換流變壓器是特高壓直流輸電工程中至關重要的關鍵設備。它是輸電系統中的換流、逆變兩端接口的核心設備，事關整個電網工程正常運行。

國之重器，不可仰賴于人。

近日，業界傳來喜訊：由中國電力科學研究院有限公司牽頭，聯合國內頂尖制造企業、高校共同完成的“±800kV換流變壓器自主化研制與應用”項目，榮獲2020年國家科技進步二等獎。這標志著上述核心技術已經成功突破國外壟斷。

核心技術長期被國外壟斷 “電網樞紐”一度受制于人

±800千伏特高壓直流輸電工程是世界上先進的輸電技術工程。

要保證特高壓直流輸電工程安全、平穩、高效地運行，±800千伏換流變壓器連接交流電網與換流閥廳至關重要。作為整個系統的核心“樞紐”，換流變壓器長期處于交直流電場等復雜應力作用下，運行工況苛刻，是難度大、價值高的核心設備。

然而，2014年以前，全世界僅ABB、西門子等國外企業掌握±800千伏換流變壓器設計制造技術。如果要自研，則要突破絕緣設計、出線裝置、溫升控制、制造工藝四大關鍵技術，解決絕緣受限、材料特性、精確計算、精準工藝等技術難題，將面臨極大的考驗。

果斷自研還是將就依賴國外？中國電力人給出了自己的判斷。

“即使通過技術轉讓，還是得依賴外方的圖紙、方案和進口關鍵原材料和組、部件。”中國電科院變壓器技術研究室主任程煥超介紹，“三峽電站的電力送出工程初都是采用ABB、西門子的設備。如果不打破涉及超大型裝備研發、系統穩定及潮流控制等一系列關鍵技術的封鎖，今后所有相關的工程都要付出高昂的成本。”

理智的分析告訴科技工作者：除了自主研發，沒有其他道路可以選擇。

歷時十余年 換流變及其組件研發相繼突破

面對國家能源戰略需求迫切和能源電力發展核心技術亟待突破的雙重難題，中國電科院以市場為導向，與國內知名高校、科研院所、設備研制單位通力協作，邊研究、邊設計、邊攻關。

實現±800千伏換流變壓器國產化，研制國產化出線裝置成為科研人員面臨的優秀關。項目組堅持自主設計一套出線裝置試驗樣機，在國內外首次開展了工程樣機1：1的裕度試驗后，團隊發現了后續實驗中可能存在的絕緣層間固定、爬電抑制措施等隱患并成功解決，支撐了國產出線裝置的研發。

國產化±800千伏換流變壓器的絕緣內部放電試驗通常需要在夜間開展。攻關節點正值冬季，新建的試驗大廳沒有暖氣，試驗配套設施也不完善，夜間試驗異常寒冷。團隊成員克服各種困難，自行購置睡袋、行軍床，連續在夜間開展交直流條件下絕緣特性的試驗研究。為了給研發提供基礎性的試驗數據，在大量和變壓器油接觸的操作中，科研人員即使帶著耐油手套，雙手也無法避免變壓器油的腐蝕，有的成員在操作中手被劃傷，受低溫和變壓器油腐蝕，傷口難以愈合，終留下永久性的疤痕。

突破重重阻礙，取得換流變研發突破后，我國掌握了核心技術，打破了國外廠家在高端換流變壓器領域的長期技術壟斷，極大促進了國內直流設備制造的技術升級和跨越式發展。但是，還有長期受制于人的“卡脖子”組件。為此，中國電科院變壓器技術研究室成立了攻關工作組，并開辟了兩個戰場：一手著力自主攻關以掌握核心技術，一手推動國外廠家整改確保運行安全。

經過一年多的攻關工作，目前該小組已經研發了分接開關全新電氣拓撲，突破了國外拓撲專利封鎖；從新型國產化替代方案的研發、新原理分接開關研發、新型壓力釋放技術研發、優化特高壓直流控制保護技術、試驗考核等方面取得全面突破。

通過對國家電網公司系統內1740支特高壓套管運行狀態和缺陷問題統計分析，以及24支進口故障套管解體檢查和原因分析，中國電科院變壓器技術研究室特高壓套管攻關小組建立了國內首套特高壓交直流套管綜合性能考核平臺。

項目立足于國產原材料電、磁、熱、力等基礎特性研究，解決了主絕緣結構設計、閥側出線裝置研制、溫升控制、工藝體系研發等四方面難題。

十余年不懈努力后，中國電科院牽頭完成了關鍵技術研究及工程應用，組織建立了全套具有自主知識產權的±800千伏換流變壓器生產工藝體系及質量控制規范。

這標志著我國全面掌握了±800千伏換流變壓器制造的核心技術，成為世界上第三個掌握±800千伏換流變壓器全套知識產權并實際應用的國家。項目的落地應用提升了我國變壓器行業硅鋼片、絕緣材料、電磁線、出線裝置等相關組件的整體水平，建立了完整的產業鏈，促進了我國乃至世界電力科技水平的升級進步。

“電力高速路” 成就“連接”世界的新名片

十年磨一劍，礪得梅花香。

從“花高價受洋罪”到走出國門面向全球，我國電力人艱苦努力已經迎來累累碩果。

在國內，2015年起，采用本項目技術的±800千伏換流變壓器先后在在靈州—紹興、滇西北—廣東等特高壓直流工程中應用43臺。截至2020年年底，累計銷售額超過40億元。國內換流變壓器單臺價格從超過億元的進口價降低至1300余萬元，為特高壓直流輸電工程節省了極為可觀的建設成本。

放眼海外，該項目中標的“±800千伏巴西美麗山二期特高壓直流工程”，首次實現了自主化特高壓換流變壓器裝備跨出國門，成為“一帶一路”建設的標志性工程。“掌握了±800千伏換流變壓器制造的核心技術，不僅讓西南水電、西北風電太陽能資源的集約開發成為可能，也使得我國的電力裝備技術在國際上‘走出去’，為我國高端電力裝備制造業走向世界提供了支撐。”程煥超說。

電力工程中所用到的變壓器也遠遠不只這一個，不僅僅是換流變壓器，其他類型的變壓器我們也開始利用國產技術武裝自己并取得一系列成果。

這個“彈性”變壓器，獲得國家科學技術獎二等獎

配電變壓器是電網從發電廠經輸電線路、變電站及配電線路，后把電能送到千家萬戶的后環節。保障配電變壓器重過載負荷下安全運行、輕空載負荷下低損耗高效運行，是電網安全經濟運行的關鍵。

但是，我國用電負荷普遍呈現峰谷差大、平均負載率低的顯著特性。這種情況下，配電變壓器容量配置偏小，重載或過載易燒損；容量配置過大，長時間輕載或空載運行損耗高。然而，常規配電變壓器的容量固定、不可調節。

如何避免負荷高峰時變壓器“小馬拉大車”和負荷低谷時變壓器“殺雞用牛刀”？

一個彈性容量的配電變壓器顯得尤為重要。

為了解決這個問題，中國電科院牽頭“有載調容配電變壓器關鍵技術、系列裝備及規模化應用”項目，發明了有載調容建模分析理論方法，攻克了有載調容切換開關關鍵技術，實現了中國原創、世界首創的有載調容配電變壓器核心技術的重大突破，填補了國內外空白。這項技術也獲得了2020年度國家科學技術獎二等獎。

其實，對于可調節容量的變壓器，供電一線要求十分強烈，而且也嘗試相處辦法解。

在農村電網存在許多季節性負荷特征特別突出的配電臺區。供電員工會安裝大小不同額定容量的兩個配電變壓器，用電旺季就只投入大容量變壓器運行，用電淡季就只投入小容量變壓器運行。

這種方法雖然經濟安全，但不僅需要人工停電操作，還要經過提前制定停電計劃、辦理兩票等繁瑣程序，影響供電可靠性。除此之外，由于農村的用電負荷具有隨機性的特征，若判斷不夠及時、不夠準確，會導致變壓器長時間過載運行造成燒毀事故。為此，科研人員開始思考如何實現變壓器兩種容量自動監測、判斷和調整。有載調容配電變壓器的研發從此開始醞釀。

有載調容變壓器研制之初，相關技術國內外均無可借鑒成果。研發面臨著有載調容暫態建模與切換過電流抑制、有載調容開關切換可靠滅弧、調容過程自適應協調控制三大難題。其中，大的難題是有載調容開關切換的切換過電流抑制與可靠滅弧，因為容量切換時會產生電弧。

為了解決這一難題，研究人員通過對有載調容切換關鍵參數，如過渡電阻值合理配置、采用串聯多斷口分級分壓的開關安全熄弧關鍵技術，順利解決了有載調容開關切換過電流抑制和可靠滅弧等難題。

有載調容控制器通過監測變壓器低壓側的電壓、電流，來判斷當前負荷電流大小。如果滿足前期整定的調容條件，控制器會將調容指令發送至有載調容開關，開關根據調容指令進行容量切換。“簡單來說，有載調容變壓器就像我們乘坐火車時，軌道上的自動鐵軌切換器。它可以根據容量配置自動選擇優方案，同時兼顧用電經濟性與安全性。”中國電科院配電所所長盛萬興說。

太平洋電力的9萬千伏安的變壓器實現1級能效

就在電力變壓器新能效國標強制執行的前一天，常州太平洋電力集團研發的9萬千伏安高電壓大容量三相立體卷鐵心變壓器通過國家電器產品質量監督檢驗中心的型式試驗，并達到1級能效標準，這是我國變壓器制造領域的一次技術突破。

據悉，國內電網線路損耗40%以上是由變壓器的損耗造成。按照要求，今年6月1日起，所有新增變壓器須符合國家能效標準要求；到2023年，高效節能變壓器中1級、2級能效標準的電力變壓器在網運行比例提高10%。與此同步，為加大高效節能變壓器推廣力度，去年5月發布的GB20052-2020《電力變壓器能效限定值及能效等級》將于今年6月1日起強制執行，到2023年，逐步淘汰不符合國家能效標準要求的變壓器。

按照新能效等級標準，1級能效標準的11萬伏電壓等級的變壓器大容量為6.3萬千伏安。常州太平洋電力集團采用卷鐵心技術使得9萬千伏安容量的變壓器達到了1級能效。該變壓器即將應用在冶金行業。

據檢驗中心出具的報告顯示，送檢產品與同類產品相比，空載損耗可降低40%，空載電流降低70%，比國家1級能耗標準低10%，同時在溫升、噪音、抗短路能力及局部放電等測試項目中的檢測數據也完全滿足或高于現行國家標準。太平洋電力集團總工程師吳志強說：“公司研發的高電壓大容量變壓器可以大大降低能耗的‘絕招’，就在于公司歷經多年不斷開發、完善的卷鐵心技術，并在剪切、卷繞、退火等諸多工藝和生產設備上進行自主創新，實現了核心技術的重大突破。”據了解，相關機構鑒定后，認為該技術“達到世界領先水平”。