近日，中国电气装备所属中国西电西开电气自主研发的800kV/80kA/8000A GIS设备在西安高压电器研究院成功通过了全部型式试验，标志着国际首台高参数、高可靠性、高互换性大容量800kV GIS设备研制成功，为我国在大容量GIS等核心技术领域不断创新奠定了坚实的基础，是推动民族电力装备制造业由“跟跑”向“并跑”乃至“领跑”跨越的重要实践。800kV GIS家族迎来了又一次重大技术突破，充分彰显了集团公司勇攀科技高峰，努力攻克行业“卡脖子”难题的担当与责任。
PART 01
研制背景
随着我国经济社会的发展和清洁能源转型的需求，电网规模不断扩大，国内诸多变电站都相继出现了短路电流超标或即将超标的问题，而随着新能源电力的接入及直流配套工程的投运，这一问题变得愈发严重，成为电网安全稳定运行的重大课题。西北电网作为清洁能源外送的核心枢纽，对输送能力及安全稳定运行水平的要求越来高，导致越来越多的750kV站点短路电流已超过63kA，750kV电网系统失稳乃至大面积停电等安全风险日益突出，严重威胁750kV电力系统的安全稳定运行，亟需研发具有自主知识产权的800kV/80kA GIS设备。同时，新型电网的发展也对800kV大容量 GIS设备研发提出了更高的要求。
1.高参数要求
随着750kV电网短路电流与额定电流的增加，常规63kA/6300A产品越来难以满足电网的发展需求，用户迫切需要更高参数、更大容量的GIS设备。
2.高可靠性要求
西北网750kV站点是能源外送的核心枢纽，对绝缘、机械、通流、动热及开断等可靠性都提出了更高要求。
3.高互换性要求
为解决原有750kV站点短路电流超标问题，用户迫切要求在提升参数的同时，又不改变接口尺寸及原有地基等要素。
参数的提高带来了一系列需要克服的挑战，诸如在断路器进行T100a延长大半波开断时，时间常数为120ms，其半波持续时间可达15.3ms，短路电流峰值可达188kA；而在进行隔离开关高参数母转试验时，其转换电流高达400A，转换电压高达625V，开合次数为100次，同时要求经过强烈的电弧烧蚀后断口间绝缘强度不下降。在如此高的电流情况下，零件耐烧蚀性问题及成功通过试验问题成为研发的难点与关键点。同时，为提高产品的开断能力和母转能力，常规做法是提高速度与操作功及增大尺寸，但速度与操作功的提高意味着可靠性的降低与振动的增加，与用户高可靠性要求矛盾。而尺寸的增加不仅意味着新建站占地面积增加，更意味着现存站升级改造困难，与用户高互换性要求矛盾。这就造成了在满足“三高”要求下800kV大容量GIS设备自主研发难度极大，国内外也无同类型产品。
PART 02
着力“卡脖子”攻关
突破“三高”技术难题
2024年1月，西开电气决定集中优势资源，自主研发800kV/80kA/8000A GIS设备。为解决产品高参数、高可靠性与高互换性难题，公司提前部署、多部门通力协作，采用新一代技术方案，经过不断的摸索和试验，最终克服重重技术难关，取得了产品型式试验的成功。
1.高参数方面
该产品额定电压为800kV，额定电流为8000A，短时耐受电流为80kA 3s、峰值耐受电流为216kA。断路器具备高参数短路开断能力：开断电流为80kA、时间常数为120ms。隔离开关具备高参数母线转换电流开合能力：转换电流为4000A、转换电压625V、开合次数100次。快速接地开关具备超C类开合能力：电磁感应为800A/70kV、静电感应为150A/180kV，同时还具备216kA高压故障电流关合能力。
2.高可靠性方面
电气可靠性方面：产品具备3000m高海拔绝缘能力，断路器达到E2-C2级标准规定的最高参数。在新产品设计过程中，通过优化结构和强化异物工艺控制，进一步提升了产品的绝缘性能。机械可靠性方面：产品达到M2级机械寿命要求。隔离开关与接地开关操作功与常规63kA产品保持一致。断路器采用新一代灭弧原理，双断口布置，其操作功是常规63kA产品的60%，是目前已知所有800kV断路器（包括常规产品）中操作功最小的。操作功的减少或不变，一方面使得机械可靠性明显提高，另一方减少了振动冲击，对核心部件的绝缘可靠性提升也较为有利，而安装地基也无需进一步加强。产品适用性方面：适用场景广，可承受于-40℃极寒和55℃极热环境。
3.高互换性方面
800kV/80kA/8000A 大容量GIS产品接口尺寸、整体外形尺寸与地基尺寸与我司现有63kA产品保持一致，套管、接地开关、母线等核心零件尺寸与常规产品保持完全相同，这不仅保证了现存GIS站在不动地基的前提下实现原位增容改造，同时也为后续工程扩建提供了极大的便利。
PART 03
创新引领
实现从理论突破到新产品研发应用
国际首台大容量800kV/80kA/8000A GIS设备的成功研制填补了国内空白，实现了我国大容量开关设备的国产化，为开关设备的自主研发积累了丰富的技术与经验。其中最重要的就是项目团队在产品研发过程中引入可预测性仿真技术，可预测性仿真是指产品设计阶段，在虚拟状态下提前对各种性能做出准确仿真与预测，形成“设计——仿真——优化”的闭环，实现仿真有效指导产品设计0到1的突破。利用可预测性仿真技术，提前对该产品中涉及的绝缘性能、机械性能、开断性能及温升性能进行仿真优化，实现了产品设计由“经验迭代”向“可预测性”的转变，达到“试验即成功”的目标，大幅缩短了大容量产品的研发周期。
中国电气装备坚决贯彻创新驱动发展战略，将科技创新贯穿企业发展全过程，持续加大科研投入，全力攻克关键核心技术难题，为推动我国电力装备制造业高质量发展，建设现代装备制造强国注入强劲动能，在新时代新征程中，谱写科技自立自强的崭新篇章。
