昆柳龙直流工程多项技术突破 南方电网19个方面世界领先

2020-12-04

在中国南方电网有限责任公司的发展历史中,从不缺“第一”和“之最”,“我们干的就是第一的活儿”,南网人的豪迈溢于言表。在其众多项目中有一项工程被称为“南网一号工程”,在19个方面达到世界领先,这就是乌东德电站送电广东广西特高压多端直流示范工程(简称:昆柳龙直流工程)。

由南方电网投资建设的国家西电东送重点工程——昆柳龙直流工程,是目前世界上第一条±800千伏特高压多端混合直流输电“高速路”。工程总投资约242.5亿元,输送容量800万千瓦,横跨云南、贵州、广西、广东四省(自治区),全长1452公里。

此项工程有许多标签,南方电网公司成立以来技术挑战最多、攻关难度最大、预期成果最多、示范意义最大的工程项目。高质量建成昆柳龙直流工程并掌握全套核心技术、形成知识产权体系,不仅有助于我国占领特高压多端直流、柔性直流输电技术的制高点,而且将进一步提升我国特高压柔直装备制造业总体水平和竞争力,以实际行动落实党中央的决策部署和能源战略。

“强大心脏”“智慧大脑”

特高压多端柔直技术取得新突破

柔直昆柳龙直流工程受端两个换流站均采用柔性直流输电,柔直换流阀是柔性直流输电的关键设备之一,对于工程的重要性类似于心脏之于人体。

在昆柳龙直流工程之前,世界上的柔性直流工程最高电压仅达到±500千伏。将电压提高到±800千伏特高压等级,意味着这个超级强大的“心脏”将要承担特高压、远距离、大容量清洁水电转换为日常使用的交流电重任。

新技术和新设备在工程中的应用,需要面对更多的挑战。为了让这颗强大的“心脏”跳动起来,柔直换流阀攻关团队组织国内相关科研院所及设备厂家,围绕柔直阀功率模块高可靠保护技术、提高柔直阀和阀控可靠性、特高压柔直阀阀控技术、国产功率器件应用等8个攻关方向开展攻关。

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,特高压柔直阀参数确定、设计、生产、试验等40余项关键问题终于被解决。由于昆柳龙直流工程柔直换流阀技术指标优势明显,居柔性直流工程行业前列,一些先进技术不仅应用于即将建设的海上柔直项目,还将被国外厂家所借鉴。

如果说柔直换流阀是工程的“心脏”,那么多端混合直流工程控制保护系统就是工程“大脑”。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。

作为世界上首个特高压多端混合直流工程,昆柳龙直流工程控制保护系统研发实现了从0到1的跨越。柔性直流与常规直流的技术特性、控制方式各不相同,南方电网公司在世界上首次提出混合直流输电系统,把这两项技术叠加在一起。此举在世界上尚无任何工程经验可循。

系统集成与控制保护攻关团队成员从2018年开始长期驻厂,先后开展11轮次集中攻关,重点攻克系统运行方式优化、柔直阀组控制与阀控时序配合、HSS保护配置等技术难题。

“针对试验中发现的问题,特别是46项重大技术问题,攻关团队通过多轮深入讨论分析和试验验证,实现了全面突破,解决了三端混合协调控制等46项关键技术问题和956个一般性策略,为后续工程的稳定运行提供了有力支撑。” 南方电网超高压公司计划发展部总经理、系统集成与控制保护攻关组组长胡蓉说。

更难的挑战,是如何解决柔性直流工程架空线路故障自清除难题。之前,这是仅在教科书上出现过的案例。昆柳龙直流工程技术攻关团队经过多次讨论,最终确定采用“全桥+半桥”混合桥结构。这一技术减少了直流断路器等复杂昂贵设备,造价低、损耗小,可靠性更高,成功的实践使昆柳龙直流工程成为世界首个实现架空线路故障自清除及再启动的柔性直流输电工程。

国产设备 核心技术

实现世界首次常规直流与柔性直流握手

在保证设备质量可靠、保障工程优质投产的基础上,南方电网超高压公司积极推动柔直关键设备和器件国产化。直流系统最关键的核心设备柔性直流换流阀,其中的IGBT器件,被称为核心中的“CPU”。

“IGBT器件目前被国外少数厂家垄断,价格高、供货周期长,是柔直工程‘卡脖子’器件。”南方电网超高压公司乌东德直流项目部副总经理兼柔直阀攻关组副组长胡雨龙表示。

攻关团队组织国内厂家在国产器件应用方面开展了多项联合试验和性能测试,推进国产IGBT器件设计及制造工艺改进,解决了多项关键技术问题。目前国产器件功率模块已在昆柳龙直流工程龙门换流站、柳北换流站投入批量运行,为国产IGBT器件的发展打下了坚实的基础。

高压直流穿墙套管,是直流工程另一个关键核心设备。穿墙套管技术复杂度高、可靠性要求高,制造技术长期被国外厂家垄断,不仅技术上受到封锁,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”。

针对这个痛点问题,南方电网超高压公司组建了国产化项目组,联合国内套管厂家和相关科研院所协同攻关,对国内主流套管厂家设计和制造技术进行了深入调研。确定试制可用于昆柳龙工程柳北换流站、龙门换流站的全国产化柔性特高压直流穿墙套管的研发目标之后,通过全套型式试验和产品鉴定后将在柳北换流站挂网运行。

在充分吸收以往特高压直流工程、柔直工程调试经验基础上编制调试方案,南方电网公司组成一次设备、二次设备、系统运行、工程建设4个专业审核组进行审核并最终确定调试方案。在龙门站站系统调试阶段,2020年6月1日开展的柔直换流阀直流侧短接充电试验和6月4日开展柔直换流阀OLT直流出负压试验均为世界首次。7月2日,昆北换流站至龙门换流站极2低端成功解锁,这实现了世界首次常规直流与柔性直流的握手;随后的7月11日,昆北换流站至龙门换流站极2低端调试项目全部完成,标志着昆柳龙直流工程科技攻关中主要成果得到了充分验证并成功应用,且调试中所有直流解锁、主设备充电均一次成功!11月24日,昆北换流站到龙门换流站极2高低端换流器成功解锁,标志着特高压进入柔性直流新时代,这也是世界上首次运用特高压混合直流和特高压柔性直流输电技术实现远距离送电。

调试的顺利开展不仅得益于主设备技术攻关工作,也得益于南方电网超高压公司的设备质量管控和品控方面开展的大量工作。在总结以往直流工程经验的基础上,昆柳龙直流工程突出抓好设备品控,实施“六个专项行动”,切实提升工程质量整体水平,目前已完成工程25019台(套)设备的全过程管控,出厂试验一次性通过率为99.95%。

虽然我国在柔性直流输电领域起步较晚,但拥有自主知识产权的核心技术以及成套能力正迅速追上。“作为世界第一个特高压多端混合直流工程,昆柳龙直流工程将直接推动我国电力技术和产业链抢占世界制高点。”南方电网超高压公司一级职员、党委委员、副总经理李庆江说。这意味着,中国在柔性直流输电领域正在由跟随变为领跑,中国电力人正在对世界电力技术发展作着巨大贡献。

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来源:东方头条