浙江舟山，1300多個(gè)島嶼星羅棋布。獨(dú)特的自然環(huán)境為我國(guó)科學(xué)家探索前沿科技提供了得天獨(dú)厚的條件。
2014年7月4日投入運(yùn)行的舟山±200千伏五端柔性直流輸電科技示范工程（以下簡(jiǎn)稱“舟山柔直工程”）創(chuàng)造了世界上電壓最高、容量最大、端數(shù)最多的柔性直流輸電工程紀(jì)錄。
2016年年底，舟山群島再一次見(jiàn)證了我國(guó)電力前沿科技領(lǐng)域的新突破。2016年12月29日，國(guó)家電網(wǎng)公司自主研發(fā)制造的全球首個(gè)200千伏高壓直流斷路器及快速恢復(fù)裝置在舟山投運(yùn)，成功應(yīng)用于舟山五端柔性直流輸電工程中。200千伏高壓直流斷路器攻克了高壓直流輸電電流難以快速斷開(kāi)的世界級(jí)技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了直流輸電核心裝備研發(fā)和制造領(lǐng)域的重大突破，也為我國(guó)直流電網(wǎng)的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，積累了工程經(jīng)驗(yàn)，具有重大示范意義。
直流開(kāi)斷：世界輸電領(lǐng)域的一道難題
舟山柔直工程在東海的5座島嶼上分別建設(shè)了舟定、舟岱、舟衢、舟泗、舟洋5座換流站，總?cè)萘?00萬(wàn)千瓦。工程自2014年7月4日正式投入運(yùn)行以來(lái)，一直安全穩(wěn)定運(yùn)行，累計(jì)輸送電量近5億千瓦時(shí)。它的投運(yùn)有效改善了舟山群島各相關(guān)風(fēng)電場(chǎng)的故障穿越能力，增強(qiáng)了舟山電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電的接納能力，提高了各島嶼的供電可靠性，實(shí)現(xiàn)了舟山群島北部島嶼間的電能靈活轉(zhuǎn)換，在保障國(guó)家海洋新區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和民生用電方面發(fā)揮了不可替代的作用。
“盡管柔直系統(tǒng)功能強(qiáng)大，但是作為一項(xiàng)應(yīng)用不久的新技術(shù)，高壓直流電流難以開(kāi)斷的技術(shù)瓶頸一直困擾著國(guó)際電力工程領(lǐng)域?！比蚰茉椿ヂ?lián)網(wǎng)研究院直流輸電技術(shù)研究所裝備部副主任張升介紹說(shuō)，柔性直流輸電網(wǎng)絡(luò)不具備直流故障清除能力，在當(dāng)前的多端直流系統(tǒng)中，只要局部發(fā)生故障，系統(tǒng)中所有換流站必須停止運(yùn)行，導(dǎo)致多端直流系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性和優(yōu)越性無(wú)法充分發(fā)揮。
柔性直流輸電具有獨(dú)立調(diào)節(jié)有功及無(wú)功功率等特點(diǎn)，構(gòu)建柔性直流電網(wǎng)對(duì)于大規(guī)模新能源并網(wǎng)、提高電網(wǎng)大規(guī)模遠(yuǎn)距離輸電能力、提高配電網(wǎng)供電的靈活性及可靠性意義重大，將給新能源的高效利用及電網(wǎng)發(fā)展帶來(lái)革命性的變化。直流斷路器是實(shí)現(xiàn)柔性直流電網(wǎng)故障元件快速隔離、構(gòu)建直流電網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備，如果缺少直流斷路器，一旦換流站或輸電線路上發(fā)生短路故障，整個(gè)柔性直流電網(wǎng)系統(tǒng)將全部閉鎖退出運(yùn)行，待故障元件隔離后才能恢復(fù)運(yùn)行，大大降低了供電可靠性，嚴(yán)重制約了柔性直流輸電技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用。
大功率直流輸電不同于目前的交流輸電，電流及電壓連續(xù)不間斷，相當(dāng)于高速奔馳的高鐵，能量巨大。柔性直流電網(wǎng)設(shè)備故障時(shí)短路電流上升極快，為確保設(shè)備安全及系統(tǒng)安全運(yùn)行，要求直流斷路器在3毫秒內(nèi)斷開(kāi)故障電流、隔離故障點(diǎn)，這相當(dāng)于將一列高速奔馳的列車在幾毫秒的時(shí)間內(nèi)停下來(lái)，難度極大，現(xiàn)有的開(kāi)斷技術(shù)無(wú)法滿足要求。如何解決大功率直流開(kāi)斷的問(wèn)題，長(zhǎng)期困擾著國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界，因此被稱為電力技術(shù)領(lǐng)域的百年難題。
自主創(chuàng)新：世界上分?jǐn)嗄芰ψ顝?qiáng)的斷路器在中國(guó)問(wèn)世
沒(méi)有快速斷開(kāi)直流電流的設(shè)備，舟山柔直工程始終埋藏著隱患。舟山供電公司柔直運(yùn)檢室副主任許琤就曾經(jīng)歷過(guò)這樣的險(xiǎn)情：“2014年6月下旬，運(yùn)檢人員突然發(fā)現(xiàn)洋山換流站可能會(huì)出現(xiàn)外接電源故障。柔直系統(tǒng)的5座換流站是在同一條直流母線上運(yùn)行的，只要其中一座換流站停運(yùn)，其他4座必須陪停?！敝蛋鄦T及時(shí)調(diào)整運(yùn)行方式，才將險(xiǎn)情化解。
這也讓舟山供電公司的電力技術(shù)人員下決心解決這一難題。2016年5月，經(jīng)過(guò)大量前期工作，舟山供電公司正式啟動(dòng)“舟山柔直系統(tǒng)直流斷路器和阻尼恢復(fù)技術(shù)示范工程”，劍指柔直輸電系統(tǒng)所面臨的技術(shù)瓶頸，力爭(zhēng)解決柔直系統(tǒng)直流側(cè)故障快速隔離、重啟動(dòng)、運(yùn)行靈活性不足等問(wèn)題，并實(shí)現(xiàn)直流故障快速恢復(fù)技術(shù)的工程化應(yīng)用。
國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司、國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院、南京南瑞繼保電氣有限公司、舟山供電公司展開(kāi)協(xié)同攻關(guān)，研制出200千伏高壓直流斷路器樣機(jī)、阻尼恢復(fù)系統(tǒng)，并相繼通過(guò)了中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)組織的技術(shù)鑒定。
經(jīng)過(guò)緊張的施工、安裝、調(diào)試，200千伏直流斷路器、5套阻尼快速恢復(fù)裝置534個(gè)阻尼模塊，以及諧振開(kāi)關(guān)、二次系統(tǒng)升級(jí)等工作均按期順利完成。
2016年12月29日，在眾多業(yè)界專家的共同見(jiàn)證下，舟山柔直系統(tǒng)直流斷路器和阻尼恢復(fù)技術(shù)示范工程成功投運(yùn)。這也是全球首個(gè)投入工程應(yīng)用的直流斷路器。
見(jiàn)證了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高壓直流斷路器問(wèn)世，在工程投運(yùn)現(xiàn)場(chǎng)，中國(guó)工程院院士鄭健超十分興奮。他表示：“直流斷路器研制成功并通過(guò)所有試驗(yàn)投入工程化應(yīng)用，為未來(lái)更高電壓等級(jí)的直流電網(wǎng)發(fā)展提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐?！?br/> 據(jù)中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)的專家鑒定，舟山200千伏高壓直流斷路器作為全球首個(gè)投入工程應(yīng)用的高壓直流斷路器，整體技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。該斷路器基于超高速機(jī)械開(kāi)關(guān)和級(jí)聯(lián)全橋模塊混合，可實(shí)現(xiàn)雙向故障電流的快速斷開(kāi)，整體控制簡(jiǎn)單，可靠性高，可在3毫秒內(nèi)斷開(kāi)一條200千伏高壓直流輸電線路產(chǎn)生的高達(dá)15000安的故障電流，速度比人類眨眼還要快100倍。
意義非凡：引領(lǐng)中國(guó)制造搶占高端電工裝備領(lǐng)域制高點(diǎn)
我國(guó)風(fēng)電、太陽(yáng)能等清潔能源發(fā)展日益迅猛，而柔性直流輸電系統(tǒng)被認(rèn)為是遠(yuǎn)距離分布式能源接入的最友好系統(tǒng)。以海上風(fēng)電為例，搭載了直流斷路器的柔性直流輸電系統(tǒng)，能快速靈活地實(shí)現(xiàn)單個(gè)遠(yuǎn)距離海上風(fēng)電的投入和退出，保證海上風(fēng)電能源高效消納和電力網(wǎng)絡(luò)可靠運(yùn)行。
不僅如此，200千伏高壓直流斷路器在工程領(lǐng)域的首次示范應(yīng)用，也為后續(xù)的±500千伏張北柔性直流電網(wǎng)示范工程的建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，更對(duì)我國(guó)直流電網(wǎng)的加快發(fā)展、大規(guī)模新能源的高效并網(wǎng)消納、搶占高端電工裝備制造業(yè)制高點(diǎn)具有重要意義。
眾所周知，直流輸電損耗低，特別適用于遠(yuǎn)距離傳輸，如果將直流線路連成網(wǎng)絡(luò)，將給能源的高效利用帶來(lái)革命性的變化。加裝直流斷路器后，斷路器可以快速切斷故障電流，對(duì)直流輸電系統(tǒng)和直流電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行有著極其重要的作用。同時(shí)，直流電網(wǎng)作為未來(lái)電網(wǎng)的重要發(fā)展方向，可以與目前技術(shù)成熟的交流電網(wǎng)形成互補(bǔ)，有力推動(dòng)電網(wǎng)互聯(lián)互通。高壓直流斷路器正是直流“成網(wǎng)”的關(guān)鍵技術(shù)所在。
