項目名稱：國家工頻高電壓全系列基礎(chǔ)標準裝置關(guān)鍵技術(shù)與工程應(yīng)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(xué)研究院有限公司、國家高電壓計量站、華中科技大學(xué)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(chǔ)標準裝置經(jīng)原國家質(zhì)檢總局授權(quán)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(lǐng)先”，推動了我國在工頻高電壓計量領(lǐng)域取得重大技術(shù)進步，并由長期跟跑西方發(fā)達國家躍變?yōu)轭I(lǐng)先，保障電力、航天、高鐵等各高電壓計量應(yīng)用領(lǐng)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(guān)系國計民生
“20世紀40年代中期的一天，美國加州理工學(xué)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?！边@是著名物理學(xué)家錢學(xué)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(dǎo)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(chǔ)標準裝置關(guān)鍵技術(shù)與工程應(yīng)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(chǔ)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(chǔ)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(shù)領(lǐng)域擁有話語權(quán)。
而項目開展前，我國建立的高電壓基礎(chǔ)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(shè)備。進入21世紀，我國電力技術(shù)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(yīng)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(chǔ)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(yīng)用領(lǐng)域，高精尖測量設(shè)備實驗室量值溯源需求和大量現(xiàn)場高電壓測量設(shè)備校準需求也激增。
“其實我們20年前就開始了相關(guān)基礎(chǔ)標準裝置的研發(fā)?！秉S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(chǔ)標準裝置研制面臨的三大技術(shù)難題。自主研發(fā)高精度全系列高電壓基礎(chǔ)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(guān)聯(lián)合工作組，向研制世界最高水平的工頻高電壓基礎(chǔ)標準裝置發(fā)起了沖鋒。
黃奇峰說：“項目從方法、裝置和應(yīng)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(shù)，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。”
2008年，項目團隊完成了1千伏至500千伏高電壓基礎(chǔ)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(chǔ)量值?！斑@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(lǐng)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(shù)，研制成功1000千伏基礎(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(yīng)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(shè)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(lǐng)域世界前列
經(jīng)過20年的產(chǎn)學(xué)研攻關(guān)，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(chǔ)標準裝置，經(jīng)原國家質(zhì)檢總局授權(quán)成為我國法定最高等級社會公用計量標準，為高電壓相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)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(shè)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(shè)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個省（自治區(qū)、直轄市）銷售2100余套，廣泛應(yīng)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(shè)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(lǐng)域世界前列。由項目專利許可、量值傳遞的高壓設(shè)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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