項目名稱：國家工頻高電壓全系列基礎標準裝置關鍵技術與工程應用
主要參與單位：國網(wǎng)江蘇省電力有限公司、中國電力科學研究院有限公司、國家高電壓計量站、華中科技大學等單位
項目簡介：項目歷時20年研制的1千伏至1000千伏全系列基礎標準裝置經(jīng)原國家質(zhì)檢總局授權為我國法定最高等級社會公用計量標準，與德、美、日等國相比，準確度更優(yōu)，電壓等級最高。項目研制的高可靠性校準系統(tǒng)覆蓋31個?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市），成為工頻高電壓現(xiàn)場校準標準作業(yè)模式。項目成果被鑒定為“總體上國際領先”，推動了我國在工頻高電壓計量領域取得重大技術進步，并由長期跟跑西方發(fā)達國家躍變?yōu)轭I先，保障電力、航天、高鐵等各高電壓計量應用領域量值統(tǒng)一和計量準確可靠，項目經(jīng)濟和社會效益顯著。
電壓準確計量關系國計民生
“20世紀40年代中期的一天，美國加州理工學院突然宣布，他們此前所做的高能物理測量工作積累的數(shù)據(jù)通通報廢，原因就是高電壓計量不準。”這是著名物理學家錢學森在1978年全國計量工作會議上講的一則小故事。
電力系統(tǒng)的高電壓計量就好像給人體測血壓，測不準就可能引起誤判，導致停電等安全事故。
日前，國網(wǎng)江蘇電力牽頭完成的“國家工頻高電壓全系列基礎標準裝置關鍵技術與工程應用”項目獲得2018年度國家科技進步二等獎。該項目負責人江蘇電科院計量中心主任黃奇峰介紹，國家高電壓基礎標準裝置作為判斷全國高電壓計量裝置是否準確的最高依據(jù)，是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行和發(fā)、供、用三方以及跨國電能結(jié)算準確公平的根本保障。一個國家只有擁有了高水平的高電壓基礎標準裝置，并在國際上與其他國家實現(xiàn)互認，才能在高電壓技術領域擁有話語權。
而項目開展前，我國建立的高電壓基礎標準裝置電壓等級低、準確度等級也不如發(fā)達國家，只能高價進口國外設備。進入21世紀，我國電力技術發(fā)展迅速，工頻高電壓等級由超高壓提升至1000千伏特高壓，國外已經(jīng)沒有相應的計量標準裝置產(chǎn)品可以提供，如不抓緊解決這一難題，我國的特高壓電網(wǎng)將面臨沒有基礎標準依據(jù)的尷尬境地，嚴重影響電網(wǎng)運行安全。同時，在電力、高鐵、航天、軍工等高電壓應用領域，高精尖測量設備實驗室量值溯源需求和大量現(xiàn)場高電壓測量設備校準需求也激增。
“其實我們20年前就開始了相關基礎標準裝置的研發(fā)。”黃奇峰介紹，精度等級高、絕緣要求高、現(xiàn)場使用難度大是高電壓基礎標準裝置研制面臨的三大技術難題。自主研發(fā)高精度全系列高電壓基礎標準裝置，對保障經(jīng)濟社會有序運行和支撐質(zhì)量強國戰(zhàn)略意義重大。
特高壓計量的“破冰”行動
為破解特高壓計量難題，國網(wǎng)江蘇電力聯(lián)合中國電科院等單位組建電能計量研究攻關聯(lián)合工作組，向研制世界最高水平的工頻高電壓基礎標準裝置發(fā)起了沖鋒。
黃奇峰說：“項目從方法、裝置和應用三方面取得創(chuàng)新突破。一是尋找提高測量準確度的新方法，從方法上保證計量標準的高精度；二是為將方法落地，首創(chuàng)高電位跨越精密電壓測量技術，解決絕緣與精度互為約束的難題，研制了最高等級的計量標準來給高電壓賦值；三是做出一個高可靠性現(xiàn)場校準系統(tǒng)，提升現(xiàn)場校驗的準確性、可靠性、安全性和便捷性?！?/span>
2008年，項目團隊完成了1千伏至500千伏高電壓基礎標準裝置研發(fā)，同步開展運用，實際準確度全面超過了歐美國家。
彼時，我國首個交流特高壓工程1000千伏晉東南—南陽—荊門特高壓交流試驗示范輸電線路投運在即，迫切需要1000千伏的基礎量值。“這是挑戰(zhàn)，更是機遇，我們就是要在特高壓量值上，樹立中國自己的坐標?！秉S奇峰帶領團隊繼續(xù)摸索，創(chuàng)新提出了電磁式工頻高電壓比例二分之一對稱疊加溯源方法，首創(chuàng)高電位跨越精密電壓測量技術，研制成功1000千伏基礎標準裝置，在世界上首次精確定義了1000千伏量值，精度優(yōu)于十萬分之五。這也意味著，我國工頻高電壓全系列國家基礎標準裝置正式建立。根據(jù)國際計量局官方數(shù)據(jù)，該基礎標準裝置與德國、美國、日本等國家相比，電壓等級最高，準確度更優(yōu)。
2015年11月，應用該項目成果的世界首臺特高壓互感器試驗車亮相上海1000千伏滬西站，標志著我國在現(xiàn)場高電壓計量設備高可靠性校準系統(tǒng)方面實現(xiàn)了1000千伏及以下電壓等級的全覆蓋，效率比之前開展的試驗提升了5倍以上。
中國標準走在電能計量領域世界前列
經(jīng)過20年的產(chǎn)學研攻關，項目組首創(chuàng)電磁式工頻高電壓比例疊加量值溯源方法，實現(xiàn)了直接測量自校準準確溯源；建立的1千伏至1000千伏國家工頻高電壓基礎標準裝置，經(jīng)原國家質(zhì)檢總局授權成為我國法定最高等級社會公用計量標準，為高電壓相關應用領域提供了準確的量值保證。2013年以來溯源到該裝置的高電壓計量/測量設備累計已有800余萬套，電力、航天、高鐵等各行業(yè)高電壓計量設備已100%溯源到該標準裝置。
2009年起，項目組先后研制6個電壓等級的現(xiàn)場校準系統(tǒng)，在全國31個?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）銷售2100余套，廣泛應用于國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)以及中廣核等企業(yè)，開展高壓計量/測量設備現(xiàn)場校準36萬臺次，成為工頻高電壓現(xiàn)場校準標準作業(yè)模式。
中國電力計量人用中國標準和中國裝備說話，自信地走在了電能計量領域世界前列。由項目專利許可、量值傳遞的高壓設備已出口至德國、日本、菲律賓等國家，近三年累計創(chuàng)造經(jīng)濟效益超過13億元。
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