我國(guó)東西部跨度上千公里，西電東送大都采用長(zhǎng)距離、大容量、高電壓的直流工程進(jìn)行輸電，工程送端和受端站點(diǎn)均要用到重達(dá)300多噸的換流變壓器這種樞紐設(shè)備。而換流變壓器有一個(gè)關(guān)鍵的部件——有載分接開關(guān)，它是直流輸電系統(tǒng)調(diào)壓穩(wěn)壓的核心部件，也是一個(gè)非常精密的機(jī)電設(shè)備。

“換流變壓器有載分接開關(guān)好比汽車的自動(dòng)‘變速箱’，電壓調(diào)高調(diào)低，負(fù)荷調(diào)多調(diào)少，電流調(diào)大調(diào)小，都要通過它的檔位來(lái)調(diào)節(jié)。”南方電網(wǎng)超高壓公司生技部副總經(jīng)理馮鶇說。

據(jù)介紹，換流變壓器有載分接開關(guān)有1000多個(gè)零部件，切換次數(shù)非常頻繁，一年高達(dá)6000余次，一次切換包括9個(gè)過程，每次動(dòng)作涉及到400多個(gè)零部件的精密配合，而且每個(gè)過程的時(shí)序配合為毫秒級(jí)，動(dòng)作過程中涉及到電、熱、力多場(chǎng)耦合作用，這種時(shí)序配合的精度可比擬機(jī)械手表。

“由于可靠性要求極高，制造難度極大，這項(xiàng)技術(shù)一直掌握在外國(guó)少數(shù)廠家手里。設(shè)備維修也受限于外國(guó)廠家，一旦發(fā)生故障，只能更換同型號(hào)的進(jìn)口產(chǎn)品，訂貨周期需要三至四個(gè)月。”南方電網(wǎng)超高壓公司廣州局副總經(jīng)理汪洋說，“近些年來(lái)，進(jìn)口的換流變壓器有載分接開關(guān)在運(yùn)行中暴露出了機(jī)械開裂、絕緣劣化等重大問題，嚴(yán)重威脅著電網(wǎng)的安全運(yùn)行。”

為了攻克這個(gè)“卡脖子”難題，南方電網(wǎng)超高壓公司組建了“產(chǎn)學(xué)研用”攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)共同開展“大容量換流變壓器用6000kVA有載分接開關(guān)”關(guān)鍵技術(shù)國(guó)產(chǎn)化攻關(guān)。

面對(duì)重重困難，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)做好了充足準(zhǔn)備。南方電網(wǎng)超高壓公司高級(jí)技術(shù)專家鄧軍說：“我們結(jié)合多年運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)進(jìn)口設(shè)備暴露出的絕緣裕度不足、材料選型不合理、電氣設(shè)計(jì)不完善等問題，自主開展精細(xì)化建模仿真和真型樣機(jī)試驗(yàn)驗(yàn)證，逐個(gè)攻克難題，一步一步跨過難關(guān)。”

攻關(guān)團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)從設(shè)備結(jié)構(gòu)、可靠性等方面開展攻堅(jiān)。團(tuán)隊(duì)從200多萬(wàn)種可能的結(jié)構(gòu)中選出36種，再優(yōu)中選優(yōu)，并規(guī)避國(guó)際產(chǎn)權(quán)糾紛，最終選出最簡(jiǎn)潔最平衡的有載分接開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其次，重點(diǎn)開展核心器件研發(fā)，其中難度極大的就是研發(fā)真空滅弧室（真空滅弧室，又叫真空開關(guān)管，是中高電壓電力開關(guān)的核心部件。其主要作用是通過管內(nèi)真空優(yōu)良的絕緣性使中高電壓電路切斷電源后，能迅速熄弧并抑制電流，避免發(fā)生事故）。

“我們研制的產(chǎn)品不論從電壓、容量還是電流，都是目前世界上最高等級(jí)的，這對(duì)真空滅弧室的要求非?？量獭?rdquo;鄧軍介紹，研發(fā)之初，他們想采用有成熟應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的進(jìn)口真空滅弧室，但是經(jīng)過深入研究分析，認(rèn)為既然要做成世界領(lǐng)先，那就所有東西都要領(lǐng)先，于是就決定聯(lián)合國(guó)內(nèi)領(lǐng)軍企業(yè)自主研發(fā)真空滅弧室。

經(jīng)過計(jì)算、仿真、對(duì)比，他們開展了3000次性能檢測(cè)、37萬(wàn)次負(fù)載切換、160萬(wàn)次機(jī)械壽命、900萬(wàn)次波紋管疲勞等試驗(yàn)，最終研發(fā)出了真空滅弧室。

功夫不負(fù)有心人。經(jīng)過兩年堅(jiān)持不懈的努力，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)突破了設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和可靠應(yīng)用一系列關(guān)鍵技術(shù)，成功研制出了我國(guó)首臺(tái)額定容量6000kVA、最大電壓6000V、最大額定電流1300A的大容量換流變有載分接開關(guān)，實(shí)現(xiàn)了“原材料-組部件-整機(jī)”全鏈條的國(guó)產(chǎn)制造。

“單擊牛從乙極1、極2啟動(dòng)按鈕！”

“執(zhí)行！”

隨著現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員操作指令發(fā)布，從西換流站交流場(chǎng)的刀閘開關(guān)慢慢合上，電流瞬間從千里之外的西部，源源不斷地奔向東部地區(qū)。我國(guó)在大容量有載分接開關(guān)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了“從無(wú)到有，從有到優(yōu)”的跨越式突破，高壓直流輸電系統(tǒng)“變速箱”實(shí)現(xiàn)了“中國(guó)制造”。

“與同類進(jìn)口的產(chǎn)品相比，國(guó)產(chǎn)的換流變壓器有載分接開關(guān)結(jié)構(gòu)更合理、選材更優(yōu)良、指標(biāo)更優(yōu)異，在現(xiàn)行IEC和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上提高了2項(xiàng)試驗(yàn)考核指標(biāo)，新增了1項(xiàng)性能驗(yàn)證和3項(xiàng)性能摸底試驗(yàn)。經(jīng)行業(yè)權(quán)威機(jī)構(gòu)鑒定取得國(guó)際領(lǐng)先評(píng)價(jià)，打破了西方企業(yè)的技術(shù)壟斷，不僅實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，并且達(dá)到了性能更優(yōu)。”南方電網(wǎng)超高壓公司創(chuàng)新部副總經(jīng)理陳歡說，“設(shè)備研制成功，證明了只要給他們機(jī)會(huì)，國(guó)內(nèi)廠家也可以生產(chǎn)出媲美進(jìn)口的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。”

南方電網(wǎng)超高壓公司副總經(jīng)理劉相槍表示：“我們的攻關(guān)團(tuán)隊(duì)敢啃硬骨頭、敢接硬任務(wù)、敢挑重?fù)?dān)子，通過堅(jiān)持不懈的努力，不斷取得新進(jìn)展、新突破、新成效，這是我們‘胸懷大局、迎難而上、自立自強(qiáng)、永攀高峰’精神品質(zhì)的最好體現(xiàn)”。

據(jù)介紹，國(guó)產(chǎn)換流變壓器有載分接開關(guān)大的成功研制，將大幅減少工程建設(shè)投入，僅從設(shè)備成本方面估算，新建一條特高壓直流輸電工程可以節(jié)省費(fèi)用近4000萬(wàn)元，對(duì)提升西電東送主網(wǎng)架設(shè)備自主可控水平，帶動(dòng)我國(guó)高端電工裝備產(chǎn)業(yè)鏈升級(jí)，以及保障我國(guó)能源電力供應(yīng)的安全穩(wěn)定具有十分重要的意義。