中國儲能網(wǎng)訊：昆柳龍直流工程是一項具有里程碑意義的國家重點工程，對于我國能源結構優(yōu)化、區(qū)域協(xié)調發(fā)展和電力技術水平提升具有重大意義。
烏東德電站送電廣東廣西特高壓多端直流示范工程是國家“十三五”規(guī)劃的跨省區(qū)輸電重點示范工程，同時也是世界上首次采用±800千伏特高壓三端混合直流輸電技術的工程。工程送電規(guī)模800萬千瓦，全長1452千米的直流線路途經(jīng)云南、貴州、廣西、廣東。工程集特高壓多端直流、特高壓大容量柔直、特高壓混合直流、特高壓柔直應用于長距離架空線路等最復雜最前沿的電網(wǎng)技術于一體，需要在新設備、控制保護策略等方面實現(xiàn)多項技術突破，設備研發(fā)和工程建設面臨著巨大的挑戰(zhàn)。
創(chuàng)新引領 搶占直流輸電技術“制高點”
在國際上，特高壓柔性直流輸電技術是個完全空白的領域，沒有成熟的經(jīng)驗可供借鑒。中國工程院院士、南方電網(wǎng)公司專家委員會名譽主任委員李立浧表示，真正的核心技術要不來、買不來、討不來。我們必須去闖這個“無人區(qū)”，盡好我們這一代的使命，把中國的能源發(fā)展好，為國家爭一口氣。
2018年12月，昆柳龍直流工程開工建設。工程建設伊始，南方電網(wǎng)超高壓公司集中優(yōu)勢技術資源，抽選60多名技術骨干組成了柔直換流閥、直流控保系統(tǒng)、柔直變壓器及電抗器、直流開關與穿墻套管四支攻關團隊，并以此為基礎，在主設備定標后牽頭整合國內相關科研院所和設備廠家骨干力量，擴充成立了四支關鍵設備聯(lián)合攻關的“超級團隊”，圍繞特高壓多端直流、大容量柔性直流、IGBT元器件等關鍵設備和核心技術全力開展攻堅。
“雖然任務很艱巨，但我們有信心。”作為工程系統(tǒng)集成與控制保護攻關團隊組長、時任南方電網(wǎng)超高壓公司計劃部總經(jīng)理的胡蓉說，“關鍵技術的突破不僅關系到推進工程進度，更重要的是把核心技術掌握在自己手中，提升國際話語權和影響力。”
“超級團隊”不畏艱難，高速“超車”，兩年左右的時間里取得了多項重大突破：攻克換流閥黑模塊可靠旁路技術、拓撲結構優(yōu)化實現(xiàn)柔性直流遠距離輸電、首次實現(xiàn)特高壓柔直功率器件國產化、首次全面梳理特高壓多端混合直流運行方式，攻克世界電壓最高容量最大橋臂電抗器的設計研發(fā)制造難題、國際上首次完成HSS開關直流燃弧試驗、首次啟動柔直800千伏穿墻套管國產化研制……在解決世界技術難題的同時，推動了我國電力裝備技術水平的提升，在電力工程建設史上豎起一座“新峰”。
破解難題 攻克特高壓多端柔直技術“關鍵點”
昆柳龍直流工程共有三個站點，送端昆北換流站采用常規(guī)直流送電，兩個受端換流站采用柔性直流輸電。應用在受端站點的特高壓柔性直流換流閥是柔性直流輸電的關鍵設備之一，這種設備在電力工程中被稱為換流站的“心臟”。
以往的柔性直流輸電，最高電壓僅達到±500千伏，而昆柳龍直流工程的電壓達到±800千伏，需要有個超級大“心臟”，才能承擔特高壓、遠距離、大容量輸電的重任。
如何讓這顆國產的“心臟”動起來，這是擺在攻關團隊面前一個世界級難題。工程柔直換流閥攻關團隊組長、時任南方電網(wǎng)超高壓公司基建部主任任成林介紹，他們自主研究新的柔直換流閥拓撲，研發(fā)新型電力電子器件，取得了多項原創(chuàng)性成果，獲得了21項核心知識產權專利，實現(xiàn)了“單一模塊故障不導致系統(tǒng)跳閘”的攻關技術目標。
“從概念到具體方案，從研究設計到實施，我們先后組織召開了50多次專題技術交流會，30余次現(xiàn)場試驗見證，解決了特高壓柔直閥參數(shù)確定、設計、生產、試驗等40余項關鍵問題?！比纬闪终f，昆柳龍直流工程柔直換流閥技術指標優(yōu)異，一些先進技術還被國外廠家借鑒。
如果說柔直換流閥是工程的“心臟”，那么另一項關鍵核心技術，即多端直流工程控制保護系統(tǒng)就相當于“大腦”，控制保護系統(tǒng)對設備的啟停、功率升降、執(zhí)行保護等起到非常關鍵的作用，這又是工程建設者們必須要邁過的“一道坎”。
攻關團隊通過多輪深入討論分析和試驗驗證，實現(xiàn)了全面突破，解決了三端混合協(xié)調控制等46項關鍵技術問題和956個一般性策略，為后續(xù)工程的穩(wěn)定運行提供了有力支撐。
依托工程 讓技術“痛點”變?yōu)椤巴黄泣c”
直流系統(tǒng)最關鍵的核心設備柔性直流換流閥，其中的IGBT器件，被稱為電力電子裝置的“CPU”。
時任昆柳龍直流工程調試總指揮、南方電網(wǎng)超高壓公司昆柳龍項目部副總經(jīng)理介紹，由于IGBT產品設計、芯片制造、封裝測試及產品穩(wěn)定性方面難度大，這種器件占柔直換流閥價格40%左右，3300伏以上高電壓等級的IGBT主要由少數(shù)國外廠家壟斷，價格高昂，而且由于廠家生產能力限制，供貨進度也難以有效保證。
攻關團隊組織國內廠家在國產器件應用方面開展了多項聯(lián)合試驗和性能測試，推進國產IGBT器件設計及制造工藝改進，解決了多項關鍵技術問題，實現(xiàn)了多項“世界首次”的技術突破，為國產IGBT器件逐步替代進口器件打下了堅實的基礎。
昆柳龍直流工程輸電量相當于4.5個黃河小浪底工程，是廣東好幾個地市一年的用電量的總和。這么重大的工程如果發(fā)生故障，經(jīng)濟損失不可估量。因此，昆柳龍直流工程新設備要連過三關：研制關、現(xiàn)場調試關以及高電壓、大電流下的長期嚴苛考驗關，以確保設備技術先進、質量可靠。
胡雨龍說：“整個調試過程順利，特高壓柔直換流閥、混合多端控保系統(tǒng)、HSS高速開關、純光測量裝置、啟動電阻、柔直變壓器等眾多世界‘首臺套’設備帶電運行正常！”
攻堅克難 把工程“難點”轉為“亮點”
昆柳龍直流工程建設面臨工期緊、任務重、建設難度大、外部協(xié)調復雜等困難和挑戰(zhàn)。針對工程建設中的難題，南方電網(wǎng)超高壓公司嚴格做好工程安全、質量、進度管控。
在受端龍門換流站和柳州換流站，昆柳龍直流工程首次使用大跨度特高壓柔直閥廳。工程單個閥廳面積達到5514平方米，屋蓋網(wǎng)架總面積達52000平方米，提升高度22.8米，提升總重量達到506噸，這又是創(chuàng)造一項電力工程建設的新紀錄。
“相當于把13個標準籃球場的鋼結構網(wǎng)架提升到7層樓的高度?！睍r任昆柳龍直流工程項目質量安全總監(jiān)付詩禧說，他們經(jīng)過充分調研、反復技術論證，最后采取網(wǎng)架地面拼裝后再利用“超大型構件液壓同步提升技術”將其整體提升到位，不僅大大降低了施工難度和風險，也提高了安裝效率與質量。這在電力建設史上尚屬于首次，具有重要的示范意義。
柔直換流閥作為換流站的“心臟”，設備安裝標準也非常嚴苛。為了保障柔直換流閥安裝環(huán)境的高潔凈度要求，攻關團隊創(chuàng)新采用閥廳六級防塵措施，將閥廳微塵成功控制在微米級，確保閥廳的潔凈才能保證“心臟”強健有力的搏動。
2020年12月27日，經(jīng)過上萬名建設者近兩年堅持不懈的努力，工程提前半年實現(xiàn)了投運。昆柳龍直流工程創(chuàng)造了19項世界第一，依托工程申請發(fā)明專利108件，牽頭編制國際標準、國家標準、行業(yè)標準、企業(yè)標準共計51項，在世界上率先建立并掌握系統(tǒng)全面的特高壓多端混合柔性直流技術知識產權體系。
時任南方電網(wǎng)超高壓公司副總經(jīng)理李慶江說：“我們在工程建設中以主動科研攻關來保障工程質量、掌握核心技術、提升技術影響力和促進人才培養(yǎng)。工程建設中把攻堅作為檢驗初心使命、體現(xiàn)責任擔當?shù)闹匾獞?zhàn)場，順利實現(xiàn)了工程建設目標，形成了我們‘胸懷大局、迎難而上、自立自強、勇攀高峰’的昆柳龍精神品質?！?
本文刊載于《當代電力文化》2024年第9期，作者單位：中國南方電網(wǎng)有限責任公司超高壓輸電公司
