在龍門換流站的閥廳網(wǎng)架施工過程中，廣東電網(wǎng)能源發(fā)展公司首次對閥廳網(wǎng)架通過計(jì)算機(jī)仿真模擬,將重達(dá)700多噸的閥廳網(wǎng)架實(shí)現(xiàn)整體同步提升。 楊惠平 攝
柳州換流站極1低端閥廳建設(shè)現(xiàn)場。 劉志東 攝
今年12月15日，柳北換流站工作人員檢查極1高端閥廳穿墻套管六氟化硫壓力數(shù)值?！∧暇W(wǎng)傳媒全媒體記者 李志杰 攝
“這個(gè)工程形成了特高壓常規(guī)直流與柔性直流混合研究設(shè)計(jì)方案并落地，對我國乃至世界電網(wǎng)發(fā)展都具有引領(lǐng)示范作用，是世界電網(wǎng)發(fā)展史上的一座里程碑?！敝袊こ淘涸菏俊⒛戏诫娋W(wǎng)公司專家委員會主任委員李立浧表示。
昆柳龍直流工程是世界上首個(gè)特高壓多端混合直流工程，創(chuàng)造了19項(xiàng)世界第一——包括世界上電壓等級最高、輸送容量最大、輸電距離最長的柔性直流工程，首個(gè)具備架空線路直流故障自清除能力的柔性直流輸電工程等，技術(shù)難度、工程復(fù)雜性均為當(dāng)前輸變電領(lǐng)域之最。
南方電網(wǎng)公司加強(qiáng)科技攻關(guān)，高質(zhì)量建成工程并掌握全套核心技術(shù)、形成知識產(chǎn)權(quán)體系。同時(shí)，積極帶動國內(nèi)輸變電設(shè)備研發(fā)和制造升級換代，破解產(chǎn)業(yè)發(fā)展“卡脖子”問題，為我國搶占世界特高壓多端直流、柔性直流輸電技術(shù)制高點(diǎn)作出貢獻(xiàn)，持續(xù)擦亮了“特高壓”國家名片。
最為關(guān)鍵的核心設(shè)備經(jīng)受住考驗(yàn)
“就像一輛新車，剛落地就開足馬力連續(xù)不停跑了76天，這對設(shè)備性能的要求是非常高的?！惫こ倘嶂睋Q流閥攻關(guān)組組長、南方電網(wǎng)超高壓公司基建部總經(jīng)理任成林介紹，工程于7月31日第一階段投產(chǎn)后就連續(xù)滿負(fù)荷送電76天，刷新國內(nèi)新建直流工程紀(jì)錄，柔直換流閥、柔直變壓器、橋臂電抗器等首臺(套)設(shè)備成功經(jīng)受了考驗(yàn)。“這進(jìn)一步堅(jiān)定了我們繼續(xù)攻堅(jiān)三端投產(chǎn)的信心和決心?！?/p>
信心源自于科技創(chuàng)新的實(shí)力。要同時(shí)在特高壓、多端、柔性直流等3個(gè)世界電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展最尖端、最前沿領(lǐng)域取得工程實(shí)踐的成功，科技攻關(guān)必不可少。為此，南方電網(wǎng)公司組建了柔直換流閥、直流控制保護(hù)系統(tǒng)、柔直變壓器及電抗器、直流開關(guān)與穿墻套管等4支攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，推進(jìn)并確定工程整體技術(shù)方案和關(guān)鍵技術(shù)路線。
其中，柔性直流的“心臟”——柔直換流閥是最為關(guān)鍵的核心設(shè)備，承擔(dān)著將特高壓、遠(yuǎn)距離、大容量清潔水電轉(zhuǎn)換為日常使用交流電的重任?！盀榱俗屵@顆強(qiáng)大的‘心臟’跳動起來，我們組織南網(wǎng)科研院和設(shè)備廠家，圍繞柔直閥功率模塊高可靠性旁路技術(shù)、特高壓柔直閥閥控技術(shù)、混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、國產(chǎn)功率器件應(yīng)用等8個(gè)攻關(guān)方向開展攻關(guān)?！比纬闪终f。
從概念到具體方案，再從研究設(shè)計(jì)到實(shí)施，歷經(jīng)50多次專題技術(shù)交流會，30余次現(xiàn)場試驗(yàn)見證，8次攻關(guān)組大會，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)攻克一個(gè)又一個(gè)技術(shù)堡壘，解決了特高壓柔直換流閥參數(shù)確定、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、試驗(yàn)等40余項(xiàng)關(guān)鍵問題。特別是成功做到了不因單一模塊故障影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，大幅提升了系統(tǒng)可靠性。目前，柔直換流閥關(guān)鍵性能指標(biāo)領(lǐng)先國內(nèi)同行一代，該方案也將被國外同行所借鑒。
實(shí)現(xiàn)從0到1的跨越
如果說柔直換流閥是工程的“心臟”，那么特高壓多端混合直流工程控制保護(hù)系統(tǒng)就是工程的“大腦”和“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”。它功能多、系統(tǒng)復(fù)雜，性能要求高，對設(shè)備啟停、功率升降、站間協(xié)調(diào)、執(zhí)行保護(hù)等均起到關(guān)鍵作用。
柔性直流與常規(guī)直流的技術(shù)特性、控制方式各不相同，工程把這兩項(xiàng)技術(shù)疊加在一起，這在世界上沒有任何先例可循。為此，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)發(fā)揮各方技術(shù)優(yōu)勢開展聯(lián)合集中攻關(guān)，給出了一套完整的技術(shù)方案，并在實(shí)際工程中應(yīng)用，解決了系統(tǒng)制造、試驗(yàn)過程中遇到的47項(xiàng)重大技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)了特高壓多端混合直流工程技術(shù)從0到1的跨越。
針對工程多端運(yùn)行的特點(diǎn)，在控制保護(hù)策略設(shè)計(jì)之初，團(tuán)隊(duì)就提出了優(yōu)化工程運(yùn)行方式的解決思路，借鑒公司多個(gè)直流工程的優(yōu)化方案，與相關(guān)單位反復(fù)討論，并完成了上千項(xiàng)試驗(yàn)驗(yàn)證，歷時(shí)一年將幾百種運(yùn)行方式簡化為108種常用運(yùn)行方式，大大降低了現(xiàn)場的運(yùn)行難度。
更難的是解決柔性直流工程架空線路故障自清除問題?！凹芸站€路跨越上千公里，沿途遭遇雷擊、山火等自然災(zāi)害極為常見，發(fā)生故障的概率較大?！惫リP(guān)團(tuán)隊(duì)成員、南網(wǎng)科研院黃偉煌博士介紹，經(jīng)過多次仿真研究和樣機(jī)試驗(yàn)，工程采用直流故障電流主動控制技術(shù)，配合“全橋+半橋”的混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，造價(jià)更低、損耗更小，運(yùn)行可靠性更高。一旦千里之外的架空線路發(fā)生故障，控制保護(hù)系統(tǒng)能在百毫秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)自動清除——這以前教科書上都認(rèn)為難以突破的技術(shù)，已在工程中變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。
推動關(guān)鍵設(shè)備國產(chǎn)化
在高質(zhì)量建成工程的基礎(chǔ)上，南方電網(wǎng)公司還牽頭解決“卡脖子”問題，推動柔直關(guān)鍵設(shè)備和器件國產(chǎn)化，提升我國特高壓產(chǎn)業(yè)鏈的競爭力，為加快構(gòu)建以國內(nèi)大循環(huán)為主體、國內(nèi)國際雙循環(huán)相互促進(jìn)的新發(fā)展格局貢獻(xiàn)力量。
其中，IGBT器件是柔性直流換流閥功率模塊的核心器件，被稱為柔性直流中的“CPU”。高電壓等級的IGBT器件在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、芯片制造、封裝測試和產(chǎn)品穩(wěn)定性方面難度大，目前主要被國外少數(shù)廠家壟斷，價(jià)格高昂，供貨周期長，是特高壓柔性直流工程“卡脖子”關(guān)鍵器件。
南方電網(wǎng)公司高度重視國產(chǎn)化IGBT器件的研發(fā)應(yīng)用，組織國內(nèi)多家柔直閥供應(yīng)商、器件廠家，開展多項(xiàng)器件性能測試和試驗(yàn)，推進(jìn)國產(chǎn)IGBT器件設(shè)計(jì)及制造工藝改進(jìn)。經(jīng)過一年半的艱苦努力，解決了一系列關(guān)鍵技術(shù)問題。目前，國產(chǎn)IGBT器件已在龍門換流站、柳北換流站投入使用，設(shè)備運(yùn)行正常，為國產(chǎn)IGBT器件逐步替代進(jìn)口器件打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在南方電網(wǎng)公司正在建設(shè)的中南通道柔直背靠背工程中，該器件的使用率將達(dá)到50%，使用數(shù)量等于所有國外品牌IGBT器件的總和。
特高壓柔性直流穿墻套管，則是另一項(xiàng)“卡脖子”的關(guān)鍵核心設(shè)備。
“別小看這支穿墻套管，它是連接直流工程換流站閥廳內(nèi)外部的唯一電力貫通設(shè)備，技術(shù)復(fù)雜、可靠性要求高。”工程項(xiàng)目部副總經(jīng)理胡雨龍說：“穿墻套管制造技術(shù)長期被國外廠家壟斷，不僅技術(shù)上受到嚴(yán)格封鎖，而且技術(shù)支持滯后，采購成本居高不下，一直是我國高壓直流技術(shù)的一個(gè)‘痛點(diǎn)’”。
南方電網(wǎng)公司決心破解痛點(diǎn)，牽頭成立國產(chǎn)化項(xiàng)目組，聯(lián)合國內(nèi)套管廠家和相關(guān)科研院所協(xié)同攻關(guān)、深入調(diào)研，提出了±800千伏柔性直流穿墻套管自主化關(guān)鍵技術(shù)研究的內(nèi)容，優(yōu)化了絕緣、載流、機(jī)械結(jié)構(gòu)，突破柔性直流穿墻套管設(shè)計(jì)制造的關(guān)鍵技術(shù)。明年初，通過全套型式試驗(yàn)和產(chǎn)品鑒定后的特高壓柔性直流穿墻套管將在柳北換流站掛網(wǎng)運(yùn)行，國產(chǎn)替代邁出重要一步。
“作為世界上首個(gè)特高壓多端柔性直流工程，工程投產(chǎn)標(biāo)志著我國直流輸電工程技術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑。”南方電網(wǎng)公司首席技術(shù)專家饒宏表示，這是中國科研人員勇于創(chuàng)新、勇于實(shí)踐的結(jié)果，他們在直流輸電技術(shù)領(lǐng)域的“無人區(qū)”奮力鏖戰(zhàn)，把不可能變成可能。
“工程投產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了柔性直流技術(shù)的跨越式發(fā)展，引領(lǐng)世界特高壓技術(shù)邁進(jìn)柔性直流新時(shí)代?！惫リP(guān)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、南方電網(wǎng)公司基建部副總經(jīng)理蔡希鵬分析，我國明確要在2030年前碳達(dá)峰、2060年前碳中和，非化石能源發(fā)展迎來重大利好。“依托這項(xiàng)技術(shù)，未來我們可以把雅江等邊陲地區(qū)龐大的清潔能源遠(yuǎn)距離輸送到負(fù)荷中心地區(qū)。另一方面，還能解決大規(guī)模開發(fā)海上風(fēng)電面臨的送出難題，甚至催生‘海上電網(wǎng)’等世界電網(wǎng)發(fā)展新業(yè)態(tài)，助力南方電網(wǎng)公司建成世界上最綠色高效的現(xiàn)代化大電網(wǎng)，為貫徹落實(shí)‘四個(gè)革命、一個(gè)合作’能源安全新戰(zhàn)略作出更大貢獻(xiàn)?！?/p>
南網(wǎng)傳媒全媒體記者 陳細(xì)英 通訊員 王淳 辛鎮(zhèn)瀚 周慧
十九項(xiàng)世界第一
1 世界上第一個(gè)±800千伏特高壓柔性直流輸電工程
2 世界上容量最大的柔性直流輸電工程(800萬千瓦)
3 世界上容量最大的多端直流輸電工程(換流容量1600萬千瓦)
4 世界上單站容量最大的柔性直流輸電工程(500萬千瓦)，具備世界上最大的電網(wǎng)黑啟動能力
5 世界上輸電距離最長的柔性直流輸電工程(1452公里)
6 世界上第一個(gè)采用柔性直流換流站與常規(guī)直流換流站混合運(yùn)行模式的多端直流輸電工程
7 世界上第一個(gè)采用全橋+半橋混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的柔性直流工程(全橋比例70%，半橋比例30%)
8 世界上第一個(gè)高端閥組、低端閥組串聯(lián)的特高壓柔性直流輸電工程，并首次實(shí)現(xiàn)特高壓混合直流系統(tǒng)單閥組、單站在線投退
9 世界上第一個(gè)具備架空線路直流故障自清除能力的柔性直流輸電工程
10 世界上第一個(gè)具有自適應(yīng)諧振抑制功能的柔性直流輸電工程
11 世界上首次實(shí)現(xiàn)柔直換流閥單一功率模塊所有嚴(yán)重故障下均能自動安全隔離并長期可靠運(yùn)行，模塊抗浪涌電流能力達(dá)1000千安級
12 世界上第一套800千伏特高壓柔直換流閥，單極功率模塊數(shù)量最多(2592個(gè))，數(shù)據(jù)處理量最大(FPGA芯片實(shí)時(shí)處理電氣量達(dá)數(shù)百萬個(gè))
13 世界上第一套特高壓混合多端直流輸電控制保護(hù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了常規(guī)直流送端和2個(gè)柔性直流受端的協(xié)調(diào)控制
14 世界上第一臺800千伏柔性直流連接變壓器
15 世界上第一臺800千伏橋臂電抗器
16 世界上第一支800千伏柔性直流穿墻套管
17 世界上首次應(yīng)用800千伏純光學(xué)式高速電流測量裝置(采樣頻率100千赫茲)
18 世界上首次實(shí)現(xiàn)受端交流故障時(shí)，多端混合直流的無閉鎖全穿越
19 世界上跨度最大的柔性直流換流閥閥廳(長89米×寬86.5米×高43.75米)
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