2020年能源資源計量服務(wù)示范項目入圍項目連載3

GSREVT系列電阻分壓系列互感器示范項目

一、廊坊電力傳感技術(shù)有限公司簡介

廊坊電力傳感技術(shù)有限公司位于廊坊經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，是河北省高新技術(shù)企業(yè)，自主研發(fā)的納米導(dǎo)電陶瓷新材料取得國家發(fā)明專利（專利號ZL200910135625.8）及電阻分壓傳感技術(shù)相關(guān)的4項發(fā)明專利，專利產(chǎn)品涵蓋10kV、35kV、110kV及以上電壓等級的電阻分壓系列互感器（包括電阻分壓電壓互感器和厚膜電阻電流互感器）及高壓電能計量費控裝置。

企業(yè)始終立足于新材料和新技術(shù)的研究和開發(fā)，2005年成立以來投入大量的研發(fā)資金，依托國內(nèi)知名高校和中國電力科學(xué)研究院組成高素質(zhì)研發(fā)團(tuán)隊建立了“新型傳感器技術(shù)研發(fā)中心”和“電力傳感與測控研究中心”，建立了國內(nèi)唯一的電阻分壓互感器生產(chǎn)基地。從新材料、新工藝研發(fā)和特殊生產(chǎn)能力建設(shè)入手，攻克了長期以來受制于國外的高穩(wěn)定性高壓分壓電阻這一“卡脖子”的核心元件。主導(dǎo)制定了電阻分壓互感器產(chǎn)品相關(guān)的多項國家標(biāo)準(zhǔn)、電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和京津冀地方標(biāo)準(zhǔn)及檢定規(guī)程，促進(jìn)了行業(yè)的健康發(fā)展，維護(hù)了我國電阻分壓互感器產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈安全。

電阻分壓系列互感器產(chǎn)品技術(shù)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平，獲得了國家重點推廣新產(chǎn)品獎、省級科技進(jìn)步獎、科學(xué)技術(shù)成果獎、新產(chǎn)品新技術(shù)獎及自主創(chuàng)新產(chǎn)品獎。產(chǎn)品于2014年和2019年分別被評定為國家電網(wǎng)重點推廣新技術(shù)。

2020年10月經(jīng)河北省市場監(jiān)督管理局批準(zhǔn)，公司建立“廊坊電能計量檢測中心”（授權(quán)法定計量檢定機(jī)構(gòu)）。

二、項目實施背景

提升對清潔能源的接納能力、降低自身電能損耗是綠色電網(wǎng)建設(shè)的重要內(nèi)容。電能計量設(shè)備作為關(guān)系國計民生的重要基礎(chǔ)設(shè)施，支撐公平、有序、多元電力市場構(gòu)建，支持營商環(huán)境優(yōu)化，服務(wù)國家大局是電網(wǎng)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的重要方向。相應(yīng)地電能計量技術(shù)應(yīng)進(jìn)行創(chuàng)新與優(yōu)化，為高質(zhì)量高效能輸配電服務(wù)提供支撐。

首先，綠色發(fā)展的國家戰(zhàn)略要求電力互感器節(jié)約資源、節(jié)能減排。因此，推廣資源節(jié)約、環(huán)境良好、超低能耗的電阻分壓組合互感器有重要意義。

其次，需要寬量程電力互感器為提升清潔能源消納能力、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)提供計量支撐。清潔能源、尤其是分布式清潔能源受天氣、氣候影響顯著，輸出能量頻繁地大幅度波動。因此，需要寬量程（原來1%至120%，擴(kuò)大到0.1%至200%）的電阻分壓互感器對超低負(fù)荷與高負(fù)荷并存、具有非連續(xù)負(fù)荷特性的清潔能源進(jìn)行全程精準(zhǔn)計量，保證清潔能源消納的貿(mào)易公平。

再次，多元電力市場構(gòu)建、營商環(huán)境優(yōu)化要求電力互感器可靠性高、寬量程、易于數(shù)字化。電阻分壓電壓傳感器和厚膜電阻電流傳感器在超低負(fù)荷和超高負(fù)荷時均能準(zhǔn)確計量，維護(hù)貿(mào)易公平。產(chǎn)品不存在鐵磁諧振風(fēng)險，大大提升供電可靠性和生產(chǎn)安全。這些優(yōu)點有利于化解供應(yīng)電雙方、電能交易雙方矛盾，有利于多元電力市場構(gòu)建、營商環(huán)境優(yōu)化。

最后，電阻分壓系列互感器的核心元件是高精度、高可靠性、高穩(wěn)定性高壓電阻，是交直流特高壓計量和配電網(wǎng)計量共用核心元件。推廣電阻分壓系列互感器，在應(yīng)用中迭代、優(yōu)化關(guān)鍵核心元件，對突破國家能源大動脈的計量、測量核心元件受制于國外的困局有著重要意義。

三、具體創(chuàng)新措施

GSREVT電阻分壓系列互感器和LPCT型厚膜電阻電流互感器比傳統(tǒng)互感器更適合對負(fù)荷波動大清潔能源進(jìn)行精準(zhǔn)計量，有利于清潔能源的消納；沒有鐵磁諧振隱患，相較于傳統(tǒng)互感器可以明顯提高電網(wǎng)安全；體積小、重量輕、線性度好，可同時滿足計量和保護(hù)需求，有利于與電網(wǎng)設(shè)備集成融合，減少電網(wǎng)設(shè)備重復(fù)投資，同時提升電網(wǎng)精細(xì)化管理水平。

圖1  電阻分壓系列互感器

圖2  10kV厚膜電阻電流互感器

針對電阻分壓互感器溫度系數(shù)較高的問題，發(fā)明了高壓靜電紡絲和氣氛控制高溫?zé)Y(jié)相結(jié)合的導(dǎo)電陶瓷制備工藝。制備的高壓電阻，批量產(chǎn)品溫度系數(shù)優(yōu)于10ppm/℃。技術(shù)達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進(jìn)的水平。

針對高壓分壓電阻批量制備一致性欠佳的問題，發(fā)明了分壓電阻一體化成形工藝并開發(fā)了相應(yīng)的生產(chǎn)線。通過一體成形工藝，批量生產(chǎn)的陶瓷高壓分壓電阻準(zhǔn)確度等級可達(dá)0.1級，溫度系數(shù)優(yōu)于10ppm/℃。

針對雜散電容干擾的問題，發(fā)明了同軸等電位屏蔽的電磁靜默結(jié)構(gòu)。利用導(dǎo)電陶瓷成形工藝，制備內(nèi)外雙層電阻結(jié)構(gòu)，使得核心電阻分壓器處于電磁靜默結(jié)構(gòu)。

由河北省計量院組織河北、北京、天津計量院制定了項目產(chǎn)品的相應(yīng)地方檢定規(guī)程。在跨區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程制定的協(xié)同、協(xié)作上進(jìn)行了服務(wù)創(chuàng)新。

四、項目取得成效

1.取得的成效

通過新材料、新工藝和新結(jié)構(gòu)的研發(fā)，突破了制約電阻分壓互感器推廣應(yīng)用的難題。其性能在國家電網(wǎng)公司的電能計量設(shè)備典型極端環(huán)境測量試驗基地西藏-羊八井、新疆-吐魯番、黑龍江-漠河、福建-湄洲島的高海拔、極端炎熱、極端寒冷、高濕熱和超高鹽霧極端環(huán)境長時間運(yùn)行測試中的到了驗證。自2017年開始至今，產(chǎn)品在上述試驗基地長時間通電運(yùn)行測量，測試結(jié)果證明：產(chǎn)品的可靠性、穩(wěn)定性及準(zhǔn)確度均基本保持出廠時的初始水平。

進(jìn)一步將結(jié)合電網(wǎng)線損治理、能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)和“安全行動計劃”，推進(jìn)電阻分壓系列互感器與電網(wǎng)設(shè)備的融合。在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上，促進(jìn)核心元件技術(shù)優(yōu)化創(chuàng)新，推動高壓、特高壓電阻分壓互感器的國產(chǎn)化，打造能源計量領(lǐng)域的國家重器。

2.案例實踐

國網(wǎng)冀北電力有限公司、國網(wǎng)天津電力有限公司、國網(wǎng)河北電力有限公司、國網(wǎng)寧夏電力有限公司、國網(wǎng)四川電力公司電力用戶試點運(yùn)行數(shù)量達(dá)5000多套，進(jìn)行了較長時間的前期試點運(yùn)行工作，最長的運(yùn)行時間已達(dá)到10年。在“老大難”區(qū)域線損治理、新能源接納能力提升方面成效明顯，設(shè)備融合方面取得了良好的效果。

圖3  示范項目產(chǎn)品安裝現(xiàn)場

3.推廣示范的意義

(1)互感器自身節(jié)能減排

若在配網(wǎng)電能計量方面全面推廣電阻分壓互感器，預(yù)計每年可減少互感器自身電能消耗70.8億千瓦時，相應(yīng)地節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤226.6萬噸，減少二氧化碳排放約594萬噸，減少二氧化硫排放1.926萬噸，減少氮氧化物排放1.677萬噸。每年可節(jié)約銅1.65萬噸，節(jié)約鐵磁材料3.15萬噸，同時減少相應(yīng)銅、鐵冶煉導(dǎo)致的能耗和污染物排放。

(2)促進(jìn)電網(wǎng)節(jié)能減排

前期試點區(qū)域，線路損耗電量普遍降低3%以上（有的地區(qū)10千伏線路達(dá)到10%以上）。若通過推廣應(yīng)用電阻分壓系列互感器，協(xié)助提升電網(wǎng)精細(xì)化管理水平，如降低線損0.5%。則我國電網(wǎng)一年可減少線路電量損耗361.3億千瓦時，相應(yīng)地節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1156.4萬噸，減少二氧化碳排放3031.3萬噸，減少二氧化硫排放9.829萬噸，減少氮氧化物排放8.858萬噸。

(3) 減少設(shè)備重復(fù)投資

推廣電阻分壓組合互感器，按照我國電網(wǎng)20%客戶避免重復(fù)投資用戶分界斷路器估算，預(yù)計可節(jié)約重復(fù)投資資金409億元。

該產(chǎn)品不使用銅和鐵，節(jié)約了大量的金屬材料和絕緣材料，節(jié)省了電能損耗，在電能計量低碳轉(zhuǎn)型中發(fā)揮了更多重要作用。