创新 | 国际首台等离子体喷射SF6/N2触发间隙研制成功

白鹤滩—江苏±800千伏特高压直流输电工程是国家“西电东送”核心枢纽工程，是促进国家能源结构调整和节能减排的重大清洁能源项目，起于四川凉山州的白鹤滩换流站，止于江苏苏州的虞城换流站，全长2087公里，白江工程额定输送容量800万千瓦，总投资307亿元，计划于2022年建成投运，能够保证白鹤滩水电站电力大规模外送，助力西部经济崛起。

工程强化科技创新，位于末端的江苏虞城换流站，将在世界直流输电领域首次应用常规直流和柔性直流混合级联技术实现大容量输电和灵活功率消纳。当交流侧出现故障时，柔直母线上会快速出现过电压和能量积聚，威胁柔直阀组安全，需在1ms内将可控自恢复消能装置的避雷器可控部分阀柱旁路退出，以有效保护柔直换流阀组安全，但目前尚无能够在1ms内完成关合的简单可靠旁路用机械开关。

针对白江工程需求，中国电科院提出采用等离子体喷射SF₆/N₂触发间隙作为可控自恢复消能装置的亚毫秒关合的旁路开关。2019年初在国家电网公司特高压部组织下，中国电科院自主立项，联合西安交通大学、大连理工大学、山东泰开高压开关有限公司、西安西电高压开关有限责任公司5家团队成员，攻坚克难，历时2年半，成功研制出国际首台DC 80kV 等离子体喷射SF₆/N₂触发间隙，实现该技术从原理样机到工程产品的突破，助力白江工程。

等离子体喷射SF₆/N₂触发间隙是一种通过产生等离子体喷射，在1ms内高性能触发导通SF₆/N₂绝缘气体间隙，实现超高速控制和保护，有效保障电网及设备安全的新型高压设备。项目团队针对绝缘、触发、通流和测控等关键技术及产品化开展集中攻关。提出了高压脉冲双级接续等离子体喷射触发技术，实现了强绝缘气体中、低工作系数下、采用低压小容量触发源高性能长寿命触发，和触发性能实时监测；提出自磁场型旋弧电极的磁流体力学模型仿真方法，搭建DC 30kA通流及绝缘恢复试验回路，实现了大容量直流通流燃弧后绝缘不下降并快速恢复；采用高电位隔离供能及光纤测控、实时状态监测、触发及控制双套冗余配置等技术实现高电位、高可靠、全功能测控；基于此研制出满足特高压混合直流工程极端苛刻使用要求的等离子体喷射SF₆/N₂触发间隙。

6月27日，等离子体喷射SF₆/N₂触发间隙完成了绝缘、触发、通流、电磁兼容和环境等15项第三方性能试验，额定电压直流80kV，雷电冲击耐压250kV，最低可触发电压50kV，触发导通时间0.2ms，触发寿命1800次，通流能力30kA/50ms/50次，通流后100ms恢复1.5倍额定电压耐受，触发、通流、测控双冗余设计，全面满足了特高压工程高性能高可靠要求，结构简单，体积小，成本低，技术经济优势明显。

团队负责人：李志兵

中国电科院高压所开关技术研究室主任，博士，教授级高级工程师，CIGRE WG C4.306、A3.33、A3.35委员，CIGRE A3中国委员会秘书长，全国高压开关设备标准化技术委员会委员。主要从事串联补偿和高压开关设备研发，国网开关设备技术管理等工作，在串联补偿设备、新一代特高压GIS、高寿命电容器组断路器、新型快速开关及其成套装置、SF₆替代气体及环保电气设备等的研发方面形成多项核心技术和十多种创新产品，达到国际领先水平，承担国家973、国家重点研发计划等多项科技项目。获国家科技进步一等奖1项，省部级科技进步一等奖8项，科研成果大幅提升了我国高压电器技术水平，在电网推广应用，提高了输电能力和可靠性。

等离子体喷射SF₆/N₂触发间隙研发攻关团队由中国电科院负责，联合西安交通大学，大连理工大学、山东泰开高压开关有限公司、西安西电高压开关有限责任公司5家单位组成，旨在开展等离子体喷射密封触发间隙的研发及在电网超高速快速控制和保护的应用研究，最终形成电网通用的1ms超高速关合产品，为越来越多的超高速控制和保护提供简单可靠的关键执行器件。