華中科技大學(xué)在南方電網(wǎng)重大科研攻關(guān)項(xiàng)目“大容量短路電流開斷裝置研發(fā)及工程應(yīng)用”支持下研發(fā)的220kV系統(tǒng)用大容量短路電流開斷裝置成功通過100kA級短路電流開斷試驗(yàn)，使我國220kV系統(tǒng)用高壓斷路器的開斷容量指標(biāo)達(dá)到國際最高水平。

每逢高溫季節(jié)，用電負(fù)荷猛增，部分地區(qū)就開始限電，給人們的生活、生產(chǎn)帶來不便。這樣的場景你一定不陌生。然而，早在2007年，華中科技大學(xué)潘垣院士團(tuán)隊(duì)就針對其中的技術(shù)難題展開攻關(guān)，目標(biāo)就是：讓用電不再受束縛。

本著科研的初心，該團(tuán)隊(duì)踏上了這段“未知”的征程，一走就是11年，他們打破了過去我國在高壓開關(guān)電器技術(shù)領(lǐng)域跟隨國外的局面，探索出了一套全自主創(chuàng)新的中國解決方案。

“不要等問題出現(xiàn)了才去解決”

2018年9月17日，潘垣院士、何俊佳教授、袁召等設(shè)計(jì)研發(fā)的220kV系統(tǒng)用大容量短路電流開斷裝置，在西安國家高壓電器產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心成功通過100kA級短路電流開斷試驗(yàn)，這標(biāo)志著我國220kV系統(tǒng)用高壓斷路器的開斷容量指標(biāo)達(dá)到國際最高水平。

“潘院士提出的設(shè)想其實(shí)還是很超前的。”全程參與研發(fā)的袁召至今感念潘垣的遠(yuǎn)見卓識(shí)。他介紹說，當(dāng)時(shí)“電網(wǎng)”企業(yè)采取限電措施解決用電負(fù)荷猛增的問題已是常態(tài)，因?yàn)榻鉀Q該問題的研發(fā)難度較大，算是一個(gè)未來式本土難題。

袁召形象地打了個(gè)比方：“就好像現(xiàn)在城市采取的交通單雙限號，雖然可以部分解決交通問題，卻犧牲了出行的便利，也沒從根本上扭轉(zhuǎn)局面。”

潘垣提出的設(shè)想在當(dāng)時(shí)來說有些“異想天開”，不像其他人一樣提升單個(gè)斷路器的開斷能力，而是通過高耦合電抗器實(shí)現(xiàn)斷路器并聯(lián)連接，將斷路器的開斷能力成倍提升。袁召提到其中一個(gè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵，就是高耦合度空芯分裂電抗器，通過它可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)電弧的并聯(lián)。而在此之前，開關(guān)電弧的并聯(lián)被認(rèn)為無法實(shí)現(xiàn)。

把設(shè)計(jì)落實(shí)到現(xiàn)實(shí)中并非一帆風(fēng)順。團(tuán)隊(duì)核心成員何俊佳還記得，技術(shù)方案剛提出時(shí)，外界的質(zhì)疑聲不絕于耳。“這明明就是兩個(gè)不可能放在一起的東西！”“就算做出來也用不上啊！咱們現(xiàn)在電網(wǎng)沒有這么大的短路電流，以后的事情以后再說。”

實(shí)際上，開展此類研究并非杞人憂天。當(dāng)時(shí)，國外有些公司已經(jīng)投入大量資金對大容量斷路器進(jìn)行研發(fā)。他們研制的252kV斷路器已可以實(shí)現(xiàn)90kA短路電流的開斷。何俊佳透露，國外技術(shù)壟斷的大容量開斷裝置一套大約要花費(fèi)一兩千萬元，十分昂貴。當(dāng)然，涉及的核心技術(shù)也是對方公司專利，絕不會(huì)輕易透露。

“做，一定要做！一定要做！滿足國家需求是一個(gè)科研工作者的責(zé)任，雖然現(xiàn)在大家還沒意識(shí)到大容量開斷的重要性，但等到問題真正出現(xiàn)了再去解決，那不就晚了嗎？我們不能被現(xiàn)在所局限！”彼時(shí)潘垣斬釘截鐵的話語至今回蕩在何俊佳的耳邊。

“這是最對的一條路”

“當(dāng)時(shí)在西安做試驗(yàn)，去時(shí)穿短袖，做完試驗(yàn)回來時(shí)都要穿最厚的羽絨服了。”從理論到實(shí)驗(yàn)的艱辛，沒有人比袁召更有體會(huì)：“白天做實(shí)驗(yàn)，晚上找問題，每天就這么循環(huán)著，幾乎沒時(shí)間去賓館休息。試驗(yàn)站很大，空蕩蕩的，還冷風(fēng)陣陣，可把我們凍壞了。”

長達(dá)11年的科研“探險(xiǎn)”中，遇到的很多問題都是世界首次，掉進(jìn)“坑”里也只能一點(diǎn)點(diǎn)“爬出來”，沒有科學(xué)經(jīng)驗(yàn)共享、沒有資料可查，甚至連相同的科研思路都無可借鑒。這注定是塊難啃的“硬骨頭”。

澆注模具的尺寸、導(dǎo)線繞制松緊程度甚至進(jìn)出線焊接角度，看似微不足道的細(xì)節(jié)在實(shí)驗(yàn)中卻舉足輕重。“就得去車間盯著工人做了，實(shí)在不行還得自己上手。”袁召比劃著，自己都記不清去了多少次車間了。

不對就再來，還不對，就繼續(xù)重做……憑著精益求精的工匠精神，團(tuán)隊(duì)和工人們一起苦熬，頑強(qiáng)地把實(shí)驗(yàn)室里的圖紙變成實(shí)物。

“有時(shí)反復(fù)討論覺得沒問題的設(shè)計(jì)方案，通過計(jì)算或驗(yàn)證可能又會(huì)推倒重來，這時(shí)候就有點(diǎn)懷疑能否成功。”苦悶時(shí)，有一個(gè)人對袁召來說宛如暗夜燈塔，那就是潘垣。

談到這位耄耋之年仍堅(jiān)持科研的老科學(xué)家，袁召滿臉欽佩：“都這么大年紀(jì)了，還是想到什么哪怕是大晚上也會(huì)跑到實(shí)驗(yàn)室來找人討論。一想到他，我就覺得沒理由不好好干。”

糾結(jié)甚至懷疑，但最終還是選擇堅(jiān)持。因?yàn)檫@是國家的需求，也是科研工作者應(yīng)有的責(zé)任擔(dān)當(dāng)。從2007年到2018年，整個(gè)團(tuán)隊(duì)一路奔跑，完成了“從無到有”，在遍布“荊棘”的途中收獲豐碩成果。

2012年，研制15kV/160kA大容量斷路器產(chǎn)品，開斷能力優(yōu)于國際領(lǐng)先企業(yè)的同類產(chǎn)品；2013年，研制126kV/5000A-80kA真空斷路器。2018年，研發(fā)220kV系統(tǒng)用大容量短路電流開斷裝置成功通過100kA級短路電流開斷試驗(yàn)，相關(guān)指標(biāo)超過了ABB等國際知名企業(yè)同類產(chǎn)品性能參數(shù)，為占領(lǐng)國際制高點(diǎn)和工程化應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，為我國電力系統(tǒng)大容量短路電流開斷的難題提供了更經(jīng)濟(jì)、有效的解決方案。

“你們做的東西，我們放心！”

“科研人員克服了工期要求緊、技術(shù)難度大、業(yè)主要求持續(xù)增加等困難，不厭其煩地為項(xiàng)目做了大量扎實(shí)的工作……”2018年12月，廣州供電局特意給團(tuán)隊(duì)發(fā)來了感謝信,還表示將在后續(xù)國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目合作中繼續(xù)開展合作。

合作始于2013年。當(dāng)時(shí)，廣州供電局在認(rèn)真考察對比了很多包括ABB等跨國公司的產(chǎn)品后，主動(dòng)叩響了團(tuán)隊(duì)大門。他們希望通過斷路器開斷能力的提升，增加電網(wǎng)的可靠性與電力調(diào)度的靈活性，從而解決大規(guī)模電網(wǎng)短路問題。“我們的設(shè)計(jì)原理與方案是獨(dú)一無二的，不僅技術(shù)參數(shù)、成本優(yōu)勢明顯，更存在可延續(xù)性的特點(diǎn)，能滿足電網(wǎng)持續(xù)發(fā)展的需求。”何俊佳說。

按照預(yù)定計(jì)劃，此次合作的成果是設(shè)計(jì)出252kV/80kA的斷路器，該參數(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)超過了當(dāng)時(shí)國內(nèi)252kV斷路器最大開斷能力——63kA。而更大的短路電流開斷能力就意味著更大的可靠性、更高的安全系數(shù)，為此，廣州供電局希望把并聯(lián)型斷路器的開斷能力進(jìn)一步提升至85kA。

從63kA到85kA，簡單的數(shù)字背后卻蘊(yùn)含著極大的技術(shù)難度，意味著方案要重新調(diào)整、設(shè)計(jì)，試驗(yàn)難度進(jìn)一步增大，這讓團(tuán)隊(duì)的技術(shù)人員倍感壓力。然而他們最終作出了一個(gè)決定，交出了一份讓人驚嘆的答卷——100kA的斷路器，比最初設(shè)計(jì)足足提高了近兩倍。

“完成高耦合電抗器的設(shè)計(jì)后，經(jīng)過縝密的核算與論證，我們認(rèn)為它可以完全滿足100kA等級電流的開斷要求。既然要超前，就要充分考慮到用戶未來的使用可能。”提起當(dāng)時(shí)做的這個(gè)重大決定，袁召坦言潘垣的話對團(tuán)隊(duì)影響深遠(yuǎn)，促使大家作出了決定。“他總說，國家發(fā)展這么快，一定會(huì)有新的需要。”如今，潘垣依然把這句話掛在嘴邊，還反復(fù)叮囑團(tuán)隊(duì)一定要做到“人無我有，人有我強(qiáng)，人強(qiáng)我新”。團(tuán)隊(duì)成員已經(jīng)把他的話當(dāng)成了座右銘。

“大規(guī)模電網(wǎng)短路電流超標(biāo)問題并非一勞永逸，這場電網(wǎng)‘馬拉松’也將一直在路上。”袁召說，合作期間，廣州供電局反復(fù)提到“你們做的東西，我們放心”。這份信賴也體現(xiàn)在團(tuán)隊(duì)與西安高壓電器研究院、國家電網(wǎng)常州電氣設(shè)備檢測中心、武漢供電局等用戶的合作中，并轉(zhuǎn)化為團(tuán)隊(duì)不斷前進(jìn)的動(dòng)力。“感覺身上的擔(dān)子更重了，我們得好好干，不能辜負(fù)別人的期待。”

目前，團(tuán)隊(duì)再一次與廣州供電局合作，啟動(dòng)了“500kV及以上電壓等級經(jīng)濟(jì)型高壓交流限流器”項(xiàng)目的研制。他們要將這種獨(dú)具特色的“大容量短路電流開斷裝置”推廣應(yīng)用于更高電壓等級。何俊佳說：“我們現(xiàn)在走的這條路可能比多數(shù)人要艱難，也沒有高回報(bào)，但這是最對的一條路。”