晶闸管的发展现状和6英寸晶闸管的开发

    问：晶闸管在直流输电中起什么作用？

　　答：晶闸管是构成换流阀的基本元件。一个换流阀由数十或数百只晶闸管构成。由于换流阀是直流输电工程的心脏，直接决定直流工程的最大通流能力和运行电压。因此单只晶闸管的容量直接影响换流阀的性能。晶闸管不仅具有反向阻断电流能力，并且在受触发开通之前具有正向阻断电流的能力。同时，给晶闸管控制极通以很小的电流，就能使它在较低的正向电压下开通，并在阴极－阳极间通过很大的电流。因此晶闸管的作用就是赋予换流阀实现交直流转换的功能。

　　问：直流输电用晶闸管经历了哪些发展过程？

　　答：自从在1967年用2英寸晶闸管阀代替汞弧阀之后，每一次晶闸管面积的扩大，都带来了输送容量提高、损耗降低、阀结构简化、可靠性提高的优越性。因此随着直流输电容量不断增大和电力电子技术的进步，直流输电用晶闸管从最初的2英寸发展到现在的6英寸。

　　上世纪80年代我国自行建设的舟山和嵊泗高压直流输电工程采用2英寸的晶闸管，80年代末建成的葛南超高压直流工程采用3英寸晶闸管，90年代建成的天广工程采用4英寸晶闸管。21世纪初建成投产的首条300万千瓦三常直流输电工程开始采用5英寸晶闸管。世界上采用过6英寸晶闸管的只有日本。2000年投运的Kii水道直流工程采用了6英寸晶闸管。

　　问：直流输电晶闸管与其他工业用晶闸管有何区别？

　　答：直流输电换流阀是由多个晶闸管串联而成的。它与一般工业用晶闸管的要求不同，有两个最显著的技术特点：第一，要求一个换流阀臂上的器件几乎要同时开通和同时关断，因此对每个器件参数的一致性要求很高；第二，换流阀一般处于长期运行状态，对每个器件的长期可靠性要求很高。为此，直流输电换流阀用晶闸管的制造工艺必须保证直流输电用晶闸管的苛刻参数，要求一致性好、可靠性高，制造工艺稳定，工艺设备的自动化程度要求非常高，从而大大避免人为操作失误。同时，测试和试验条件也非常严格，这样才能保证元件的高质量。

　　问：为什么要开发6英寸晶闸管？

　　答：研究和开发6英寸晶闸管对±800千伏、600万千瓦等级的直流输电的技术经济性能影响重大。6英寸晶闸管可以提供更高的短路电流能力，有利于直流系统的优化设计；具有更大的过负荷能力，具有适当的安全裕度，有利于提高直流系统的动态性能和多条直流并联运行的稳定性、可靠性和安全性；减少晶闸管的数量、简化阀结构，有利于提高抗震能力；降低阀的损耗，而且提供更大的散热面积，有利于冷却系统的设计。

　　中国在过去直流工程建设中，每个工程都进行了适当的技术引进工作。到目前为止，中国已经建立了比较完整的常规直流输电设备的制造基础和体系，直流国产化的进步和成绩要明显优于印度和巴西。实现了以部分市场换取直流输电技术的战略目标。随着特高压直流输电的建设，中国电工制造行业获得了技术超越的机会。如果能抓住机遇，依靠政府的支持，以中国的市场为依托，通过集成创新与引进技术消化吸收后再创新相结合，抓紧进行6英寸晶闸管的研究和开发，在我国建立6英寸晶闸管生产线，则可以在这一重要技术领域实现重点跨越，占领技术制高点。这对中国电力工业、电工装备工业未来的发展有重要意义；对增加中国在世界的影响将有重要意义。

　　问：日本为什么开发6英寸晶闸管，该生产线现状如何？

　　答：日本上个世纪90年代曾经为Kii水道直流工程生产过6英寸晶闸管。虽然该工程设计电流只为2800安培，但通过对5英寸、6英寸、7英寸三种晶闸管进行技术经济比较后，认为6英寸晶闸管是最佳方案。该工程从2000年投运以来状态良好。但是由于没有市场支持，该生产线已经改为他用。

　　问：研发6英寸晶闸管的目标有哪些？

　　答：通过研发6英寸晶闸管主要实现以下三个目标：1.研发出6英寸直流输电用晶闸管全套设计技术、工艺制造技术、试验与测试技术，建立产品的可靠性保证体系；2.建立完善的封装测试和试验手段；3.拥有自主的知识产权。

　　问：研发6英寸晶闸管需要做哪些工作？

　　答：研发6英寸晶闸管需要做以下3方面的工作：1. 设计器件所需各种材料参数、部件加工和试验条件（包括硅片、管壳、钼片等），这些新的部件必须全部经过研制、试验和认证；2. 通过试验调整和优化各工艺参数，工艺流程并经过型式试验认证；3. 重新研制新的封装试验设备和全套测试设备来试验和测试新的器件。

　　问：开发6英寸晶闸管的市场前景怎样？

　　答：在我国近年兴建的±500千伏、3000安培、300万千瓦常规直流工程中，都是采用基于5英寸晶闸管的换流阀。

　　随着社会的发展和环境的变化，能源基地的集约化开发、大规模远距离输送已经成为当前电力生产和消费的最主要模式。我国仅长江上游的水电基地可开发装机容量就达9000万千瓦。列入开发计划达7000万千瓦，开发工作已全面展开。而这些电力的主要消纳地为华东和华中地区。经过反复论证和滚动规划，考虑系统强度、走廊约束、技术发展等边界条件，国内相关部门已经向国家提出金沙江、溪落渡一期工程采用3回±800千伏、4000安培、640万千瓦特高压直流输电工程外送的建议。正如我们在三峡工程中所建设的±500千伏、300万千瓦直流工程一样，一期直流方案将在国内形成一个标准的电压等级和规模，对大规模的应用有极大的经济意义和工程价值。

　　从国际上看，在巴西亚马逊河盆地、非洲刚果河流域、印度东部等将陆续出现大规模的能源基地，这些能源基地距离负荷中心一般都超过1500公里，都在积极论证采用±800千伏、输送容量为600万千瓦的直流输电方式。发展更大规模的直流输电技术在世界范围内有巨大的应用空间和市场。