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西安交大服务国家需求抢占国际直流开断制高点
来源:交大新闻网 日期 2019-12-30 09:21 点击:

近日,科技部在北京组织召开973计划项目验收会,西安交通大学承担的“高压直流短路电流开断机理及其应用基础”项目全面完成项目任务,首席科学家荣命哲教授汇报了项目的完成情况和代表性研究成果,受到专家的高度评价,项目已顺利结题。在此之前,12月3日,荣命哲教授作为项目负责人已顺利通过国家基金委和国网公司联合基金重大项目立项评审,继续开展高压直流开断关键技术攻关研究。

直流电力系统是支撑国家能源战略变革、促进国防关键装备升级换代的重要选择,在可再生能源规模化应用、城市配电、轨道交通、大型船舶供电、飞机供电系统等领域具有重要的应用前景。其中,直流电力开关装备是保证直流供电可靠性和灵活性的核心装备,由于直流电流无自然过零点,短路电流上升速度快,系统要求切除短路故障时间短,长期以来,直流开断是困扰国际电工领域的一大难题,严重制约了直流电网的发展和大规模推广。

荣命哲教授带领的先进直流开断技术研究团队长期从事大容量直流开断技术、电力开关设备放电基础理论等方面的研究。早在2006年就开始承担国防973项目研究,针对制约海军舰船电力系统更新换代的大容量直流断路器快速分断技术,发明了大容量直流电弧调控方法和高速脱扣与分闸机构,解决了直流断路器大电流电弧控制和分闸速度难以提升的问题,并与江苏大全集团合作成功开发了大容量直流断路器,通过国际权威检测机构IPH试验站型式试验,首次解决了舰船用大容量直流开断的世界性难题,为奠定我国在舰船综合电力技术领域的国际领先地位做出了贡献,获得了2016年度国家技术发明二等奖一项。

 4kV/(70-100kA)直流断路器及实验报告               1.8kV/90kA直流断路器及实验报告

结题的973项目围绕高压直流短路电流转移和电能耗散中的放电与绝缘特性演变规律及其调控的重大科学问题,揭示了短路电流转移、电压建立与能量耗散的耦合机理,提出了低成本、高性能的阻尼式高压直流开断新思路,有望解决未来高压直流断路器的规模化应用难题;揭示了高压直流开断中瞬变电弧放电等离子体微观粒子输运机理,建立了完善的电弧等离子体物性参数数据库,数据已被全球16个国家35家研究单位使用;获得了高压直流短路电流转移与电能耗散中的电介质绝缘特性及其演变规律;同时项目研发了三个高压直流断路器模块样机,并均完成了第三方测试验证。本项目的研究为我国高压直流断路器的总体设计、参数优化和工程研制奠定了基础。

近年来,研究团队持续开展科研攻关,面向新能源接入电网、城市直流配电、国防关键装备领域的新需求,突破了直流开断电流快速转移、断口绝缘快速恢复、电能快速耗散的关键技术,发明了基于磁耦合原理的电流快速转移方法,提出了转移和耗能一体化的直流开断新拓扑;发明了基于电弧与机构驱动一体化控制的电流转移方法,提出了新型混合式直流断路器拓扑,经验证10kV直流断路器最高分断能力达60kA。相关研究成果推进了国内外直流开断技术领域的发展和进步,并通过产学研相结合的模式,与平高集团合作,研发了10kV/160kV直流快速开关、直流配电系统用断路器/负荷开关,其中快速开关已应用于国网张北、南网珠海直流工程;与西电集团合作,成功开发了10kV混合式直流断路器/负荷开关,已在国家重点研发项目苏州直流示范工程中成功夺标。

同时,部分成果推广至瑞士ABB、美国G&W、韩国LS等国内外电力行业著名企业,为未来中高压直流电网的推广应用以及实现大规模可再生能源并网提供了设备保障,并推动了中国电力高端技术及其装备走向世界。

10kV磁耦合转移式直流断路器/负荷开关           新型混合式转移式10kV直流断路器

中高压快速机械开关

多年来,团队持续不断承担国家重大项目,在突破直流开断系列关键技术的同时,培养了一支优秀的中青年人才队伍,已培养优秀青年基金获得者1名,教育部青年长江学者1名,中组部青年拔尖人才1名。

针对已有高压直流开断方案难以满足直流电网对断路器技术性能和经济成本的双重要求,团队未来将继续在国家自然科学基金委和国网联合基金重大项目支持下,基于阻尼式高压直流开断的新思路,探求直流开断断口新介质,研发开断新器件,提出耗能新方法,从根本上解决直流断路器成本高、体积大的问题,占领国际高压直流开断理论与技术研究的制高点。

文字:电气学院
图片:电气学院
编辑:星 火

 
 
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