世界首台超高压快速真空断路器成功研发侧记：从60毫秒到20毫秒的突破

如何加快适应我国特高压电网和新能源发展建设，确保电网安全可靠稳定运行？如何进一步提高传统断路器开断时间，解决冲击电流过大？面对世界电力科技界共同瞩目的攻关难题，近日从西安高压电器研究院传来喜讯：363kV/5000A/63KA快速真空断路器取得关键技术突破，将开断短路电流时间由60毫秒提升至10-20毫秒。

60毫秒与20毫秒是什么感觉？根据医学界定义，正常人眨动一下眼睛约需要0.1秒时间，即100毫秒，60毫秒意味着来不及完成一次眨眼，20毫秒则仅相当于眼皮颤动一次。在电光火石瞬间，快速真空断路器顺利完成分闸动作，成功切除电网故障线路，确保了电网设备、千家万户百姓平稳安全供用电。

要做就一定做到最好

“虽然还未正式认证，但说它是‘世界首台超高压快速真空断路器’一点也不为过！”项目参与者之一，国网宁夏电科院科技部负责人黄永宁自豪地说。

363kV/5000A/63KA快速真空断路器项目自2011年着手，由51位来自电网企业、科研机构的研发团队担纲实施，历时7年攻坚克难，连续突破了多项世界性技术难题。据黄永宁介绍，该项技术实现了短路电流的开断能力由研发目标的63千安提升到80千安，突破了目前传统断路器最大开断63千安短路电流的能力；实现了由60毫秒开断短路电流提升至10-20毫秒，突破了世界目前范围已有真空断路器最快开断短路电流速度；实现了363千伏电压等级下对短路电流的直接开断，将在超高压电网应用方面取得新突破……”

闪电动作堪比神经中枢

将快速断路器动作时间从60毫秒提速到20毫秒，对于普通的居民用电来说，几乎难以察觉，而缩短故障持续时间40毫秒，对于工业企业的生产用电则意义非凡。

据相关资料显示，近20年来，全世界由于电压暂降(包括短时电压中断）造成的损失，约占工业样本总损失的60%。如20世纪90年代末，英国某造纸厂因一次仅持续0.3秒的电压暂降导致关键负荷装置跳闸，生产线作业中断，给企业带来的直接经济损失高达14万英镑；据中国电力科学研究院对北京首都钢铁厂的调查，2002年企业发生电压暂降情况19次，每次造成的直接经济损失折合人民币达200-300万元人民币。

而当短路故障发生时，363kV/5000A/63KA快速真空断路器检测到短路电流，在2毫秒内预测电流过零点，控制器迅速反应，发出分闸指令，超快速电磁斥力机构收到分闸指令后开始动作，在5毫秒内完成分闸操作，即断开故障电流。

就如同人的手指忽然被针扎到，人体神经中枢将信息迅速传送至大脑，大脑收到指令后指挥手指动作，在5毫秒内完成手指离开针尖的动作，从而保护手指免受更大伤害。

科技发展之路加速度

传统断路器开断时间长、冲击电流大，当发生短路故障以后，继电保护装置动作时间通常在10到20毫秒，断路器固有分闸时间为30到60毫秒，燃弧时间为10到20毫秒，再到故障切除时间更是长达60毫秒至140毫秒。

据业内人士介绍，对于国内50赫兹的电网，短路后5到10毫秒之内就已达到冲击电流最大值。而对于更高等级的363千伏电压等级线路，国内外较为先进的六氟化硫断路器最快分闸时间也在50毫秒以上。这意味着早在断路器开断之前，系统的设备就已经受到了五六次大电流的冲击，后果可想而知。

“从2011年确定研发快速真空断路器，到2013年快速断路器的分闸时间试验仅仅提升了5毫秒，每再提升1毫秒或者电压等级再加高一点，就会产生抖动现象、快速断开无法自愈合、设备不动作等问题，可谓困难重重。”

为了突破一个个研发障碍，由国网宁夏电力有限公司首席专家、宁夏电科院名誉院长艾绍贵带队的科研团队，7年累计进行了15000次试验，成功突破多项关键核心技术，最终使得研制快速真空断路器样机的目标得以实现。

在成功研制“363kV/5000A/63KA快速真空断路器”期间，国网宁夏电科院还衍生出快速开关型变阻抗节能变压器、快速开关型限流技术、快速开关型串联补偿技术、快速开关型变压器隔直装置、快速开关型消弧消谐装置等众多科技创新成果，多项科技成果位于世界领先地位，填补了相关领域空白。

一台快速开关型的零损耗深度限流装置用于240MVA变压器的35千伏侧，一年仅运行损耗电量折算成电费就可节省166万元；仅此一项技术的运用，每年就可为宁夏电网节约电费16.6亿元。

回望宁夏电网发展历程，从上世纪八九十年代一座110千伏变电站支撑一个地区供电的窘迫处境，到本世纪初宁夏电网750网架初步建成，再到如今特高压直流输电的飞速发展，国网宁夏电科院致力于推动电网科技发展的脚步从未停歇。未来，国网宁夏电科院将进一步加大新技术、新设备的实际推广应用，为推动新型快速超高压断路器装备产业的发展、提升国家电力自主创新能力和装备制造能力做出贡献。