浙江舟山，1300多個島嶼星羅棋布。獨特的自然環(huán)境為我國科學家探索前沿科技提供了得天獨厚的條件。
2014年7月4日投入運行的舟山±200千伏五端柔性直流輸電科技示范工程（以下簡稱“舟山柔直工程”）創(chuàng)造了世界上電壓最高、容量最大、端數(shù)最多的柔性直流輸電工程紀錄。
2016年年底，舟山群島再一次見證了我國電力前沿科技領域的新突破。2016年12月29日，國家電網(wǎng)公司自主研發(fā)制造的全球首個200千伏高壓直流斷路器及快速恢復裝置在舟山投運，成功應用于舟山五端柔性直流輸電工程中。200千伏高壓直流斷路器攻克了高壓直流輸電電流難以快速斷開的世界級技術難題，實現(xiàn)了直流輸電核心裝備研發(fā)和制造領域的重大突破，也為我國直流電網(wǎng)的發(fā)展奠定了技術基礎，積累了工程經(jīng)驗，具有重大示范意義。
直流開斷：世界輸電領域的一道難題
舟山柔直工程在東海的5座島嶼上分別建設了舟定、舟岱、舟衢、舟泗、舟洋5座換流站，總容量100萬千瓦。工程自2014年7月4日正式投入運行以來，一直安全穩(wěn)定運行，累計輸送電量近5億千瓦時。它的投運有效改善了舟山群島各相關風電場的故障穿越能力，增強了舟山電網(wǎng)對風電的接納能力，提高了各島嶼的供電可靠性，實現(xiàn)了舟山群島北部島嶼間的電能靈活轉換，在保障國家海洋新區(qū)經(jīng)濟發(fā)展和民生用電方面發(fā)揮了不可替代的作用。
“盡管柔直系統(tǒng)功能強大，但是作為一項應用不久的新技術，高壓直流電流難以開斷的技術瓶頸一直困擾著國際電力工程領域。”全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院直流輸電技術研究所裝備部副主任張升介紹說，柔性直流輸電網(wǎng)絡不具備直流故障清除能力，在當前的多端直流系統(tǒng)中，只要局部發(fā)生故障，系統(tǒng)中所有換流站必須停止運行，導致多端直流系統(tǒng)的運行可靠性和優(yōu)越性無法充分發(fā)揮。
柔性直流輸電具有獨立調節(jié)有功及無功功率等特點，構建柔性直流電網(wǎng)對于大規(guī)模新能源并網(wǎng)、提高電網(wǎng)大規(guī)模遠距離輸電能力、提高配電網(wǎng)供電的靈活性及可靠性意義重大，將給新能源的高效利用及電網(wǎng)發(fā)展帶來革命性的變化。直流斷路器是實現(xiàn)柔性直流電網(wǎng)故障元件快速隔離、構建直流電網(wǎng)的關鍵設備，如果缺少直流斷路器，一旦換流站或輸電線路上發(fā)生短路故障，整個柔性直流電網(wǎng)系統(tǒng)將全部閉鎖退出運行，待故障元件隔離后才能恢復運行，大大降低了供電可靠性，嚴重制約了柔性直流輸電技術的發(fā)展及應用。
大功率直流輸電不同于目前的交流輸電，電流及電壓連續(xù)不間斷，相當于高速奔馳的高鐵，能量巨大。柔性直流電網(wǎng)設備故障時短路電流上升極快，為確保設備安全及系統(tǒng)安全運行，要求直流斷路器在3毫秒內斷開故障電流、隔離故障點，這相當于將一列高速奔馳的列車在幾毫秒的時間內停下來，難度極大，現(xiàn)有的開斷技術無法滿足要求。如何解決大功率直流開斷的問題，長期困擾著國內外學術界，因此被稱為電力技術領域的百年難題。
自主創(chuàng)新：世界上分斷能力最強的斷路器在中國問世
沒有快速斷開直流電流的設備，舟山柔直工程始終埋藏著隱患。舟山供電公司柔直運檢室副主任許琤就曾經(jīng)歷過這樣的險情：“2014年6月下旬，運檢人員突然發(fā)現(xiàn)洋山換流站可能會出現(xiàn)外接電源故障。柔直系統(tǒng)的5座換流站是在同一條直流母線上運行的，只要其中一座換流站停運，其他4座必須陪停?！敝蛋鄦T及時調整運行方式，才將險情化解。
這也讓舟山供電公司的電力技術人員下決心解決這一難題。2016年5月，經(jīng)過大量前期工作，舟山供電公司正式啟動“舟山柔直系統(tǒng)直流斷路器和阻尼恢復技術示范工程”，劍指柔直輸電系統(tǒng)所面臨的技術瓶頸，力爭解決柔直系統(tǒng)直流側故障快速隔離、重啟動、運行靈活性不足等問題，并實現(xiàn)直流故障快速恢復技術的工程化應用。
國網(wǎng)浙江省電力公司、國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院、南京南瑞繼保電氣有限公司、舟山供電公司展開協(xié)同攻關，研制出200千伏高壓直流斷路器樣機、阻尼恢復系統(tǒng)，并相繼通過了中國電機工程學會組織的技術鑒定。
經(jīng)過緊張的施工、安裝、調試，200千伏直流斷路器、5套阻尼快速恢復裝置534個阻尼模塊，以及諧振開關、二次系統(tǒng)升級等工作均按期順利完成。
2016年12月29日，在眾多業(yè)界專家的共同見證下，舟山柔直系統(tǒng)直流斷路器和阻尼恢復技術示范工程成功投運。這也是全球首個投入工程應用的直流斷路器。
見證了具有完全自主知識產(chǎn)權的高壓直流斷路器問世，在工程投運現(xiàn)場，中國工程院院士鄭健超十分興奮。他表示：“直流斷路器研制成功并通過所有試驗投入工程化應用，為未來更高電壓等級的直流電網(wǎng)發(fā)展提供了關鍵技術支撐?！?br/> 據(jù)中國電機工程學會的專家鑒定，舟山200千伏高壓直流斷路器作為全球首個投入工程應用的高壓直流斷路器，整體技術達到國際領先水平。該斷路器基于超高速機械開關和級聯(lián)全橋模塊混合，可實現(xiàn)雙向故障電流的快速斷開，整體控制簡單，可靠性高，可在3毫秒內斷開一條200千伏高壓直流輸電線路產(chǎn)生的高達15000安的故障電流，速度比人類眨眼還要快100倍。
意義非凡：引領中國制造搶占高端電工裝備領域制高點
我國風電、太陽能等清潔能源發(fā)展日益迅猛，而柔性直流輸電系統(tǒng)被認為是遠距離分布式能源接入的最友好系統(tǒng)。以海上風電為例，搭載了直流斷路器的柔性直流輸電系統(tǒng)，能快速靈活地實現(xiàn)單個遠距離海上風電的投入和退出，保證海上風電能源高效消納和電力網(wǎng)絡可靠運行。
不僅如此，200千伏高壓直流斷路器在工程領域的首次示范應用，也為后續(xù)的±500千伏張北柔性直流電網(wǎng)示范工程的建設奠定了堅實基礎，更對我國直流電網(wǎng)的加快發(fā)展、大規(guī)模新能源的高效并網(wǎng)消納、搶占高端電工裝備制造業(yè)制高點具有重要意義。
眾所周知，直流輸電損耗低，特別適用于遠距離傳輸，如果將直流線路連成網(wǎng)絡，將給能源的高效利用帶來革命性的變化。加裝直流斷路器后，斷路器可以快速切斷故障電流，對直流輸電系統(tǒng)和直流電網(wǎng)的安全可靠運行有著極其重要的作用。同時，直流電網(wǎng)作為未來電網(wǎng)的重要發(fā)展方向，可以與目前技術成熟的交流電網(wǎng)形成互補，有力推動電網(wǎng)互聯(lián)互通。高壓直流斷路器正是直流“成網(wǎng)”的關鍵技術所在。
