有這樣一個項目，推廣應用后，將使全國每年節電845 億千瓦時，與2015年三峽電站的發電總量相當。11月3日，在國家科學技術獎勵大會上，國家電網公司參與的這個項目——“特高壓高能效輸變電設備用超低損耗取向硅鋼開發與應用”獲2020年度國家科學技術獎。與一般取向硅鋼相比，超低損耗取向硅鋼具有損耗低、磁感高、涂層附著性高等特點，對支撐西電東送和節能減排國家戰略的實施及電力行業的發展具有重要意義。關鍵技術被“卡脖子” 核心技術買不來超低損耗取向硅鋼是制造特高壓高能效變壓器及電抗器鐵心的核心材料，被稱為特高壓高能效變壓器及電抗器的“心臟”。一般變壓器用的取向硅鋼厚度為0.27~0.3毫米，在1.5特斯拉、50赫茲工作條件下的損耗小于等于1.0瓦每公斤。特高壓直流換流變壓器用取向硅鋼厚度為0.23~0.27毫米，在同等條件下，損耗比一般變壓器用的取向硅鋼小0.15瓦每公斤，以一臺換流變計算，每年可節約電能約15萬千瓦時。

 

 

超低損耗取向硅鋼在±1100千伏直流換流變壓器中應用。

 

2014年前，我國向家壩—上海等6條±800千伏直流工程、晉東南—南陽—荊門等2條1000千伏交流工程中變壓器用取向硅鋼材料全部依賴進口。“當年，我們的技術專家親自到日本新日鐵公司談材料供貨問題，對方給的答復是：不會專門為我們加快材料的供應進程。材料受制于人對我國重大工程的建設和后期的安全運維來說是一個亟待解決的重要問題，實現重大裝備關鍵材料國產化是國家科技發展的戰略需求。”全球能源互聯網研究院有限公司電工新材料研究所磁性材料團隊負責人馬光說。“產學研用”聯合攻關，實現系列創新突破取向硅鋼是鋼鐵行業生產流程最長的材料，被譽為鋼鐵行業“皇冠”上的明珠。它生產工藝的每一個環節出問題，都會導致材料達不到理想的性能。而特高壓直流換流變壓器工況復雜，涉及諧波、直流偏磁、強振動、高溫升等工況，對取向硅鋼材料性能的要求更為嚴苛。

 

 

寶鋼、東北大學、聯研院、保變電氣等單位開展關于取向硅鋼國家項目績效評價會議。

 

在重大需求牽引下，2012年起，寶山鋼鐵股份有限公司、東北大學、全球能源互聯網研究院有限公司、保定天威保變電氣股份有限公司等單位組建聯合攻關團隊，開展特高壓高能效輸變電裝備用超低損耗取向硅鋼制備及應用技術攻關。幾年來，團隊成員相互配合，通過理論與實踐相結合的方式進行攻關，形成產學研用一體化攻關隊伍。寶鋼負責產品生產工藝的攻關，東北大學負責基礎理論方面的研究，聯研院負責針對特高壓運行工況評價體系的建立和國內外產品對標和反饋，保變電氣負責應用選型設計等方面工作。“開發初期，寶鋼負責的產品性能與進口產品有一定的差距。團隊成員通過開展大量的理論分析、實驗研究以及模擬仿真，共同找到了解決方案，經過不懈努力，終于在2015年，實現產品在靈紹特高壓直流工程中的首次批量應用。”全球能源互聯網研究院有限公司電工新材料研究所所長陳新說。厚積薄發，從“受制于人”到“領先于人”“特高壓高能效輸變電裝備用超低損耗取向硅鋼開發與應用”項目找到了超低損耗取向硅鋼新的技術路徑，突破了特高壓用超低損耗取向硅鋼核心技術，打通了超低損耗取向硅鋼的生產和應用環節。

 

 

國網聯研院科研人員對超低損耗取向硅鋼進行多工況服役性能測試分析。

 

“寶鋼的生產和研發能力已經全面超越了外國公司，我們正致力于研發和應用更低損耗、更高磁感和耐熱型取向硅鋼新產品。”馬光說。目前，該項目成果已成功應用在世界電壓等級最高、輸電容量最大、輸送距離最遠的±1100千伏昌吉—古泉特高壓直流工程和±800千伏巴西美麗山特高壓直流工程，成為中拉共建“一帶一路”重要紐帶。該項目成果還應用于靈州—紹興、溪洛渡—金華±800千伏等其他13 個特高壓直流工程。此外，項目產品還批量出口歐美日韓等國家，近3年出口總量達17.16 萬噸。截至2019年，該項目共獲國家授權發明專利37項、實用新型15項，軟件著作權1項。項目整體達到國際領先水平。“項目組還在繼續研發更低損耗的取向硅鋼新產品，并促進其在節能變壓器中的應用，進一步降低變壓器損耗，支撐國家‘雙碳’戰略。我們相信，未來‘特高壓高能效輸變電裝備用超低損耗取向硅鋼開發與應用’項目會有更廣闊的發展空間。”陳新說。