华体会备用网在线讯:核心技术掌握在自己手中有多重要？
关注电力的朋友肯定知道，我国独有的特高压输电技术，破解了能源供需逆向分布难题，支撑了“西电东送”这一伟大工程实施，是名副其实的“大国重器”。
但您知道吗？在动辄2000千米甚至3000千米长的特高压直流输电工程中，有一个不到30米长的管状设备，曾让我们“卡了脖子”。它的技术曾被国外垄断，单支采购成本高达上千万元。这个设备就是特高压直流穿墙套管。
今天，就跟大家聊聊这个设备，以及我们是如何突破技术封锁，走出一条自主创新之路的。
特高压直流输电的“咽喉”
先说说为什么有套管，以及套管为啥要穿墙。
发电厂发出来的电和平时我们所用的电都是交流电，所以直流输电就需要“换流”。交流电在送端换流站“交换直”，到达目的地后，再在受端换流站“直换交”。
换流阀是将三相交流电转换为更适合超远距离传输的直流电的核心设备，被称为特高压直流输电的“心脏”。这个“心脏”非常精密，需要在恒温恒湿的环境中工作，对洁净程度的要求甚至超过手术室。因此，换流站里会盖一个巨大的阀厅，把这个“心脏”保护起来，与外部环境隔离。
那么问题来了。
在自然环境下，带电的±1100千伏导线距离接地体的安全距离是9米，±800千伏导线也需要距离接地体至少6米。
如何将电压这么高的线路接进阀厅，接到换流阀上呢？直接砌进墙里？墙体会导电，肯定不行。挖一个半径大于所需安全距离的大洞？那阀厅就无法隔绝外部环境了。
怎么办？建设者们会用一根巨大的管子套住导线，再穿过阀厅的墙壁连接到换流阀上。没错，这根管子就是特高压直流穿墙套管。
它是换流站内连接阀厅内换流阀和外部直流场的关键设备，就像是特高压直流系统的“咽喉”，是电流在送端换流站出阀厅、在受端换流站进阀厅必须经过的通道。
它必须承载高电压和大电流，起到通流、绝缘和机械支撑的作用。
这项技术难在哪儿？生活中，其实有挺多穿墙的管子，比如自来水管、天然气管等等。这类管子通常只需要解决密封性能和结构强度问题。特高压直流穿墙套管就不一样了：
特高压直流穿墙套管，一半在户外，一半在室内，整体重量接近15吨，总长度20米以上，高压导体距离接地金属外壳，最短距离不足0.5米。
耦合结构设计难
这样一个多种材料制成、又长又重的设备，插在阀厅墙体上，仅在中间部位有墙体提供硬性支撑。它的自身重力会导致挠度变形（杆件、梁或板等结构构件在受到垂直于其轴线的外力作用时发生的垂直于轴线方向的位移），要保持结构稳固和密封性能，本身就十分难。
材料配方掌握难特高压直流穿墙套管使用的绝缘材料主要有六氟化硫气体、环氧树脂浸纸材料（胶浸纸）等。套管要同时具备耐高压、耐热性能，设计还要考虑不同材料间的界面效应、空间电荷效应等因素，确保±800千伏及以上的高电压、大电流能够安全通过阀厅墙体。
各种绝缘材料的使用比例，环氧树脂浸纸为主要材料的超长超大电容芯体的绕制与固化，大型外护套的制造，以及超长导电杆的加工，这些工艺极难掌握。相关配方差之毫厘，谬以千里。
此外，精密的制造工艺、严苛的试验考核标准，也是这项技术的难点。
成功实现国产化
价格降低一半 故障率为“0”
关键核心技术要不来、买不来、讨不来，如果不掌握在自己手中，就会制约特高压直流输电技术的发展。由于国外的技术封锁，中国电力科研人员只能摸着石头过河，硬着头皮干！
2014年，也就是世界上电压等级最高、输送容量最大、输送距离最远的特高压输电工程——±1100千伏昌吉—古泉特高压直流输电工程开工建设的两年前。国家电网公司中国电科院牵头的联合攻关团队启动了“±1000 kV级直流SF₆气体绝缘穿墙套管核心技术研究及装置研制”项目。该项目目标直接锁定最高电压等级——±1100千伏特高压直流穿墙套管。
3年时间，攻关团队经过成百上千次的样本分析和试验，攻克了一个又一个难题，最终成功掌握了这项技术。
材料配方体系方面
开发了穿墙套管主绝缘电容芯体高性能环氧树脂复合材料配方体系，掌握了关键性能参数随温度、时间变化的规律，攻克了超大型环氧芯体无气泡浸渍技术和固化过程热应力抑制技术难题；
发明了具有双交联固化网路结构的穿墙套管支撑绝缘子环氧树脂材料配方；
掌握了芯体环氧树脂复合材料空间电荷、绝缘子环氧树脂材料表面电荷分布规律，提出了电荷效应抑制方法，提高了不同材料界面绝缘性能。
耦合结构设计方面
提出了基于多物理场耦合的穿墙套管多目标寻优设计方法，掌握了±1100千伏、±800千伏特高压直流穿墙套管电、热、力分布规律，实现了绝缘、载流、机械等关键结构的优化设计；
提出了直流穿墙套管内外绝缘场强控制原则和协同优化配置方法，掌握了“纯六氟化硫气体绝缘”和“环氧芯体六氟化硫复合绝缘”两类直流穿墙套管的内外绝缘场强控制基准。
试验体系方面
建立了世界首台/套±1100千伏特高压直流穿墙套管模拟运行工况综合试验平台和试验技术体系，为今后自主研发更高水平套管打下坚实基础。
通俗地说，就是攻关团队突破了材料、设计、工艺及试验等一系列关键技术难关，研制出了世界首支±1100千伏带绝缘支撑纯六氟化硫绝缘直流穿墙套管、首支±1100千伏环氧芯体六氟化硫气体复合绝缘直流穿墙套管，并成功应用于±1100千伏昌吉—古泉特高压直流输电工程中。
这一成果国内首创、世界领先。
近些年，各地特高压直流工程建设如雨后春笋。适用于±1100千伏的套管我们研制出来了，±800千伏及以下电压等级直流穿墙套管的研制更是不在话下。
这一设备的国产化，是我国在高端电工装备研发上实现核心技术引领的生动一笔，对于实现特高压直流设备的全面国产化，降低工程造价，引导我国电工装备制造产业升级，增强国际竞争力意义重大。
目前，特高压直流穿墙套管的价格已经比之前降低了一半。攻关团队自主研发的两种结构8种类型数十支±1100、±800千伏工程全系列直流穿墙套管已经应用于±1100千伏昌吉—古泉特高压直流工程，以及±800千伏青海—河南、陕北—湖北、白鹤滩—江苏、白鹤滩—浙江等特高压直流工程中。
更难能可贵的是，我们自己研制的设备故障率为“0”。
真是价格更低，质量更好！
实现高水平科技自立自强是国家强盛和民族复兴的战略基石。此刻，超强电流正穿过中国套管，秒送至大江南北，点亮万家灯火。这背后是科技工作者们，矢志创新发展，建设科技强国，把科技的命脉
牢牢掌握在自己手中的信心和决心。我们的征途，是星辰大海。
技术支持｜中国电科院
汤浩 张一 李熙宁 吴超 杨亚迪
撰稿＆责编｜王一凡 张越越
