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7月26日，第二十三屆中國(guó)專(zhuān)利獎(jiǎng)揭曉，國(guó)家電網(wǎng)有限公司申報(bào)的“一種全屏蔽高壓隔離型電壓互感器”獲金獎(jiǎng)。

　　“一種全屏蔽高壓隔離型電壓互感器”項(xiàng)目由中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司具體實(shí)施，構(gòu)建起1千伏～1000千伏國(guó)家最高標(biāo)準(zhǔn)裝置體系，填補(bǔ)了我國(guó)高電位跨越下高準(zhǔn)確度隔離互感器的技術(shù)空白，為國(guó)家大型基礎(chǔ)設(shè)施提供準(zhǔn)確量值，同時(shí)相關(guān)產(chǎn)品出口至德國(guó)、澳大利亞、土耳其等國(guó)家，實(shí)現(xiàn)我國(guó)高電壓計(jì)量技術(shù)從跟跑到領(lǐng)跑的跨越。

　　這是公司獲得的第12個(gè)中國(guó)專(zhuān)利金獎(jiǎng)。近年來(lái)，公司堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，堅(jiān)持“以量布局、以質(zhì)取勝”的原則，建立科學(xué)的核心專(zhuān)利質(zhì)量管控體系，穩(wěn)步提升專(zhuān)利質(zhì)量，為提升企業(yè)自主創(chuàng)新能力和核心競(jìng)爭(zhēng)力增添底氣，為服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展作出積極貢獻(xiàn)。

　　探索：填補(bǔ)高電壓隔離互感器技術(shù)空白

　　計(jì)量是什么？中國(guó)電科院計(jì)量所所長(zhǎng)趙兵這樣闡述——“計(jì)量”是實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一、量值準(zhǔn)確可靠的活動(dòng)，為事物賦值并且讓這個(gè)值準(zhǔn)確、可靠、統(tǒng)一、可比，兼具權(quán)威性、法制性和溯源性。

　　“一種全屏蔽高壓隔離型電壓互感器”就是一把計(jì)量的“標(biāo)尺”，一個(gè)高電壓標(biāo)準(zhǔn)裝置，用于標(biāo)定高電壓量值。

　　電壓互感器是用于測(cè)量輸電線(xiàn)路電壓的裝置。如果把電力系統(tǒng)比作人體的話(huà)，電壓數(shù)據(jù)就類(lèi)似人體的血壓指標(biāo)，人的身體狀況的判斷與血壓數(shù)值聯(lián)系緊密。在電力系統(tǒng)中，電壓的測(cè)量值能夠?yàn)榘ɡ^電保護(hù)、自動(dòng)化、計(jì)量等在內(nèi)的不同系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)依據(jù)。以計(jì)量為例，電壓、電流與電量相關(guān)，如果電壓計(jì)量不準(zhǔn)，就會(huì)導(dǎo)致電量不準(zhǔn)，將會(huì)影響發(fā)、供、用三方電能貿(mào)易結(jié)算的公平公正。同時(shí)，電壓的準(zhǔn)確性對(duì)于電力調(diào)度控制、電網(wǎng)安全運(yùn)行等都具有重要的支撐保障作用。

　　20世紀(jì)90年代，我國(guó)沒(méi)有220千伏及以上標(biāo)準(zhǔn)裝置的自主研發(fā)能力，缺乏高電壓高精度測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)，核心裝置依賴(lài)進(jìn)口。當(dāng)時(shí)主要采用“全絕緣電磁式電壓互感器”和“壓縮氣體電容器”建立工頻高電壓計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)確度不高。我國(guó)在20世紀(jì)末開(kāi)始攻關(guān)高電壓基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)裝置，并于2000年推出了500千伏高電壓標(biāo)準(zhǔn)裝置，為500千伏電網(wǎng)工程電壓測(cè)量提供了統(tǒng)一量值。

　　隨著電力技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，結(jié)合我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要，2006年，特高壓工程開(kāi)始建設(shè)。2009年，1000千伏晉東南—南陽(yáng)—荊門(mén)工程投入運(yùn)行。我國(guó)交流電壓等級(jí)由超高壓提升至1000千伏，而與之匹配的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置和標(biāo)準(zhǔn)體系還未完全建立起來(lái)。美國(guó)、日本、歐洲都沒(méi)有1000千伏電壓互感器誤差特性的檢測(cè)能力。

　　根據(jù)我國(guó)計(jì)量技術(shù)法規(guī)的規(guī)定，1000千伏國(guó)家電壓標(biāo)準(zhǔn)裝置準(zhǔn)確度應(yīng)達(dá)到0.01%。在“一種全屏蔽高壓隔離型電壓互感器”研發(fā)之前，我國(guó)研制的1000千伏電壓標(biāo)準(zhǔn)裝置準(zhǔn)確度為0.05%。以測(cè)量1000千伏電壓為例，0.01%的準(zhǔn)確度代表在測(cè)量過(guò)程中允許存在100伏電壓的偏差，而當(dāng)時(shí)我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)裝置的偏差在500伏左右。

　　也是在2009年，中國(guó)電科院組建互感器技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，從量值復(fù)現(xiàn)和溯源技術(shù)、量值傳遞技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)裝置研制入手，在絕緣結(jié)構(gòu)、電磁場(chǎng)屏蔽效能、高精度測(cè)量方法三方面開(kāi)展技術(shù)創(chuàng)新。經(jīng)過(guò)近5年的攻關(guān)，團(tuán)隊(duì)研發(fā)出測(cè)量電壓互感器的“標(biāo)尺”，為保障特高壓工程電壓參量測(cè)量準(zhǔn)確、統(tǒng)一和可靠提供了關(guān)鍵基礎(chǔ)性技術(shù)。

　　這一項(xiàng)目不僅實(shí)現(xiàn)了“從0到1”的突破，更實(shí)現(xiàn)了“從1到N”的跨越。2016年，該項(xiàng)目獲國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)；兩年后，以該專(zhuān)利為核心創(chuàng)新點(diǎn)的科技項(xiàng)目，獲得國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。目前，依托研究成果，中國(guó)電科院獲國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)44項(xiàng)、實(shí)用新型專(zhuān)利43項(xiàng)、軟件著作權(quán)6項(xiàng)，編制國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)8項(xiàng)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)5項(xiàng)。

　　中國(guó)工程院院士、中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院電磁所研究員張鐘華認(rèn)為，該裝置可有效完成現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)、量值溯源、周期檢定工作，確保了國(guó)家高電壓量值的準(zhǔn)確和統(tǒng)一，為科學(xué)研究順利開(kāi)展和工程成功投運(yùn)提供了技術(shù)支持與保障，技術(shù)指標(biāo)達(dá)國(guó)際領(lǐng)先水平。

　　攻關(guān)：準(zhǔn)確度從0.05%提升至0.005%

　　準(zhǔn)確度0.005%，意味著測(cè)量1000千伏電壓的偏差僅為50伏，遠(yuǎn)低于國(guó)家規(guī)定的100伏電壓。

　　攻堅(jiān)過(guò)程有多困難？升高電壓需要增加絕緣間隙，增加絕緣間隙就會(huì)使互感器耦合系數(shù)急劇下降，導(dǎo)致誤差加大。如何在一定體積內(nèi)兼顧準(zhǔn)確度與絕緣強(qiáng)度，是一個(gè)難題。

　　研發(fā)制造有多復(fù)雜？電壓互感器體積增大之后，周?chē)母鞣N參數(shù)也會(huì)變得異常復(fù)雜，運(yùn)行時(shí)會(huì)導(dǎo)致磁通外溢、電流泄漏，屏蔽效能難以提升。這就好比，找出一根水管哪里漏水容易，但找出蜘蛛網(wǎng)式排列的水管哪里漏水卻很難。

　　標(biāo)準(zhǔn)裝置要多可靠？在該專(zhuān)利問(wèn)世之前，特高壓標(biāo)準(zhǔn)裝置尚屬世界空白，裝置自身是否準(zhǔn)確不得而知。換句話(huà)說(shuō)，中國(guó)電科院要研發(fā)一種“既能測(cè)別人也能測(cè)自己”的標(biāo)準(zhǔn)裝置。

　　“最難的就是跨電位下的精密技術(shù)。”中國(guó)電科院計(jì)量所黨委書(shū)記、項(xiàng)目總負(fù)責(zé)人周峰回憶，他們?cè)囘^(guò)沿用傳統(tǒng)方法，針對(duì)單級(jí)互感器增加體積、減小阻抗，理論上可以減少誤差。但隨著單級(jí)互感器體積進(jìn)一步增加，泄漏電流的影響會(huì)增加，無(wú)論如何都沒(méi)有辦法達(dá)到0.01%的準(zhǔn)確度。

　　想法被否后，圍繞全新技術(shù)路線(xiàn)的討論展開(kāi)了——

　　“能不能把單級(jí)電壓互感器變成多個(gè)電壓互感器，然后串聯(lián)起來(lái)，這樣每一個(gè)互感器的絕緣難度就降低了，也能更好地控制準(zhǔn)確度?！薄翱墒歉鶕?jù)我們的常識(shí)性認(rèn)識(shí)，單級(jí)電壓互感器如果都達(dá)不到0.01%準(zhǔn)確度的話(huà)，串聯(lián)式的誤差可能會(huì)更大、準(zhǔn)確度更低?！薄熬透罘e木’一樣，兩個(gè)電壓互感器串聯(lián)，上面的積木產(chǎn)生的誤差是正的，下面的積木誤差是負(fù)的。如果我們?cè)谏舷路e木之間插入一塊新的積木，再通過(guò)適配技術(shù)，讓上下兩個(gè)積木誤差進(jìn)行互補(bǔ)性調(diào)節(jié)，會(huì)不會(huì)反而可以達(dá)到更高的準(zhǔn)確度？”……

　　團(tuán)隊(duì)開(kāi)始攻克核心關(guān)鍵的那塊“積木”——隔離互感器。通過(guò)大量的理論計(jì)算、建立模型、仿真實(shí)驗(yàn)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)找出了“積木”的最佳結(jié)構(gòu)，即最優(yōu)比例常數(shù)絕緣間隙同軸構(gòu)型，解決了標(biāo)準(zhǔn)裝置上下兩塊“積木”絕緣問(wèn)題，破解了絕緣與準(zhǔn)確度互為約束的難題；提出基于誤差調(diào)節(jié)模型的上下級(jí)比例單元柔性適配技術(shù)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)裝置各單元間誤差趨勢(shì)互補(bǔ)，準(zhǔn)確度提升至0.005%。

　　針對(duì)電流泄漏問(wèn)題，中國(guó)電科院計(jì)量所資深專(zhuān)家雷民解釋?zhuān)鄬咏徊娴霓k法可以解決這個(gè)問(wèn)題。多層交叉設(shè)置屏蔽層可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同屏蔽層間泄漏電流的“圍堵”，并合理設(shè)置屏蔽零電位連接點(diǎn)，可以起到泄漏電流感應(yīng)抵消的效果。這樣，電流泄漏量由微安級(jí)抑制到納安級(jí)，電壓互感器的屏蔽效能提升至原來(lái)的10萬(wàn)倍。對(duì)于磁通泄漏，通俗來(lái)講，互感器線(xiàn)圈磁感線(xiàn)理論上分布在平滑路徑上。團(tuán)隊(duì)通過(guò)計(jì)算仿真，將線(xiàn)圈鐵芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為雙半圓形，構(gòu)造平滑曲面，極大減小了繞組間的泄漏磁通量，并提出了諧振匹配型分布式漏電感集中補(bǔ)償方法，泄漏磁通量由0.5%減小到0.005%。

　　立足當(dāng)下，更著眼長(zhǎng)遠(yuǎn)。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)還建立了高電壓大電流生產(chǎn)平臺(tái)，通過(guò)該平臺(tái)可開(kāi)展互感器（分壓器）裝配、焊接等系列生產(chǎn)加工工作，實(shí)現(xiàn)從基礎(chǔ)的繞線(xiàn)、焊接、裝配到精密的計(jì)量、測(cè)試完全自主可控。該平臺(tái)是一個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的系列測(cè)量裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)自我溯源。

　　轉(zhuǎn)化：實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益等綜合帶動(dòng)效益

　　4月25日，一臺(tái)車(chē)載一體化設(shè)備出現(xiàn)在湖北1000千伏荊門(mén)變電站檢修現(xiàn)場(chǎng)。中國(guó)電科院計(jì)量所現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)團(tuán)隊(duì)正開(kāi)展電壓互感器誤差試驗(yàn)工作，解決荊門(mén)在運(yùn)11只電壓互感器示值不一致的問(wèn)題。“基于‘一種全屏蔽高壓隔離型電壓互感器’專(zhuān)利技術(shù)，標(biāo)準(zhǔn)裝置與升壓設(shè)備攜帶更加便捷了，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)效率也提高了3倍以上?！?000千伏荊門(mén)變電站副站長(zhǎng)潘章達(dá)說(shuō)。

　　專(zhuān)利一頭連著創(chuàng)新，一頭連著市場(chǎng)，是科技與經(jīng)濟(jì)結(jié)合的紐帶與橋梁。中國(guó)電科院計(jì)量所副所長(zhǎng)殷小東介紹，2014年以來(lái)，依托該專(zhuān)利裝置，研發(fā)團(tuán)隊(duì)先后研制了不同電壓等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器產(chǎn)品，為國(guó)家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)的計(jì)量測(cè)試機(jī)構(gòu)提供實(shí)驗(yàn)室最高計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，并完成我國(guó)全部特高壓變電站現(xiàn)場(chǎng)電壓互感器的交接試驗(yàn)工作，為電力領(lǐng)域各類(lèi)高電壓計(jì)量設(shè)備提供標(biāo)準(zhǔn)量值，提高了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化水平和校準(zhǔn)可靠性。

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，2100余套校準(zhǔn)系統(tǒng)已在工程現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)設(shè)備超過(guò)36萬(wàn)臺(tái)次。同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)裝置還應(yīng)用于巴西美麗山特高壓輸電工程、巴基斯坦默蒂亞里—拉合爾±660千伏直流輸電工程等11項(xiàng)海外工程的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)，為服務(wù)“一帶一路”建設(shè)貢獻(xiàn)力量。不僅如此，專(zhuān)利技術(shù)成果還出口至德國(guó)、澳大利亞、土耳其等國(guó)家，并作為國(guó)家級(jí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置。數(shù)據(jù)顯示，近年來(lái)項(xiàng)目累計(jì)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益13.23億元。

　　從電網(wǎng)需要出發(fā)，又不止于電力系統(tǒng)，這項(xiàng)專(zhuān)利技術(shù)正應(yīng)用在更多領(lǐng)域。目前，產(chǎn)品已經(jīng)為軌道交通領(lǐng)域動(dòng)力牽引系統(tǒng)提供高電壓檢測(cè)技術(shù)支撐，為軍工領(lǐng)域尖端技術(shù)研究提供精準(zhǔn)高電壓量值。

　　依托此項(xiàng)目，一批以“80后”為主體的“千里馬”競(jìng)相奔騰，一支素質(zhì)高、作風(fēng)硬、專(zhuān)業(yè)強(qiáng)的人才隊(duì)伍加速形成。中國(guó)電科院院長(zhǎng)趙鵬表示，在抓好關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)的同時(shí)，電科院瞄準(zhǔn)國(guó)家科技戰(zhàn)略需求，依托重大項(xiàng)目加速推進(jìn)青年人才培養(yǎng)，建立專(zhuān)家人才制度體系，健全技術(shù)人員扎根一線(xiàn)、崗位成才的發(fā)展機(jī)制，讓青年科研人員“扛大旗”“挑大梁”，著力打造一批掌握核心技術(shù)、有較強(qiáng)創(chuàng)新能力的戰(zhàn)略科技人才、科技領(lǐng)軍人才和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，推動(dòng)創(chuàng)新成果競(jìng)相涌現(xiàn)，長(zhǎng)效釋放科研價(jià)值。

　　當(dāng)前，電力系統(tǒng)源網(wǎng)荷儲(chǔ)都在發(fā)生深刻改變，對(duì)電壓測(cè)量的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性、量程范圍、諧波能力等都提出更高要求。周峰帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)計(jì)劃用3年時(shí)間，基于此項(xiàng)專(zhuān)利技術(shù)，建立諧波高電壓標(biāo)準(zhǔn)和低頻輸電高電壓標(biāo)準(zhǔn)，更好適應(yīng)能源清潔低碳轉(zhuǎn)型需要，為助力實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)發(fā)揮更大的支撐作用。