张猛,西开电气特高压开关设备研发队伍的领军人物,现任党委书记,西电集团公司高压开关产业技术负责人(特高压项目研发期间任西开电气公司技术副总经理),国务院政府特殊津贴专家,国家科学技术进步奖评审专家。
特高压到底能不能做?这个肯定的答案回答起来,有一半力量来自设备企业。张猛,这个从北戴河会议开始就深度参与特高压技术论证,继而研发特高压开关设备的技术大拿,对于这段攀登世界顶峰的日子,就只有一句话:过程挺艰苦,但是我们做出来了。
带着西安西电开关电气有限公司(以下简称西开电气)老牌顶尖国企技术骨干的自信,张猛和他所在的团队用了5年时间,站上了全球开关研发的巅峰。
从无到有
《国家电网》:您能谈谈特高压试验示范工程开关研发情况吗?
张猛:特高压是当时世界没有的。前苏联、日本、意大利这些国家的特高压项目是实验或试验性质的,设备的研究是不能够直接运用到工程项目中的。我们这个不仅仅是实验,而且是个示范性质的,以后要做大规模的推广。这个目的意义跟国外当时的研究不可同日而语。为了设备在未来能够批量应用推广,提出了很多要求,包括技术要先进,可靠性要高,同时要能够产业化。2006年,国家电网公司启动了晋东南-南阳-荆门1100千伏特高压试验示范工程,特高压电网建设拉开序幕,西开电气承担了荆门变电站1100千伏H-GIS(高压气体绝缘金属封闭开关设备)的研发和供货任务。
尽管当时西开电气已经开始自行研制1100千伏H-GIS,为了加快工期进度,并确保整体工程更高的可靠性,西开电气决定与当时世界一流的电气设备企业ABB进行合作。合作的方针是联合设计、产权共享、合作生产。
联合设计不仅仅是将国外技术引进,关键是通过技术合作,培养咱们自己的技术人员,掌握核心技术。产权共享是为了以后企业走向国际奠定基础,在国际化过程中不会因为知识产权束缚企业发展。合作生产则是为以后产业化奠定基础。现在特高压设备技术发展与当初的定位息息相关。
《国家电网》:与ABB这样特别在意知识产权的外资企业产权共享应该是一件非常困难的事情,当初西开电气是如何说服对方同意的?
张猛:合作之初我们与ABB在北京酒仙桥的总部进行了一个月的合作谈判。谈判过程是比较艰苦的,有高兴的时候也有吵架的时候。通常每天早上7点起床,8点就开始谈判,一般要到深夜11点才解散。刚开始ABB是不同意产权共享的,但是受制于国家电网公司对工程国产化率的要求和当时国家发改委能源局对试验示范工程的批文要求,也看到了西开电气为了策应谈判而独立研制出特高压开关设备的情况,综合权衡中国市场和联合技术研发后产权共享之间的利弊,ABB最后同意了产权共享的方案。
在谈判过程中,还有联合设计的费用、试验示范工程采购设备零部件价值分割两个重点问题分歧较大。在ABB看来,由于后期合作生产有部分零部件需要直接从ABB那里购买,他们需要对相关部分零部件进行调整,希望中方能够出研发费用。但是我们认为这个应该由他们负责。ABB负责谈判的人曾笑谈,如果这是免费的那是免费的,那太阳也是免费的。但最终由于特高压项目整体资金有限,这部分费用还是ABB方面负责。
还有就是关于采购设备零部价值分割问题。试验示范工程的特高压开关设备部分零部件还是买的ABB的。当时ABB专家提出价值分配明细,将他们提供的零部件列为核心部件,数量很少但价格非常昂贵,而咱们制造的零件则量大价低。双方各执一词,谈判陷入僵局。这时候,我告诉他们,中国人有个习惯,就是切蛋糕的人不能自己先拿蛋糕,不能在先给自己切个大块,然后自己拿走最大的,那样非常不合理。同理,既然由 ABB分配各个零部件的价值,又将自己负责生产的零部件分配到最大的价值。这次谈判为我们的特高压项目节约了大量的资金。
其实整个谈判是多方角力的过程。当时ABB的谈判情报工作做得非常好,包括我们的价格制定,他们都非常了解。但是谈判不仅要靠谈,更重要的是背后的实力。当时谈判最终能够成功正是因为我们国家的实力已经逐步显现,我们只是代表着我国电工电气行业站在第一线而已。
独立升级
《国家电网》:据了解,特高压开关设备在试验示范工程之后的扩建工程还有一次升级的过程,这个过程是由西开电气独立完成的,您能谈谈当时的设备研发情况吗?
张猛:随着国家后续特高压电网发展,额定电流4000安、额定短路开断电流50千安的主参数已不能满足后续工程项目的需要,急需研制额定电流6300安、额定短路开断电流63千安的大容量开关设备。
额定短路开断电流从50千安升级到63千安,按照能量计算两者之间是平方关系,相当于电弧能量大了一倍,要想顺利切断电弧,难度非常大。当时国际上还没有这么大电流开关设备成熟可借鉴的资料,所以就需要研发人员通过深入计算电弧能量成倍增加后的电场、磁场及热力场之间的相互匹配,同时计算操纵机构与内部气流的配合,相关材料的耐受等问题。能量翻倍并不能通过简单的加大设备尺寸就能够完成,而是要通过高效设计在材料能够承受的范围内设计最大效率。
鉴于试验示范工程的成功合作,当时西开电气曾经希望与ABB合作研发。但是当时ABB认为项目的技术难度很高,相当于重新设计一款产品,上亿元的研发投入在市场前景不明朗的情况下风险太大。当时由于国内常规产品正处于激烈的价格战阶段,ABB绝大部分研发精力都投入到了降本增效方面。尽管国家电网公司也派人多次动员ABB高层,但对方没有拒绝也没有响应,既不投样机也没有安排实验。另一方面,特高压试验示范扩建工程开工在即,时间不等人。当时西开电气决定立足自有技术储备,自主研制6300安,63千安大容量特高压开关设备。
《国家电网》:听说西开电气独立研发6300安,63千安大容量特高压开关设备后,和ABB之间的关系发生了一些变化,您能详细说说当时的情况吗?
张猛:一开始还没有决定独立研发的时候,为了表示合作的诚意,我们还专门把我们的设计要点发给ABB方面。当时ABB的专家给我们的回复表示这不可能做到。后来决定独立研发后我们就自己做样机并安排实验。从2008年到2009年,我们用了一年时间就生产出了样机,并在国家电网公司专家的见证下完成了全部型式试验。其中,断路器非对称条件下、满容量63千安短路电流的开断试验,系统时间常数达到120毫秒,成为国际上首次达到这一性能的特高压开关设备。63千安短路电流的关合和开断试验,设备表现出了优异的开断性能,T100、T60、T30、T10试验之间未经任何检修和调整,一气呵成,顺利通过试验。2010年9月,6300安,63千安大容量GIS设备在国家高压电气质量检验检测中心完成了全套型式试验,比原计划提前3个月。
其实,这时候ABB也开始意识到我们对这个产品研发的决心和未来的市场前景,并希望在这个项目上和我们一起研发,不过到这个时候,合作的时机已经过去了。
在后续生产过程中,由于ABB在绝缘设备上的独到经验,我们决定采购他们部分组件。这时候西开电气跟ABB的关系就发生了变化。之前是联合设计、产权共享、合作生产的合作伙伴关系,现在变成了他们按照我们的图纸给我们生产组件,变成了我们的供货商。
如今,在试验示范工程扩建工程、皖电东送工程和浙福工程中都采用了6300安,63千安大容量GIS设备。西开电气对6300安,63千安大容量GIS设备的成功研发,也带动了中国电气设备行业其他企业,可以说是从中国制造走向中国创造的转折点,我国的开关设备从此走在了世界的最前沿。
管理革新
《国家电网》:西开电气独立研发6300安,63千安大容量特高压开关设备,除了积累了大量的经验技术外,还在哪些方面获得了提升?
张猛:特高压开关设备由于它在电网中的重要作用,具有牵涉面大、影响大的特点,自然成为西开电气产品研发及国家输变电设备国产化工作的重中之重的任务,必须采取不同于一般产品研发和制造的管理机制。为此,西开电气进行了一次有效大胆的尝试,即重大产品(技术)项目管理。
西开电气组建了三级项目管理组织,即项目领导组、工作组、研发组。首先,选定优秀的设计人员作项目研发组的负责人,并赋予一定的职权。由负责人跨部门、跨专业自主选择项目研发组成员(设计人员、工艺人员、工装设计人员等),建立起完整、高效的,专业技术人员齐全的项目研发组织。其次,由西开电气管理层组建项目领导组,担负重要的管理职责,负责项目的总体协调、处理项目研发中的重大和难点工作。第三,成立项目工作组,负责日常管理工作,工作组范围涵盖财务、人力资源、制造、质量、检验等各个部门。形成以项目组为中心,以促进项目研发成功为目的,一切从项目出发,责权相结合,人人有责的项目管理机制,从而确保研发工作顺利进行。
特高压大容量开关设备研发的项目管理方式,形成了新的市场形势下重要的研发工作管理方法,在特高压大容量开关设备研发中发挥着极其重要的作用。
没有人才储备,西开电气的特高压大容量开关设备研发工作不可能取得现有的成绩,后续工作也不可能循序渐进,持久发展。西开电气一方面通过加强与高校的联系与合作,不断挑选优秀的、适合企业创新发展的人才,作为后备力量。另一方面将在职的优秀技术人员送去清华大学、西安交通大学等攻读研究生,委派技术人员到国外知名企业进行技术方面的长、短期研修,这些学成归来的技术人员已经成为产品研发的主力。另外西开电气还成立了电气、机械、仿真计算等多个方面的博士工作室,并依托西电集团设立“博士后科研工作站”等。这些科研基地的建立,为提升企业科技实力、建立健全的科技创新保障机制奠定了坚实的基础。西开电气通过人才储备战略,取得了产品研发工作的不断延续突破,为企业的产品技术提升提供优良的人才保证,就是由这些人才在特高压大容量开关设备研发工作中创造着一个又一个奇迹。从500千伏高压开关设备,到750千伏超高压开关设备,到现在的1100千伏特高压开关设备,西开电气的研发队伍一路走来,经过了重重锻炼,可以说我们对特高压开关设备的研发其实是充满自信的。
除了研发水平大幅提升,通过特高压项目产品的生产,我们的制造水平也有了很大提高。以特高压大容量开关设备研制为例,工艺人员在大罐制作之初,研究和突破了三大工艺难点。即为解决筒体翻遍难题,自行设计了大型翻边模;为防止主筒焊接时法兰变形,采用了撑圆工装;实现了埋弧焊、单面焊双面成型工艺等。这些工艺方法在样机试制中和后续批量生产中起了非常重要的作用。在充分挖潜现有工艺能力的同时,工艺人员还在充分论证制造能力后,加大了技术改造力度,用以补充和提升工艺水平,保证产品研发新的需求。为了保证特高压开关设备大型罐壳体制造,新增加投入了大型环焊缝焊机、大型纵焊缝焊机,以及其他焊接设备。为了批量生产,对壳体制造车间进行了技术改造,新增了MIG伊萨焊机,交流TIG焊机、半自动MAG焊机、铝直缝焊机、大型焊接操作机、卧式镗床、四坐标切割机、卧式大头车床、变位器、10T双梁吊车等一批设备,这些技改项目的完成,使西开电气大型罐壳体的制造水平和产能大幅提高。
《国家电网》:从最初参与论证研发到现在的批量生产特高压开关设备,这个过程给西开电气带来了什么,对我国的电气设备制造业又有怎样的意义?
张猛:特高压工程建设给中国输变电装备制造业提供了巨大的发展机遇。1100千伏,63千安,6300安大容量开关设备完成63千安型式试验后,立刻产生了巨大的社会反响,国务院国资委网站专门就此进行报道,国家电网公司网站也及时发布相关信息,其后凤凰网、搜狐网等十多家网站连续转发报道。对项目研发成功的重大作用和影响给予了积极的评价。
这类产品的成功研发使我国在国际上率先掌握了1100千伏,63千安,6300安特高压组合电器的研发、制造和试验等核心技术,保证了我国特高压试验示范工程及其后续工程的成功实施,为我国特高压电网的建设提供了关键设备,极大的提高了企业的科技实力和市场竞争力。
同时,依据该项目研发过程中积累的坚实的技术基础,西开电气参与制订了一系列特高压开关设备国家标准,目前正在参与制定特高压开关设备国际标准,为我国电力设备行业争取到了更多的国际话语权。
通过大容量特高压开关设备的研制及供货,我国开关制造业的研发能力、制造能力、试验能力、组织管理能力、国际影响力、创新能力等各个方面均有了显著提升。具备了电磁场、机械运动、灭弧室气流场及电弧特性等仿真分析能力;建成了国际一流的数字化柔性复合机加生产线、自动化绝缘件浇注生产线、大型铸件生产基地、大功率液压操动机构生产基地、特种合金触头生产基地及先进的总装试验厂房,解决了大型盆式绝缘子、大型铸造及焊接壳体、大功率液压操动机构制造等一系列技术难题,并形成了批量生产制造能力。
在特高压工程实施以后,西开累计申请专利260余项,其中发明专利40余项,获省市以上科学技术奖60余项,其中国家级科技奖4项,省部级科技奖40余项,西开电气的技术水平及制造能力得到极大的提高,增强了我国在国际同行业的影响力。美国GE公司参股中国西电(601179,股吧)电气,420千伏等开关产品通过了英国电力公司资质审核,高电压等级开关设备相继进入俄罗斯、印度、新加坡、土耳其以及中国香港等重要市场,使我国开关制造业逐渐成为引领世界开关发展的主导力量。
——专访西安西电开关电气有限公司党委书记张猛
原标题:特高压 让我们站在全球设备研发最前端