有这样一个项目，推广应用后，将使全国每年节电845 亿千瓦时，与2015年三峡电站的发电总量相当。11月3日，在国家科学技术奖励大会上，国家电网公司参与的这个项目——“特高压高能效输变电设备用超低损耗取向硅钢开发与应用”获2020年度国家科学技术奖。与一般取向硅钢相比，超低损耗取向硅钢具有损耗低、磁感高、涂层附着性高等特点，对支撑西电东送和节能减排国家战略的实施及电力行业的发展具有重要意义。关键技术被“卡脖子” 核心技术买不来超低损耗取向硅钢是制造特高压高能效变压器及电抗器铁心的核心材料，被称为特高压高能效变压器及电抗器的“心脏”。一般变压器用的取向硅钢厚度为0.27~0.3毫米，在1.5特斯拉、50赫兹工作条件下的损耗小于等于1.0瓦每公斤。特高压直流换流变压器用取向硅钢厚度为0.23~0.27毫米，在同等条件下，损耗比一般变压器用的取向硅钢小0.15瓦每公斤，以一台换流变计算，每年可节约电能约15万千瓦时。

 

 

超低损耗取向硅钢在±1100千伏直流换流变压器中应用。

 

2014年前，我国向家坝—上海等6条±800千伏直流工程、晋东南—南阳—荆门等2条1000千伏交流工程中变压器用取向硅钢材料全部依赖进口。“当年，我们的技术专家亲自到日本新日铁公司谈材料供货问题，对方给的答复是：不会专门为我们加快材料的供应进程。材料受制于人对我国重大工程的建设和后期的安全运维来说是一个亟待解决的重要问题，实现重大装备关键材料国产化是国家科技发展的战略需求。”全球能源互联网研究院有限公司电工新材料研究所磁性材料团队负责人马光说。“产学研用”联合攻关，实现系列创新突破取向硅钢是钢铁行业生产流程最长的材料，被誉为钢铁行业“皇冠”上的明珠。它生产工艺的每一个环节出问题，都会导致材料达不到理想的性能。而特高压直流换流变压器工况复杂，涉及谐波、直流偏磁、强振动、高温升等工况，对取向硅钢材料性能的要求更为严苛。

 

 

宝钢、东北大学、联研院、保变电气等单位开展关于取向硅钢国家项目绩效评价会议。

 

在重大需求牵引下，2012年起，宝山钢铁股份有限公司、东北大学、全球能源互联网研究院有限公司、保定天威保变电气股份有限公司等单位组建联合攻关团队，开展特高压高能效输变电装备用超低损耗取向硅钢制备及应用技术攻关。几年来，团队成员相互配合，通过理论与实践相结合的方式进行攻关，形成产学研用一体化攻关队伍。宝钢负责产品生产工艺的攻关，东北大学负责基础理论方面的研究，联研院负责针对特高压运行工况评价体系的建立和国内外产品对标和反馈，保变电气负责应用选型设计等方面工作。“开发初期，宝钢负责的产品性能与进口产品有一定的差距。团队成员通过开展大量的理论分析、实验研究以及模拟仿真，共同找到了解决方案，经过不懈努力，终于在2015年，实现产品在灵绍特高压直流工程中的首次批量应用。”全球能源互联网研究院有限公司电工新材料研究所所长陈新说。厚积薄发，从“受制于人”到“领先于人”“特高压高能效输变电装备用超低损耗取向硅钢开发与应用”项目找到了超低损耗取向硅钢新的技术路径，突破了特高压用超低损耗取向硅钢核心技术，打通了超低损耗取向硅钢的生产和应用环节。

 

 

国网联研院科研人员对超低损耗取向硅钢进行多工况服役性能测试分析。

 

“宝钢的生产和研发能力已经全面超越了外国公司，我们正致力于研发和应用更低损耗、更高磁感和耐热型取向硅钢新产品。”马光说。目前，该项目成果已成功应用在世界电压等级最高、输电容量最大、输送距离最远的±1100千伏昌吉—古泉特高压直流工程和±800千伏巴西美丽山特高压直流工程，成为中拉共建“一带一路”重要纽带。该项目成果还应用于灵州—绍兴、溪洛渡—金华±800千伏等其他13 个特高压直流工程。此外，项目产品还批量出口欧美日韩等国家，近3年出口总量达17.16 万吨。截至2019年，该项目共获国家授权发明专利37项、实用新型15项，软件著作权1项。项目整体达到国际领先水平。“项目组还在继续研发更低损耗的取向硅钢新产品，并促进其在节能变压器中的应用，进一步降低变压器损耗，支撑国家‘双碳’战略。我们相信，未来‘特高压高能效输变电装备用超低损耗取向硅钢开发与应用’项目会有更广阔的发展空间。”陈新说。