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7月26日，第二十三屆中國專利獎揭曉，國家電網(wǎng)有限公司申報的“一種全屏蔽高壓隔離型電壓互感器”獲金獎。

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

　　這是公司獲得的第12個中國專利金獎。近年來，公司堅持創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，加強頂層設(shè)計，堅持“以量布局、以質(zhì)取勝”的原則，建立科學的核心專利質(zhì)量管控體系，穩(wěn)步提升專利質(zhì)量，為提升企業(yè)自主創(chuàng)新能力和核心競爭力增添底氣，為服務(wù)經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展作出積極貢獻。

　　探索：填補高電壓隔離互感器技術(shù)空白

　　計量是什么？中國電科院計量所所長趙兵這樣闡述——“計量”是實現(xiàn)單位統(tǒng)一、量值準確可靠的活動，為事物賦值并且讓這個值準確、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”就是一把計量的“標尺”，一個高電壓標準裝置，用于標定高電壓量值。

　　電壓互感器是用于測量輸電線路電壓的裝置。如果把電力系統(tǒng)比作人體的話，電壓數(shù)據(jù)就類似人體的血壓指標，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，電壓的測量值能夠為包括繼電保護、自動化、計量等在內(nèi)的不同系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)依據(jù)。以計量為例，電壓、電流與電量相關(guān)，如果電壓計量不準，就會導(dǎo)致電量不準，將會影響發(fā)、供、用三方電能貿(mào)易結(jié)算的公平公正。同時，電壓的準確性對于電力調(diào)度控制、電網(wǎng)安全運行等都具有重要的支撐保障作用。

　　20世紀90年代，我國沒有220千伏及以上標準裝置的自主研發(fā)能力，缺乏高電壓高精度測量關(guān)鍵技術(shù)，核心裝置依賴進口。當時主要采用“全絕緣電磁式電壓互感器”和“壓縮氣體電容器”建立工頻高電壓計量標準，準確度不高。我國在20世紀末開始攻關(guān)高電壓基礎(chǔ)標準裝置，并于2000年推出了500千伏高電壓標準裝置，為500千伏電網(wǎng)工程電壓測量提供了統(tǒng)一量值。

　　隨著電力技術(shù)的發(fā)展進步，結(jié)合我國經(jīng)濟社會發(fā)展需要，2006年，特高壓工程開始建設(shè)。2009年，1000千伏晉東南—南陽—荊門工程投入運行。我國交流電壓等級由超高壓提升至1000千伏，而與之匹配的計量標準裝置和標準體系還未完全建立起來。美國、日本、歐洲都沒有1000千伏電壓互感器誤差特性的檢測能力。

　　根據(jù)我國計量技術(shù)法規(guī)的規(guī)定，1000千伏國家電壓標準裝置準確度應(yīng)達到0.01%。在“一種全屏蔽高壓隔離型電壓互感器”研發(fā)之前，我國研制的1000千伏電壓標準裝置準確度為0.05%。以測量1000千伏電壓為例，0.01%的準確度代表在測量過程中允許存在100伏電壓的偏差，而當時我國標準裝置的偏差在500伏左右。

　　也是在2009年，中國電科院組建互感器技術(shù)攻關(guān)團隊，從量值復(fù)現(xiàn)和溯源技術(shù)、量值傳遞技術(shù)和標準裝置研制入手，在絕緣結(jié)構(gòu)、電磁場屏蔽效能、高精度測量方法三方面開展技術(shù)創(chuàng)新。經(jīng)過近5年的攻關(guān)，團隊研發(fā)出測量電壓互感器的“標尺”，為保障特高壓工程電壓參量測量準確、統(tǒng)一和可靠提供了關(guān)鍵基礎(chǔ)性技術(shù)。

　　這一項目不僅實現(xiàn)了“從0到1”的突破，更實現(xiàn)了“從1到N”的跨越。2016年，該項目獲國家發(fā)明專利授權(quán)；兩年后，以該專利為核心創(chuàng)新點的科技項目，獲得國家科技進步二等獎。目前，依托研究成果，中國電科院獲國家發(fā)明專利授權(quán)44項、實用新型專利43項、軟件著作權(quán)6項，編制國家標準8項、行業(yè)標準5項。

　　中國工程院院士、中國計量科學研究院電磁所研究員張鐘華認為，該裝置可有效完成現(xiàn)場校準、量值溯源、周期檢定工作，確保了國家高電壓量值的準確和統(tǒng)一，為科學研究順利開展和工程成功投運提供了技術(shù)支持與保障，技術(shù)指標達國際領(lǐng)先水平。

　　攻關(guān)：準確度從0.05%提升至0.005%

　　準確度0.005%，意味著測量1000千伏電壓的偏差僅為50伏，遠低于國家規(guī)定的100伏電壓。

　　攻堅過程有多困難？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)兼顧準確度與絕緣強度，是一個難題。

　　研發(fā)制造有多復(fù)雜？電壓互感器體積增大之后，周圍的各種參數(shù)也會變得異常復(fù)雜，運行時會導(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。

　　標準裝置要多可靠？在該專利問世之前，特高壓標準裝置尚屬世界空白，裝置自身是否準確不得而知。換句話說，中國電科院要研發(fā)一種“既能測別人也能測自己”的標準裝置。

　　“最難的就是跨電位下的精密技術(shù)。”中國電科院計量所黨委書記、項目總負責人周峰回憶，他們試過沿用傳統(tǒng)方法，針對單級互感器增加體積、減小阻抗，理論上可以減少誤差。但隨著單級互感器體積進一步增加，泄漏電流的影響會增加，無論如何都沒有辦法達到0.01%的準確度。

　　想法被否后，圍繞全新技術(shù)路線的討論展開了——

　　“能不能把單級電壓互感器變成多個電壓互感器，然后串聯(lián)起來，這樣每一個互感器的絕緣難度就降低了，也能更好地控制準確度?！薄翱墒歉鶕?jù)我們的常識性認識，單級電壓互感器如果都達不到0.01%準確度的話，串聯(lián)式的誤差可能會更大、準確度更低?！薄熬透罘e木’一樣，兩個電壓互感器串聯(lián)，上面的積木產(chǎn)生的誤差是正的，下面的積木誤差是負的。如果我們在上下積木之間插入一塊新的積木，再通過適配技術(shù)，讓上下兩個積木誤差進行互補性調(diào)節(jié)，會不會反而可以達到更高的準確度？”……

　　團隊開始攻克核心關(guān)鍵的那塊“積木”——隔離互感器。通過大量的理論計算、建立模型、仿真實驗，研發(fā)團隊找出了“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，解決了標準裝置上下兩塊“積木”絕緣問題，破解了絕緣與準確度互為約束的難題；提出基于誤差調(diào)節(jié)模型的上下級比例單元柔性適配技術(shù)，實現(xiàn)標準裝置各單元間誤差趨勢互補，準確度提升至0.005%。

　　針對電流泄漏問題，中國電科院計量所資深專家雷民解釋，多層交叉的辦法可以解決這個問題。多層交叉設(shè)置屏蔽層可以實現(xiàn)對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，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抑制到納安級，電壓互感器的屏蔽效能提升至原來的10萬倍。對于磁通泄漏，通俗來講，互感器線圈磁感線理論上分布在平滑路徑上。團隊通過計算仿真，將線圈鐵芯結(jié)構(gòu)設(shè)計為雙半圓形，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償方法，泄漏磁通量由0.5%減小到0.005%。

　　立足當下，更著眼長遠。項目團隊還建立了高電壓大電流生產(chǎn)平臺，通過該平臺可開展互感器（分壓器）裝配、焊接等系列生產(chǎn)加工工作，實現(xiàn)從基礎(chǔ)的繞線、焊接、裝配到精密的計量、測試完全自主可控。該平臺是一個具有自主知識產(chǎn)權(quán)的系列測量裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)自我溯源。

　　轉(zhuǎn)化：實現(xiàn)經(jīng)濟效益、社會效益等綜合帶動效益

　　4月25日，一臺車載一體化設(shè)備出現(xiàn)在湖北1000千伏荊門變電站檢修現(xiàn)場。中國電科院計量所現(xiàn)場技術(shù)團隊正開展電壓互感器誤差試驗工作，解決荊門在運11只電壓互感器示值不一致的問題。“基于‘一種全屏蔽高壓隔離型電壓互感器’專利技術(shù)，標準裝置與升壓設(shè)備攜帶更加便捷了，現(xiàn)場檢測效率也提高了3倍以上。”1000千伏荊門變電站副站長潘章達說。

　　專利一頭連著創(chuàng)新，一頭連著市場，是科技與經(jīng)濟結(jié)合的紐帶與橋梁。中國電科院計量所副所長殷小東介紹，2014年以來，依托該專利裝置，研發(fā)團隊先后研制了不同電壓等級的標準電壓互感器產(chǎn)品，為國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)的計量測試機構(gòu)提供實驗室最高計量標準設(shè)備，并完成我國全部特高壓變電站現(xiàn)場電壓互感器的交接試驗工作，為電力領(lǐng)域各類高電壓計量設(shè)備提供標準量值，提高了現(xiàn)場作業(yè)標準化水平和校準可靠性。

　　據(jù)統(tǒng)計，2100余套校準系統(tǒng)已在工程現(xiàn)場應(yīng)用，現(xiàn)場校準設(shè)備超過36萬臺次。同時，標準裝置還應(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項海外工程的現(xiàn)場校準，為服務(wù)“一帶一路”建設(shè)貢獻力量。不僅如此，專利技術(shù)成果還出口至德國、澳大利亞、土耳其等國家，并作為國家級計量標準裝置。數(shù)據(jù)顯示，近年來項目累計產(chǎn)生經(jīng)濟效益13.23億元。

　　從電網(wǎng)需要出發(fā)，又不止于電力系統(tǒng)，這項專利技術(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)域動力牽引系統(tǒng)提供高電壓檢測技術(shù)支撐，為軍工領(lǐng)域尖端技術(shù)研究提供精準高電壓量值。

　　依托此項目，一批以“80后”為主體的“千里馬”競相奔騰，一支素質(zhì)高、作風硬、專業(yè)強的人才隊伍加速形成。中國電科院院長趙鵬表示，在抓好關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)的同時，電科院瞄準國家科技戰(zhàn)略需求，依托重大項目加速推進青年人才培養(yǎng)，建立專家人才制度體系，健全技術(shù)人員扎根一線、崗位成才的發(fā)展機制，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)新團隊，推動創(chuàng)新成果競相涌現(xiàn)，長效釋放科研價值。

　　當前，電力系統(tǒng)源網(wǎng)荷儲都在發(fā)生深刻改變，對電壓測量的準確度、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)團隊計劃用3年時間，基于此項專利技術(shù)，建立諧波高電壓標準和低頻輸電高電壓標準，更好適應(yīng)能源清潔低碳轉(zhuǎn)型需要，為助力實現(xiàn)碳達峰碳中和目標發(fā)揮更大的支撐作用。