記者從南方電網廣東電網公司了解到，8月17日，世界上電壓等級最高、容量最大的160千伏超導直流限流器“走出實驗室”，在汕頭市南澳柔性直流系統掛網試運行，標志著南澳島的綠色能源在奔向千家萬戶的旅途上新增了一位“重量級”守護者。

一眨眼功夫

千分之一秒瞬間啟動，有效降低故障電流

南澳島風力資源豐富，為了讓聳立在島上200多臺大風車發出的綠色風能順利接入電網，早在2013年，世界上第一個多端柔性直流輸電工程——南澳±160千伏多端柔性直流輸電示范工程就投運于此。

然而，隨著越來越多的風能并網，這個“超級工程”需要應對的故障電流也隨之增大。如何保障電網安全運行？廣東電網牽頭的國家重點研發計劃成果——世界首臺160千伏超導直流限流器，提供有效的解決方案。

“如果柔直系統發生故障，我們需要及時用斷路器隔離故障。故障電流越小，則越容易斷開。”廣東電網電力科學研究院相關負責人介紹，超導直流限流器作為限制故障電流的一種裝置，可以將故障電流限制到較低水平，為斷路器切斷故障創造最好的條件，大大提升隔離故障的效率和成本，提升柔直系統的安全性和可靠性。

記者在南澳金牛換流站看到這個形似“巨型膠囊”、重達82噸的超導直流限流器。據悉，利用超導獨特的“零電阻”和“超導態-正常態轉變”特性，限流器可以不依賴任何監測裝置，在感應到故障電流的瞬間響應觸發，自動完成全部限流保護過程，并在故障清除后自動恢復超導特性。當天值班工作人員說，這家伙在正常運行時就像一根隱形的導線，沒有電阻，“一旦發生短路故障，將在眨眼間（1毫秒內）迅速轉為大電阻，起到限制故障電流的作用，這就是超導的奧妙。”

數千次試驗攻堅超導帶材

100%自主研發 “國產貨”領跑世界

“國際上沒有高壓超導直流限流器的先例可循，意味著160千伏超導直流限流器從設計到開發都只能通過自主創新來實現。” 項目技術負責人、廣東電網能源技術公司專家宋萌說，這臺歷時三年研制的超導直流限流器實現100%自主研發，形成包括“高性能雙面封裝帶材”、“高耐壓跨溫區高壓套管”等在內的多項創新技術亮點，申請超過60個發明專利，搶占超導電力裝備制造和應用的全球制高點。

據悉，研發時最大的困境，莫過于超導材料“卡脖子”。“超導材料不僅要同時滿足‘零電阻’和‘高電阻’兩個條件，其工藝、成分、參數需針對掛網柔直系統的目標量身打造，這就意味著需要依靠大量的實驗數據。”宋萌稱，限流器能夠承受多大的故障電流，呈現多大的電阻是研發的關鍵。

為了得到符合項目要求的超導材料，研發團隊搭建大電流沖擊平臺，對上百種帶材進行超過千次的沖擊實驗，“各項性能參數是相互制約，每一次沖擊都要從細微的曲線變化反推背后的復雜因素，得出定量化的參數修正指標，我們分析至少上萬組曲線。”宋萌說。

此外，在材料制備的環節，面對只有萬分之一頭發絲厚度的十多個涂層，上百道制作工藝，項目團隊在1年多的時間里完成近300項制備參數的調整、超過5000次對照試驗，對不同的超導材料開展樣品實驗和缺陷分析，終于成功研制出電阻型超導限流器用高性能高溫超導帶材（YBCO超導帶材），并實現批量化自主生產。宋萌還表示，圍繞應用需求，他們還獨家采用雙超導層結構，提高單根帶材臨界電流，更小體積，更加可靠，這是國內首次。

“走出實驗室”的世界第一臺

新能源大規模入網再添保障

“南澳柔直系統就像是為超導直流限流器量身打造的‘工作崗位’，讓科研成果走出實驗室，有了用武之地。”示范工程系統調試現場負責人、廣東電網能源技術公司專家盛超介紹，未來柔直系統有了“巨型膠囊”的加持，將有利于充分釋放柔直輸電潛能，讓更多的綠色風能并網運行，助力打贏防治污染攻堅戰。

截至目前，南澳柔直系統已累計往大陸輸送清潔風電11.56億度，相當于減排二氧化碳88.73萬噸。

從獨立的樣機研制到系統性的示范工程應用是一次重大的跨越。承擔實用化運用重任的“巨型膠囊”，經歷比項目標準更嚴苛的冷熱循環試驗、絕緣試驗、大電流沖擊試驗等考驗，接下來將全力迎接為期6個月的現場實踐挑戰。

“作為柔直系統的全新配套設備，超導直流限流器需要克服‘水土不服’適應現場，對設備的長期穩定性提出了更高的要求。”盛超說，放置在室外的限流器需要應對南澳島潮濕鹽霧以及臺風等惡劣氣候條件，還需要解決與原柔直系統的匹配協調運行等問題。多項“首臺”、“首套”、“首次”新設備、新技術，以及其特有的零下196℃低溫冷卻系統，對系統調試和投運細節提出了挑戰，需要做好“最后一公里”的工作。

有一次，廣東電網汕頭供電局的黨員陳文旭就在現場發現了液氮罐壓力、液氮導管壓力與超導限流器液氮壓力等設備參數標準不統一的問題，他反復核對廠家資料和技術圖紙，與設計單位多次溝通，最終為設備運維提供了統一標準和明確指引。

據悉，超導直流限流器的安全運行維護職責由汕頭供電局柔直巡維中心承擔，這是繼南澳多端柔直示范工程、160千伏機械式高壓直流斷路器項目以來，運維中心承擔的第三項“世界首個”項目運維任務。