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这是中国科研人员勇于创新、勇于实践的结果

作者:365滚球 发布时间:2021-02-26 11:08 点击数:

  李立浧说的工程即乌东德电站送电广东广西特高压多端柔性直流示范工程(简称昆柳龙直流工程),它是世界上首个特高压多端混合直流工程,创造了19项世界第一——包括世界上电压等级最高、输送容量最大、输电距离最长的柔性直流工程,首个具备架空线路直流故障自清除能力的柔性直流输电工程,技术难度、工程复杂性均为当前输变电领域之最。

  南方电网公司加强科技攻关,高质量建成工程并掌握全套核心技术、形成知识产权体系。同时,积极带动国内输变电设备研发和制造升级换代,破解产业发展“卡脖子”问题,为我国抢占世界特高压多端直流、柔性直流输电技术制高点作出贡献,持续擦亮了“特高压”国家名片。

  “就像一辆新车,刚落地就开足马力连续不停跑了76天,这对设备性能的要求是非常高的。”工程柔直换流阀攻关组组长、南方电网超高压公司基建部总经理任成林介绍,工程于7月31日第一阶段投产后就连续满负荷送电76天,刷新国内新建直流工程纪录,柔直换流阀、柔直变压器、桥臂电抗器等首台(套)设备成功经受了考验。“这进一步坚定了我们继续攻坚三端投产的信心和决心。”

  信心源自于科技创新的实力。要同时在特高压、多端、柔性直流等3个世界电网技术发展最尖端、最前沿领域取得工程实践的成功,科技攻关必不可少。为此,南方电网公司组建了柔直换流阀、直流控制保护系统、柔直变压器及电抗器、直流开关与穿墙套管等4支攻关团队,推进并确定工程整体技术方案和关键技术路线。

  其中,柔性直流的“心脏”——柔直换流阀是最为关键的核心设备,承担着将特高压、远距离、大容量清洁水电转换为日常使用交流电的重任。“为了让这颗强大的‘心脏’跳动起来,我们组织南网科研院和设备厂家,围绕柔直阀功率模块高可靠性旁路技术、特高压柔直阀阀控技术、混合拓扑结构设计、国产功率器件应用等8个攻关方向开展攻关。”任成林说。

  从概念到具体方案,再从研究设计到实施,历经50多次专题技术交流会,30余次现场试验见证,8次攻关组大会,攻关团队攻克一个又一个技术堡垒,解决了特高压柔直换流阀参数确定、设计、生产、试验等40余项关键问题。特别是成功做到了不因单一模块故障影响系统稳定运行,大幅提升了系统可靠性。目前,柔直换流阀关键性能指标领先国内同行一代,该方案也将被国外同行所借鉴。

  如果说柔直换流阀是工程的“心脏”,那么特高压多端混合直流工程控制保护系统就是工程的“大脑”和“神经网络”。它功能多、系统复杂,性能要求高,对设备启停、功率升降、站间协调、执行保护等均起到关键作用。

  柔性直流与常规直流的技术特性、控制方式各不相同,工程把这两项技术叠加在一起,这在世界上没有任何先例可循。为此,攻关团队发挥各方技术优势开展联合集中攻关,给出了一套完整的技术方案,并在实际工程中应用,解决了系统制造、试验过程中遇到的47项重大技术问题,实现了特高压多端混合直流工程技术从0到1的跨越。

  针对工程多端运行的特点,在控制保护策略设计之初,团队就提出了优化工程运行方式的解决思路,借鉴公司多个直流工程的优化方案,与相关单位反复讨论,并完成了上千项试验验证,历时一年将几百种运行方式简化为108种常用运行方式,大大降低了现场的运行难度。

  更难的是解决柔性直流工程架空线路故障自清除问题。“架空线路跨越上千公里,沿途遭遇雷击、山火等自然灾害极为常见,发生故障的概率较大。”攻关团队成员、南网科研院黄伟煌博士介绍,经过多次仿真研究和样机试验,工程采用直流故障电流主动控制技术,配合“全桥+半桥”的混合拓扑结构,造价更低、损耗更小,运行可靠性更高。一旦千里之外的架空线路发生故障,控制保护系统能在百毫秒内实现自动清除——这以前教科书上都认为难以突破的技术,已在工程中变为现实。

  在高质量建成工程的基础上,南方电网公司还牵头解决“卡脖子”问题,推动柔直关键设备和器件国产化,提升我国特高压产业链的竞争力,为加快构建以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局贡献力量。

  其中,IGBT器件是柔性直流换流阀功率模块的核心器件,被称为柔性直流中的“CPU”。高电压等级的IGBT器件在产品设计、芯片制造、封装测试和产品稳定性方面难度大,目前主要被国外少数厂家垄断,价格高昂,供货周期长,是特高压柔性直流工程“卡脖子”关键器件。

  南方电网公司高度重视国产化IGBT器件的研发应用,组织国内多家柔直阀供应商、器件厂家,开展多项器件性能测试和试验,推进国产IGBT器件设计及制造工艺改进。经过一年半的艰苦努力,解决了一系列关键技术问题。目前,国产IGBT器件已在龙门换流站、柳北换流站投入使用,设备运行正常,为国产IGBT器件逐步替代进口器件打下了坚实基础。在南方电网公司正在建设的中南通道柔直背靠背工程中,该器件的使用率将达到50%,使用数量等于所有国外品牌IGBT器件的总和。

  “别小看这支穿墙套管,它是连接直流工程换流站阀厅内外部的唯一电力贯通设备,技术复杂、可靠性要求高。”工程项目部副总经理胡雨龙说:“穿墙套管制造技术长期被国外厂家垄断,不仅技术上受到严格封锁,而且技术支持滞后,采购成本居高不下,一直是我国高压直流技术的一个‘痛点’”。

  南方电网公司决心破解痛点,牵头成立国产化项目组,联合国内套管厂家和相关科研院所协同攻关、深入调研,提出了±800千伏柔性直流穿墙套管自主化关键技术研究的内容,优化了绝缘、载流、机械结构,突破柔性直流穿墙套管设计制造的关键技术。明年初,通过全套型式试验和产品鉴定后的特高压柔性直流穿墙套管将在柳北换流站挂网运行,国产替代迈出重要一步。

  “作为世界上首个特高压多端柔性直流工程,工程投产标志着我国直流输电工程技术发展史上的一个重要里程碑。”南方电网公司首席技术专家饶宏表示,这是中国科研人员勇于创新、勇于实践的结果,他们在直流输电技术领域的“无人区”奋力鏖战,把不可能变成可能。

  “工程投产实现了柔性直流技术的跨越式发展,引领世界特高压技术迈进柔性直流新时代。”攻关团队负责人、南方电网公司基建部副总经理蔡希鹏分析,我国明确要在2030年前碳达峰、2060年前碳中和,非化石能源发展迎来重大利好。“依托这项技术,未来我们可以把雅江等边陲地区庞大的清洁能源远距离输送到负荷中心地区。另一方面,还能解决大规模开发海上风电面临的送出难题,甚至催生‘海上电网’等世界电网发展新业态,助力南方电网公司建成世界上最绿色高效的现代化大电网,为贯彻落实‘四个革命,一个合作’能源安全新战略作出更大贡献。”


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