12月8日，科研人員在查看190千安發電機斷路器成套設備的設計模型。

12月8日，陝西西安西電開關電氣有限公司科研人員在測試190千安發電機斷路器成套設備。

“大容量發電機斷路器是核電站建設的關鍵設備。長期以來，該設備的研發技術一直掌握在少數國際企業手中。我們經過8年努力，成功研發出190千安發電機斷路器成套設備，解決了國內核電站建設的關鍵核心難題，振奮人心！”12月8日，西安西電開關電氣有限公司相關科研項目負責人嚴旭一邊測試研發產品一邊對記者說。

勇擔研發使命 從零出發

近日，國務院國資委新聞中心聯合多家網站一起宣傳大國重器﹔“國資小新”淘寶店上架了16件大國重器，發起新一季“最硬核的國貨購物車”，190千安發電機斷路器成套設備位列其中。

大容量發電機斷路器成套設備是確保核電站穩定運行的關鍵。該設備安裝在發電機和主變壓器之間，用於控制、保護發電機和變壓器。長期以來，國際上僅有一兩家公司具備生產大容量發電機斷路器成套設備的能力。

國外廠家供的貨不僅價格高，還存在延時供貨的風險。為了推進重大設備國產化，解決關鍵核心難題，2014年底，中國西電所屬的西安西電開關電氣有限公司科研團隊勇擔歷史使命，開啟了190千安發電機斷路器成套設備的研發之路。

嚴旭回憶：“8年前接到這一任務時，我們團隊既興奮又忐忑。研發大容量發電機斷路器，需要攻克大量技術難關。”

190千安發電機斷路器成套設備屬於大容量發電機斷路器的頂尖級產品，適用於單台發電機容量在1000兆瓦至1200兆瓦的核電站發電機組上，對發電機斷路器的可靠性有著極高的要求。

“我們必須確保研發的產品絕對安全可靠！”嚴旭介紹，研發這套設備的最大難點是斷路器開斷問題。在開斷過程中，斷路器的兩個導電觸頭間會產生電弧，電弧弧芯溫度瞬間可達3萬攝氏度。讓電弧弧芯溫度在數微秒時間內下降到4000攝氏度以下，這是斷路器開斷的必要條件，難度非常大。

“當時，我們手中除了一份調研報告，再沒有任何190千安發電機斷路器設計、制造和試驗的相關經驗了。”科研人員呂軍玲回憶。面對這樣的情況，科研團隊分成大電流開斷小組、大容量通流小組、動熱穩定小組、機械壽命小組和工藝小組等。各小組成員集思廣益，發揮各自專長，開始在白紙上繪圖，設計最初的方案。

直面“數微秒”的挑戰 攻克難關

在數微秒時間內，將發電機斷路器電弧弧芯溫度從3萬攝氏度降到4000攝氏度以下——這是必須攻克的難關。在試驗過程中，超大的電弧能量對零件燒蝕的程度大大超出了科研人員的預判。部分樣機開斷失敗后的爆破現象，也給科研人員留下刻骨銘心的記憶。但是，他們沒有被困難嚇倒。

“我們初步設想，從充分利用電弧能量和高效耗散電弧能量的角度，將電弧的能量引入一個小腔室並儲存起來﹔再設計出合適的出口通道，在需要的時候將高壓氣體釋放出來，解決在數微秒時間內降溫的問題。”嚴旭說，“數微秒，相當於人類眨一次眼睛時間的5萬分之一。”

從初步的設想到結果的成功，這中間有很長的路。科研團隊在多輪次的試驗中發現，每一個數據的改變都會帶來連鎖反應，且常常超出預想。更令人頭疼的是，實驗數據的實際運行結果遠比書面運算復雜得多。為了讓每一次試驗和運算都更靠近最理想的結果，科研人員全力以赴，在每一個細節處絞盡腦汁，生怕有任何遺漏。

“僅僅找到合適的出口通道，我們就用了5年。出口通道是利用和消耗電弧能量的關鍵結構，需要將七八種不同零件組合。”科研人員路媛婧說，“那幾年，我們大電流開斷小組成員反復進行模擬實驗、畫圖紙、裝配調試、樣機試驗，進行了20多輪次這樣的流程，驗証了上百個不同零件的組合結構。”

2018年，面對之前多次組合零件方案的失敗，大電流開斷的研發進入瓶頸期。召集小組成員開會時，嚴旭鼓勵大家從頭梳理每一次方案，從中找到試驗失敗的共性問題。大家沉下心來，重新鼓足干勁，總結失敗教訓，推翻了之前4年的研發通道結構，重新從匹配發電機斷路器腔室合適壓力的角度尋找突破口。在接下來一整年的反復試驗中，科研團隊終於確定了“合適的出口通道”。

在電弧產生的超高溫情況下，大容量發電機斷路器上的金屬會被燒融產生金屬微粒。這就需要用耐高溫材料和金屬結合來做好防護。這些耐高溫材料需要絕緣材料，以保証結合后的新材料在高溫下不能產生新的金屬粒子。將金屬和非金屬緊密地結合，同時結合面還需要耐受高溫不失效，這又是一項巨大的挑戰。

試驗期間，科研人員發現高溫氣體會把發電機斷路器腔室內的一些金屬零件燒化，嚴重影響了零件的強度和產品性能。於是，工藝小組開始攻關超高溫的金屬耐燒蝕技術難題。科研人員馬沖說：“我們用了一年的時間，終於在真空環境下結合兩種材料成功攻克了超高溫金屬耐燒蝕技術難題。”

經過反復優化改進，科研人員設計出了新型自能滅弧結構，成功解決了在數微秒時間內將電弧弧芯溫度從3萬攝氏度下降到4000攝氏度以下的科研難題。

推進重大裝備國產化 填補空白

功夫不負有心人。在新產品的試驗和制造階段，研發團隊反復修改方案、完善圖紙、激烈討論，用熱情和熱愛為推動項目的整體進度積極作出貢獻，一步步攻克了“發電機斷路器的長期通流”“短路電流的開斷”“耐高溫新材料研發”等科研難點。

2023年7月，隨著最后一檔型式試驗通過，190千安發電機斷路器成套設備終於研制成功。同年10月，該套設備通過國家級產品鑒定，擁有了自主知識產權，填補了國內空白，綜合技術性能達到了國際領先水平。

8年間，西安西電開關電氣有限公司研發團隊百折不撓，持續攻克技術難關，將大容量發電機斷路器設備的通流能力從160千安提升到190千安，打破了大容量發電機斷路器成套設備長期以來依賴進口設備的被動局面。

8年間，西安西電開關電氣有限公司科研團隊不斷進取，在相關領域為國家建設不斷貢獻著陝西制造的力量。目前，該公司是國內唯一一家能夠生產制造190千安大容量發電機斷路器成套設備的廠家。

據介紹，190千安發電機斷路器成套設備的成功研制，再次推進了我國百萬千瓦級機組用重大裝備的國產化，解決了“華龍一號”“AP1000”等大型核電站對大容量發電機斷路器成套設備的緊迫需求，實現了我國大型核電站工程建設和運行服務自主可控的安全保障。

“別人能做到的，我們也能做到！”嚴旭說。（ 杜瑋）

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