被困難嚇倒。

“我們初步設(shè)想，從充分利用電弧能量和高效耗散電弧能量的角度，將電弧的能量引入一個(gè)小腔室并儲(chǔ)存起來；再設(shè)計(jì)出合適的出口通道，在需要的時(shí)候?qū)⒏邏簹怏w釋放出來，解決在數(shù)微秒時(shí)間內(nèi)降溫的問題。”嚴(yán)旭說，“數(shù)微秒，相當(dāng)于人類眨一次眼睛時(shí)間的5萬分之一。”

從初步的設(shè)想到結(jié)果的成功，這中間有很長的路。科研團(tuán)隊(duì)在多輪次的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，每一個(gè)數(shù)據(jù)的改變都會(huì)帶來連鎖反應(yīng)，且常常超出預(yù)想。更令人頭疼的是，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)際運(yùn)行結(jié)果遠(yuǎn)比書面運(yùn)算復(fù)雜得多。為了讓每一次試驗(yàn)和運(yùn)算都更靠近最理想的結(jié)果，科研人員全力以赴，在每一個(gè)細(xì)節(jié)處絞盡腦汁，生怕有任何遺漏。

“僅僅找到合適的出口通道，我們就用了5年。出口通道是利用和消耗電弧能量的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，需要將七八種不同零件組合。”科研人員路媛婧說，“那幾年，我們大電流開斷小組成員反復(fù)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)、畫圖紙、裝配調(diào)試、樣機(jī)試驗(yàn)，進(jìn)行了20多輪次這樣的流程，驗(yàn)證了上百個(gè)不同零件的組合結(jié)構(gòu)。”

2018年，面對(duì)之前多次組合零件方案的失敗，大電流開斷的研發(fā)進(jìn)入瓶頸期。召集小組成員開會(huì)時(shí)，嚴(yán)旭鼓勵(lì)大家從頭梳理每一次方案，從中找到試驗(yàn)失敗的共性問題。大家沉下心來，重新鼓足干勁，總結(jié)失敗教訓(xùn)，推翻了之前4年的研發(fā)通道結(jié)構(gòu)，重新從匹配發(fā)電機(jī)斷路器腔室合適壓力的角度尋找突破口。在接下來一整年的反復(fù)試驗(yàn)中，科研團(tuán)隊(duì)終于確定了“合適的出口通道”。

在電弧產(chǎn)生的超高溫情況下，大容量發(fā)電機(jī)斷路器上的金屬會(huì)被燒融產(chǎn)生金屬微粒。這就需要用耐高溫材料和金屬結(jié)合來做好防護(hù)。這些耐高溫材料需要絕緣材料，以保證結(jié)合后的新材料在高溫下不能產(chǎn)生新的金屬粒子。將金屬和非金屬緊密地結(jié)合，同時(shí)結(jié)合面還需要耐受高溫不失效，這又是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。

試驗(yàn)期間，科研人員發(fā)現(xiàn)高溫氣體會(huì)把發(fā)電機(jī)斷路器腔室內(nèi)的一些金屬零件燒化，嚴(yán)重影響了零件的強(qiáng)度和產(chǎn)品性能。于是，工藝小組開始攻關(guān)超高溫的金屬耐燒蝕技術(shù)難題。科研人員馬沖說：“我們用了一年的時(shí)間，終于在真空環(huán)境下結(jié)合兩種材料成功攻克了超高溫金屬耐燒蝕技術(shù)難題。”

經(jīng)過反復(fù)優(yōu)化改進(jìn)，科研人員設(shè)計(jì)出了新型自能滅弧結(jié)構(gòu)，成功解決了在數(shù)微秒時(shí)間內(nèi)將電弧弧芯溫度從3萬攝氏度下降到4000攝氏度以下的科研難題。

推進(jìn)重大裝備國產(chǎn)化 填補(bǔ)空白

功夫不負(fù)有心人。在新產(chǎn)品的試驗(yàn)和制造階段，研發(fā)團(tuán)隊(duì)反復(fù)修改方案、完善圖紙、激烈討論，用熱情和熱愛為推動(dòng)項(xiàng)目的整體進(jìn)度積極作出貢獻(xiàn)，一步步攻克了“發(fā)電機(jī)斷路器的長期通流”“短路電流的開斷”“耐高溫新材料研發(fā)”等科研難點(diǎn)。

2023年7月，隨著最后一檔型式試驗(yàn)通過，190千安發(fā)電機(jī)斷路器成套設(shè)備終于研制成功。同年10月，該套設(shè)備通過國家級(jí)產(chǎn)品鑒定，擁有了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，綜合技術(shù)性能達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。

8年間，西安西電開關(guān)電氣有限公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)百折不撓，持續(xù)攻克技術(shù)難關(guān)，將大容量發(fā)電機(jī)斷路器設(shè)備的通流能力從160千安提升到190千安，打破了大容量發(fā)電機(jī)斷路器成套設(shè)備長期以來依賴進(jìn)口設(shè)備的被動(dòng)局面。

8年間，西安西電開關(guān)電氣有限公司科研團(tuán)隊(duì)不斷進(jìn)取，在相關(guān)領(lǐng)域?yàn)閲医ㄔO(shè)不斷貢獻(xiàn)著陜西制造的力量。目前，該公司是國內(nèi)唯一一家能夠生產(chǎn)制造190千安大容量發(fā)電機(jī)斷路器成套設(shè)備的廠家。

據(jù)介紹，190千安發(fā)電機(jī)斷路器成套設(shè)備的成功研制，再次推進(jìn)了我國百萬千瓦級(jí)機(jī)組用重大裝備的國產(chǎn)化，解決了“華龍一號(hào)”“AP1000”等大型核電站對(duì)大容量發(fā)電機(jī)斷路器成套設(shè)備的緊迫需求，實(shí)現(xiàn)了我國大型核電站工程建設(shè)和運(yùn)行服務(wù)自主可控的安全保障。

“別人能做到的，我們也能做到！”嚴(yán)旭說。（ 杜瑋）

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