《中国能源报》记者近日从中国机械工业联合会主办的“国产大容量发电机断路器、刚性气体绝缘输电线路应用成果研讨会”上获悉，百万千瓦机组190千安发电机出口断路器成套装置正式面市、环保型真空断口实现超大电流开断已从实验室走向生产线，标志着我国高端发电设备关键部件领域不断发展提速。
我国完全自主研发的190千安发电机出口断路器成套装置为国内首台百万千瓦核电机组用大容量发电机断路器，主要应用于100—120万千瓦容量的大型核电机组，实现了我国百万千瓦级核电机组用重大装备的国产化。
在受访专家看来，大容量发电机断路器的国产化，有助于保障国家能源安全和电力基础设施的稳定运行。未来将推动机械工业特别是电力设备制造业的转型升级，促进产业链的优化和升级。
■■推进核心技术装备自主可控
发电机断路器是保障发电机组安全运行的核心装备，主要应用领域包括水力发电厂、火力发电厂和核电站等。市场上的主要产品类型包括六氟化硫断路器、真空断路器等。近年来新增的核电、火电、水电等主力机组的单机容量均已达到百万千瓦以上，这对大容量发电机的断路器的性能要求越来越高。
“百万千瓦级的大型发电机是在发电机组输出端所需的断路器，对于断路器的参数要求极为严格。”西安交通大学电气工程学院副院长杨飞接受《中国能源报》记者采访时表示，百万千瓦发电机断路器作为一种特殊的开关装置，连接着大容量发电机和超特高压电网。在这里，断路器的额定电流和短路电流都非常大，比常规输配电断路器的额定电流和短路电流要高一个数量级。相较而言，家庭用的插座所提供的电流通常仅为10安培左右，而此断路器则需要承受高达60到70万安培的电流，是一般人很难想象的。
■■项目招标设计不再受制于人
“发电断路器在开关行业中占据着极高的地位，处于金字塔的顶端。”西安西电开关电气有限公司副总工程师程立对《中国能源报》记者表示，目前，无论是在国内还是国际上，普遍采用的是以六氟化硫为绝缘介质的机械式开关。然而，如果继续采用这一技术路线，当电流等级进一步提升，如达到210kA甚至未来核电领域可能需要的250kA时，我国现有的技术储备面临瓶颈。
发电机断路器技术长期以来被国外垄断，特别是在大型国家重点项目如水电、核电等领域，设备维护和后期安全方面的风险较大。用户担心产品可能突然出现故障，应急响应不及时，从而引发重大事故，影响国家能源安全。因此，用户更倾向于使用国产设备，以便于运维和保障。尤其是国外研发与制造企业通常是分离的，因此他们在技术上难以及时变革。
业内人士直言，国产设备进入市场打破了价格壁垒。设备价格的下降使得设计方案更加灵活多样，设计者更加专注于设计本身，而不是成本。
“特别是以前发电机断路器招标时，由于厂商太少，常常要经过公开招标、流标、申请改变招标方式等多个环节，复杂的流程，使得招标时间超长，可能导致设计进度变化，影响整体工程进度。”中国电建集团西北勘测设计研究院副总工程师孙帆说：“国内厂商的加入，壮大了供货商队伍，满足招标要求变得容易了，国内厂商的参与，促进了市场竞争，为业主提供了更多的选择。”
多家曾使用过国产发电机断路器的企业纷纷表示，随着西开、东电、哈电等国内设备企业的加入，设备故障处理的响应速度得到显著提高，有效减少故障处理的等待时间。
■■新技术路径正申请国家认证
谈及国产发电机断路器未来研发方向，杨飞介绍，传统六氟化硫开断方案，开断速度慢，电弧能量高达数兆焦，使得开断能力持续提升极其困难，并且电寿命低、不环保。采用这一技术路线，国内从130千安提升到190千安花了15年时间。因此，采用传统六氟化硫开断方案，提升发电机断路器参数难度很大，若试图进一步提升其性能，所面临的问题将极为复杂，实现起来难度极大。这会导致研发周期大幅延长，所需投入也会显著增加。
“国家重点研发计划立项，我们另辟蹊径地提出了一种新的技术路线。”杨飞表示，“目前，西安交大荣命哲教授带领的科技创新团队与西开电气、西安高压电器研究院联合研制成功了国际首台31.5千伏/210千安/40000安环保型发电机快速断路器（以下简称“210kA断路器”）。这一成果填补了国内空白，解决了超大电流开断的技术难题，并标志着中国在超大容量开关设备的自主创新研发方面取得了重要突破。”
210kA断路器实现了超大电流与超高直流分量快速开断、环保型真空多断口并联均流同步开断和超大额定电流温升控制等诸多难题，故障切除时间小于40ms，远低于国际最先进产品。目前，国家高压电器质量检验检测中心正在进行扩容改建，一旦实验室条件得到提升，我们会继续进行更高参数的技术研究与产品开发，达到250千安甚至更高。“我们在国家高压电器质量检验检测中心完成了210千安断路器的全套实验。后续将准备申请国家能源局的首台套认证。”杨飞说。
程立表示，传统电气设备研发是实验科学，依赖经验设计和样机试验的反复迭代，周期长、成本高，严重制约产品设计精度和研发效率。未来国产发电机断路器在产品设计阶段，可在虚拟状态下提前对各种性能做出准确仿真与预测。
