中國超高壓直流輸電技術:從起跑到領跑

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±500千伏龍泉換流站交流場俯瞰圖。歐陽雷 攝
±500千伏龍泉換流站交流場俯瞰圖。歐陽雷 攝
來源:人民網-湖北頻道  2021年06月29日18:32

三峽的水從湖北省西部宜昌市出發,至上海市約需16天,而三峽的水電至上海僅需0.0038秒。

將三峽水電送至上海乃至全國的技術叫作超高壓直流輸電技術,該項技術從萌芽、發展,到成熟,已有31年。宜昌是“世界水電之都”,也是中國超高壓直流輸電事業的搖籃,這其中的技能人才、管理標准、運檢經驗、直流文化在這裡孕育,湖北直流為中國直流輸電技術的發展和菁英人才的培養輸出作出了突出貢獻。

萬裡長江奔流不息,直流輸電歷久彌新。1989年我國第一個超高壓直流輸電工程——葛南直流輸電工程起步,2011年湖北第一座全國產化換流站——團林換流站建成, 2019年世界第一個超高壓柔性直流背靠背工程投產,如今湖北第一座特高壓換流站如火如荼開展帶電調試。湖北直流見証了能源互聯網從形成到不斷發展的過程,成為湖北電網三峽外送起點、西電東送通道、南北互供樞紐、全國聯網中心。沿著中國直流輸電技術發展的“腳印”,一代代湖北直流人接續奮斗,再攀高峰。

篳路藍縷 引領啟航

1983年,隨著我國第一個水利樞紐工程葛洲壩水電站機組相繼投產發電,作為跨區電網示范工程的葛南直流輸電工程開始動工興建,電網互聯從此起步逐步發展。

“相比交流輸電,直流輸電有著不可替代的優勢,比如遠距離大容量更經濟等等。”國網湖北直流運檢公司總經理唐開平回憶起1985年開始籌建葛洲壩換流站的日子,“那個時候直流輸電給人的感覺是很高大上的,能夠學習這些技術的人都是很‘牛’的!”

面對從零開始的新技術,第一代超高壓直流人苦學消化吸收國外知識、培養儲備人才。在那個年代,教材隻有一本書——浙江大學發電教研組1982年出版的《直流輸電》,站內設備全部從瑞士BBC公司(Brown Boveri)進口,設備圖紙資料均是英文。為了追趕國外同行的步伐,也為了更好地運維葛洲壩換流站,他們對著厚重的英漢詞典,一個單詞一個單詞地查,一點一滴地積累技術經驗,每天晚上都要在一起集中學習,討論圖紙、技術及運維中的難題,分析一個又一個計算機代碼。

在對葛洲壩換流站運維過程中,第一代超高壓直流人積累了許多運行、檢修和管理經驗,也發現了“洋設備”在控制保護設計、運行維護上存在的一些缺陷。三十年多來,湖北直流人發揚艱苦奮斗的精神,在不斷提升直流運維管理能力、消化吸收直流技術的同時,首次在國內組織對直流控制保護系統、換流閥核心元件可控硅、交直流濾波器等開展國產化改造可行性研究並成功應用到各換流站中,也為實現超高壓直流設備國產化及后來的特高壓工程建設培養、儲備了大量的技術人才。

如今,在全國各地的直流換流站中,都可以看到“老葛站人”和“老湖北直流人”。三十年彈指一瞬,中國直流技術發展日新月異,但始終不變的,是老一輩“直流拓荒人”的拳拳之心。

追趕超越 砥礪前行

時間進入21世紀,隨著三峽電站機組相繼投產,超高壓直流輸電迎來了發展的春天。如果將三峽電站比作一顆強勁的能源心臟,超高壓直流輸電工程就是承擔三峽清潔能源送出的主動脈。

作為直流運維實訓基地,三峽工程配套輸電工程的首座換流站——龍泉換流站參與研發了國內首個直流輸電仿真系統,近十年來,為我國直流輸電領域培養了大量的直流技術尖兵,為直流輸電技術在國內的發展奠定了堅實的技術基礎,有效促進了我國跨區大電網的形成。

現在,三峽電力共有5條專用超高壓直流輸電線路,它們的首端換流站分別是葛洲壩換流站、龍泉換流站、江陵換流站、宜都換流站、團林換流站,分別於1985年、2000年、2002年、2004年、2008年開工建設。隨著這些換流站相繼建成投產,湖北直流不斷適應電力運轉機制變革,經歷了屬地化、專業化發展,前進動力依然蓬勃強勁,越走越好、越走越穩、越走越前。

目前,湖北直流運檢公司作為湖北省電力有限公司的二級單位,正高質量管理著湖北直流運維檢修業務,逐步建立了科學、有序、高效的技術體系、管理體系、作業標准體系,總結歸納出換流站運行、檢修、試驗的規程和標准,並發展成為全國換流站通用的版本。2019年該公司用94天時間將所轄換流站42台換流變壓器套管隱患進行治理,一次局放通過送電成功﹔2020年疫情來襲,該公司構建“3+1”疫情防控體系,在全國范圍內率先實施換流站封閉值守標准化管理,確保了員工隊伍的生命健康和跨區電網的安全穩定運行。

湖北直流不斷發展,國網湖北直流運檢公司在直流領域積累發明專利6項,實用新型專利128項,軟件著作權1項,專著7本,論文65篇,制定標准15項,編撰《SHEQ管理體系》《直流運檢技術叢書》《高壓直流輸電換流閥規范》等系列叢書,這些技術儲備,凝聚著一代代直流人的集體智慧、心血與汗水。

綠色發展 能源互聯

6月28日,±420千伏宜昌換流站內,站長肖旭光正在仔細核算各項運行數據。再有2天,就是中國共產黨百年華誕,同時也是該站正式投運2周年。

宜昌換流站是渝鄂直流背靠背聯網工程北通道換流站,該工程是世界上電壓等級最高、輸送容量最大的柔性直流背靠背聯網工程。從2019年投運至今,華中電網與川渝電網共通過該工程南北通道交換電量超過201.3億千瓦時,相當於減少大氣排放二氧化碳約2006.6萬噸,為助力“碳達峰、碳中和”目標貢獻力量。

“背靠背柔性直流輸電技術對跨區電網起著很好的穩定支撐作用,可以靈活地改變電網潮流方向。原來的渝鄂輸電線路好比一條河流,電網的波動就像河中的波浪。採用柔性直流輸電、背靠背聯網技術后,如同在河中加裝了一座大壩,不僅能減少水的波動,還能根據大壩上下游需求控制水流量和方向,對整個電網是非常友好、有益的。”肖旭光介紹,不僅如此,渝鄂直流背靠背聯網工程在豐水期可擴大四川水電的外送規模,緩解四川棄水壓力﹔枯水期重慶可接受華中電網電力,大幅提高了川渝電網與華中電網間互濟能力,保障了跨區電網安全穩定。

傳統技術聯網在面對風、光、水等可再生能源接入時不太“給力”。而柔性直流輸電技術,得益於其快速靈活的可控性、高度的緊湊性以及優良的環境適應性,可以實現大規模可再生能源高效接入。

渝鄂直流背靠背聯網工程還首次應用了我國自主研制的大功率IGBT電力電子器件,並實現柔性直流輸電的系統成套、設備研制、關鍵組部件和控制保護系統的全業務環節國產化,促進柔性直流輸電全套中國解決方案的形成,以及產業全面發展、走向國際市場。

據了解,該公司大力推進數字化換流站建設,自主研發直流運檢智能管控系統,目前該系統已應用到武漢±800千伏換流站設備驗收及調試工作中,使作業流程更簡化、更標准,大大提高了工作質效。

即將全面建成投產的武漢±800千伏換流站,可為湖北帶來陝西豐富的風、光、火電能源,每年可接受電力超過400億千瓦時,將有力保障湖北中長期電力供應,優化全省能源布局,助力湖北“碳達峰、碳中和”目標實現。

截至目前,國網湖北直流運檢公司所轄7座換流站累計向華東、華中、西南、南方電網輸送電量總計超17161億千瓦時,相當於30個武漢市2020年的用電量。 (易少偉 顧建新 歐陽雷)

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(責編:周恬、張雋)