全球首个投入工程应用的200千伏高压直流断路器研发纪实-北极星输配电网

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浙江舟山，1300多个岛屿星罗棋布。独特的自然环境为我国科学家探索前沿科技提供了得天独厚的条件。

2014年7月4日投入运行的舟山±200千伏五端柔性直流输电科技示范工程（以下简称“舟山柔直工程”）创造了世界上电压最高、容量最大、端数最多的柔性直流输电工程纪录。

定海站换流阀子模块测试

技术人员正在安装设备

2016年年底，舟山群岛再一次见证了我国电力前沿科技领域的新突破。2016年12月29日，国家电网公司自主研发制造的全球首个200千伏高压直流断路器及快速恢复装置在舟山投运，成功应用于舟山五端柔性直流输电工程中。200千伏高压直流断路器攻克了高压直流输电电流难以快速断开的世界级技术难题，实现了直流输电核心装备研发和制造领域的重大突破，也为我国直流电网的发展奠定了技术基础，积累了工程经验，具有重大示范意义。

直流开断：世界输电领域的一道难题

舟山柔直工程在东海的5座岛屿上分别建设了舟定、舟岱、舟衢、舟泗、舟洋5座换流站，总容量100万千瓦。工程自2014年7月4日正式投入运行以来，一直安全稳定运行，累计输送电量近5亿千瓦时。它的投运有效改善了舟山群岛各相关风电场的故障穿越能力，增强了舟山电网对风电的接纳能力，提高了各岛屿的供电可靠性，实现了舟山群岛北部岛屿间的电能灵活转换，在保障国家海洋新区经济发展和民生用电方面发挥了不可替代的作用。

“尽管柔直系统功能强大，但是作为一项应用不久的新技术，高压直流电流难以开断的技术瓶颈一直困扰着国际电力工程领域。”全球能源互联网研究院直流输电技术研究所装备部副主任张升介绍说，柔性直流输电网络不具备直流故障清除能力，在当前的多端直流系统中，只要局部发生故障，系统中所有换流站必须停止运行，导致多端直流系统的运行可靠性和优越性无法充分发挥。

柔性直流输电具有独立调节有功及无功功率等特点，构建柔性直流电网对于大规模新能源并网、提高电网大规模远距离输电能力、提高配电网供电的灵活性及可靠性意义重大，将给新能源的高效利用及电网发展带来革命性的变化。直流断路器是实现柔性直流电网故障元件快速隔离、构建直流电网的关键设备，如果缺少直流断路器，一旦换流站或输电线路上发生短路故障，整个柔性直流电网系统将全部闭锁退出运行，待故障元件隔离后才能恢复运行，大大降低了供电可靠性，严重制约了柔性直流输电技术的发展及应用。

大功率直流输电不同于目前的交流输电，电流及电压连续不间断，相当于高速奔驰的高铁，能量巨大。柔性直流电网设备故障时短路电流上升极快，为确保设备安全及系统安全运行，要求直流断路器在3毫秒内断开故障电流、隔离故障点，这相当于将一列高速奔驰的列车在几毫秒的时间内停下来，难度极大，现有的开断技术无法满足要求。如何解决大功率直流开断的问题，长期困扰着国内外学术界，因此被称为电力技术领域的百年难题。

自主创新：世界上分断能力最强的断路器在中国问世

没有快速断开直流电流的设备，舟山柔直工程始终埋藏着隐患。舟山供电公司柔直运检室副主任许琤就曾经历过这样的险情：“2014年6月下旬，运检人员突然发现洋山换流站可能会出现外接电源故障。柔直系统的5座换流站是在同一条直流母线上运行的，只要其中一座换流站停运，其他4座必须陪停。”值班员及时调整运行方式，才将险情化解。

这也让舟山供电公司的电力技术人员下决心解决这一难题。2016年5月，经过大量前期工作，舟山供电公司正式启动“舟山柔直系统直流断路器和阻尼恢复技术示范工程”，剑指柔直输电系统所面临的技术瓶颈，力争解决柔直系统直流侧故障快速隔离、重启动、运行灵活性不足等问题，并实现直流故障快速恢复技术的工程化应用。

国网浙江省电力公司、国网智能电网研究院、南京南瑞继保电气有限公司、舟山供电公司展开协同攻关，研制出200千伏高压直流断路器样机、阻尼恢复系统，并相继通过了中国电机工程学会组织的技术鉴定。

经过紧张的施工、安装、调试，200千伏直流断路器、5套阻尼快速恢复装置534个阻尼模块，以及谐振开关、二次系统升级等工作均按期顺利完成。

2016年12月29日，在众多业界专家的共同见证下，舟山柔直系统直流断路器和阻尼恢复技术示范工程成功投运。这也是全球首个投入工程应用的直流断路器。

见证了具有完全自主知识产权的高压直流断路器问世，在工程投运现场，中国工程院院士郑健超十分兴奋。他表示：“直流断路器研制成功并通过所有试验投入工程化应用，为未来更高电压等级的直流电网发展提供了关键技术支撑。”

据中国电机工程学会的专家鉴定，舟山200千伏高压直流断路器作为全球首个投入工程应用的高压直流断路器，整体技术达到国际领先水平。该断路器基于超高速机械开关和级联全桥模块混合，可实现双向故障电流的快速断开，整体控制简单，可靠性高，可在3毫秒内断开一条200千伏高压直流输电线路产生的高达15000安的故障电流，速度比人类眨眼还要快100倍。

意义非凡：引领中国制造抢占高端电工装备领域制高点

我国风电、太阳能等清洁能源发展日益迅猛，而柔性直流输电系统被认为是远距离分布式能源接入的最友好系统。以海上风电为例，搭载了直流断路器的柔性直流输电系统，能快速灵活地实现单个远距离海上风电的投入和退出，保证海上风电能源高效消纳和电力网络可靠运行。

不仅如此，200千伏高压直流断路器在工程领域的首次示范应用，也为后续的±500千伏张北柔性直流电网示范工程的建设奠定了坚实基础，更对我国直流电网的加快发展、大规模新能源的高效并网消纳、抢占高端电工装备制造业制高点具有重要意义。

众所周知，直流输电损耗低，特别适用于远距离传输，如果将直流线路连成网络，将给能源的高效利用带来革命性的变化。加装直流断路器后，断路器可以快速切断故障电流，对直流输电系统和直流电网的安全可靠运行有着极其重要的作用。同时，直流电网作为未来电网的重要发展方向，可以与目前技术成熟的交流电网形成互补，有力推动电网互联互通。高压直流断路器正是直流“成网”的关键技术所在。

200千伏高压直流断路器在舟山柔直工程的成功应用，也对我国新能源的发展具有重要示范作用。柔性直流输电工程配置断路器之后，将提高新能源并网与外送工程运行可靠性、灵活性，有力支撑新能源高效并网和消纳。

此外，200千伏高压直流断路器作为我国电工装备制造业的世界级成果，将推动直流输电技术的快速发展，从而带动功率半导体、高压开关等产业技术发展和制造工艺提升，构建高压直流技术装备产业链，带动我国电力电子与电工装备制造业的进步，抢占电工装备制造业制高点，推进“一带一路”建设等战略的实施。

近年来，公司坚持大力推进自主创新，系统开展科技攻关，在特高压交直流、柔性交直流等方面掌握了核心技术，全面实现了国际引领，显著提升了电网的整体科技含量，推动电网实现了从传统电网向安全、高效、经济、清洁、互动现代电网的升级和跨越。

南瑞继保成功自主研发出世界首台±500千伏高压直流断路器

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南瑞继保成功自主研发出世界首台±500千伏高压直流断路器

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