《電子技術(shù)應(yīng)用》
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特高壓:打造電力輸送“超級(jí)動(dòng)脈” “傳奇”還將繼續(xù)

2018-09-30

  中國(guó)特高壓輸電技術(shù)的出現(xiàn),使“煤從空中走,、電送全中國(guó)”成為現(xiàn)實(shí),,使“以電代煤、以電代油,、電從遠(yuǎn)方來(lái),、來(lái)的是清潔電”成為中國(guó)能源和電力發(fā)展的新常態(tài),為構(gòu)建“全球能源互聯(lián)網(wǎng)”,、落實(shí)國(guó)家“一帶一路”發(fā)展戰(zhàn)略提供了強(qiáng)大基礎(chǔ)支撐——

  特高壓:打造電力輸送“超級(jí)動(dòng)脈”

  特殊的時(shí)間點(diǎn),,標(biāo)識(shí)著世界電力工業(yè)發(fā)展史上的重要里程碑。電壓等級(jí)的每一次躍升,,見(jiàn)證電網(wǎng)發(fā)展百余年光輝歷程,。

  1891年,世界上第一條高壓輸電線路誕生,,它的電壓只有13.8千伏,;

  1935年,美國(guó)將220千伏電壓提高到275千伏,,人類(lèi)社會(huì)第一次出現(xiàn)了超高壓線路,;

  1959年,前蘇聯(lián)建成世界上第一條500千伏輸電線路,,這是人類(lèi)利用電能水平的一次大跨越,;

  20世紀(jì)70年代起,美國(guó),、前蘇聯(lián),、日本等國(guó)家開(kāi)始研究特高壓輸電技術(shù),前蘇聯(lián)還建成了一段1150千伏的特高壓試驗(yàn)線路,;

  2009年,,世界上第一條1000千伏晉東南-南陽(yáng)-荊門(mén)特高壓交流試驗(yàn)示范工程投入商業(yè)運(yùn)行,。這次領(lǐng)先世界的是中國(guó)!

  截至目前,,我國(guó)已累計(jì)建成20多項(xiàng)特高壓工程,,單回輸電能力最高達(dá)1000萬(wàn)千瓦,輸送距離達(dá)2400公里,,刷新世界電網(wǎng)技術(shù)新紀(jì)錄,。20180930_085045_000.jpg

  ±800千伏上海廟—山東、±800千伏晉北—南京特高壓輸電線路跨越黃河(徐可 攝)

  “我國(guó)成為世界首個(gè),,也是唯一一個(gè)成功掌握并實(shí)際應(yīng)用特高壓這項(xiàng)尖端技術(shù)的國(guó)家,,不僅全面突破了特高壓技術(shù),率先建立了完整的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系,,而且自主研制成功了全套特高壓設(shè)備,,實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展?!?a class="innerlink" href="http://forexkbc.com/tags/國(guó)家電網(wǎng)" title="國(guó)家電網(wǎng)" target="_blank">國(guó)家電網(wǎng)公司黨組書(shū)記,、董事長(zhǎng)舒印彪說(shuō)。

  “電從遠(yuǎn)方來(lái),,來(lái)的是清潔電”

  ——特高壓破解我國(guó)能源資源與電力負(fù)荷分布極不平衡的現(xiàn)實(shí)難題

  打開(kāi)中國(guó)地圖,,不難發(fā)現(xiàn),能源資源與生產(chǎn)力布局呈逆向分布,,是我們國(guó)家的一大現(xiàn)實(shí)國(guó)情,。

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  我國(guó)能源資源與電力負(fù)荷分布極不平衡

  “80%以上的能源資源分布在西部、北部,,70%以上的電力消費(fèi)集中在東部,、中部。在一段時(shí)期內(nèi),,這就存在‘冰火兩重天’的局面:一頭是中西部資源大省有電送不出,、白白浪費(fèi)掉,另一頭是東中部經(jīng)濟(jì)大省電不夠用,?!眹?guó)家電網(wǎng)公司副總工程師、中國(guó)科學(xué)院院士陳維江向我們介紹,。

  據(jù)測(cè)算,,有多達(dá)2.7億千瓦電力需要跨越2000多公里輸送至電力負(fù)荷中心,而已有500千伏輸電技術(shù)面臨輸電能力不足,、損耗高,、走廊資源稀缺等一系列突出問(wèn)題,無(wú)法滿足高效送出的要求,。

  基于這個(gè)國(guó)情,,發(fā)展特高壓這一更先進(jìn)的輸電技術(shù)成為破解難題的必由之路,。

  早在2004年,國(guó)家電網(wǎng)公司就聯(lián)合科研院所,、高校,、設(shè)備制造等160多家單位協(xié)同攻關(guān),開(kāi)展309項(xiàng)重大關(guān)鍵技術(shù)研究,,連續(xù)攻克了特高電壓,、特大電流下的絕緣特性、電磁環(huán)境,、設(shè)備研制、試驗(yàn)技術(shù)等世界級(jí)難題,,成功研制世界上通流能力最大的6英寸晶閘管,、換流閥、變壓器等一批國(guó)際領(lǐng)先的電工裝備,,在世界上率先掌握了特高壓大容量輸電系統(tǒng)集成,、大電網(wǎng)運(yùn)行控制等技術(shù),研制成功了全套特高壓設(shè)備,,建立起完整的特高壓輸電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系,。

  那么,研發(fā)出來(lái)的特高壓輸電技術(shù),,“特”在哪兒呢,?

  在采訪中,國(guó)家電網(wǎng)公司專(zhuān)家解答說(shuō):輸電網(wǎng)電壓等級(jí)一般分為高壓,、超高壓(直流±500千伏,、±600千伏等,交流330千伏-1000千伏),、特高壓(直流±800千伏及以上,、交流1000千伏及以上)。電壓越高,,輸電效率就越高,。特高壓的“特”就特在輸出的電壓特高、輸送的容量特大,、傳輸?shù)木嚯x特遠(yuǎn),。

  “與傳統(tǒng)輸電技術(shù)相比,特高壓輸電技術(shù)的輸送容量最高提升3倍,,輸送距離最高提升2.5倍,,輸電損耗可降低45%,單位容量線路走廊寬度減小30%,,單位容量造價(jià)降低28%,??梢愿踩⒏咝?、更環(huán)保地配置能源,。”中國(guó)電科院高電壓研究所所長(zhǎng)李鵬說(shuō),。

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  空中俯瞰錫盟-泰州±800千伏特高壓輸變電工程泰州換流站(湯德宏 攝)

  另一個(gè)大家經(jīng)常問(wèn)到的問(wèn)題是,,特高壓交流輸電技術(shù)和特高壓直流輸電技術(shù)有什么不一樣?

  “特高壓直流好比直達(dá)航班,、一飛到底,,中途不能‘停’,,而特高壓交流則是高速公路,,既能快速到達(dá)目的地,在中途也有出口,、能‘?!薄?zhuān)家解答,,交流與直流從來(lái)都是配合使用,、相互補(bǔ)充的。交流輸電具有輸電和組網(wǎng)雙重功能,,電力的接入,、傳輸和消納十分靈活。直流輸電只具有輸電功能,,不能形成網(wǎng)絡(luò),,主要以中間落點(diǎn)的兩端工程為主,可點(diǎn)對(duì)點(diǎn),、大功率,、遠(yuǎn)距離直接將電力送往負(fù)荷中心。

  2008年底,,1000千伏晉東南-南陽(yáng)-荊門(mén)特高壓交流試驗(yàn)示范工程建成,,并于次年1月6日投入商業(yè)運(yùn)行。這是世界上首個(gè)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)行的特高壓輸電線路,。

  2010年7月8日,,向家壩-上海±800千伏特高壓直流輸電示范工程投入運(yùn)行,,標(biāo)志著國(guó)家電網(wǎng)全面進(jìn)入特高壓交直流混合電網(wǎng)時(shí)代,。

  兩條特高壓工程線路投運(yùn)以來(lái)一直保持穩(wěn)定運(yùn)行,全面驗(yàn)證了特高壓輸電的技術(shù)可行性,、設(shè)備可靠性,、系統(tǒng)安全性和環(huán)境友好性,。

  國(guó)家對(duì)工程作出了高度評(píng)價(jià)?!疤馗邏航涣鬏旊婈P(guān)鍵技術(shù),、成套設(shè)計(jì)及工程應(yīng)用”和“特高壓±800千伏直流輸電工程”分別摘得2012年度和2017年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)。

  “榮獲兩個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng),,是鼓勵(lì)更是激勵(lì),。”舒印彪表示,,發(fā)展特高壓輸電技術(shù)是21世紀(jì)以來(lái)我國(guó)電力工業(yè)最艱難,、最成功的創(chuàng)新實(shí)踐之一,扭轉(zhuǎn)了我國(guó)電力工業(yè)長(zhǎng)期跟隨西方發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展的被動(dòng)局面,,成為又一張亮麗的“中國(guó)名片”,。

  “世界上唯一將特高壓輸電項(xiàng)目投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)的國(guó)家”

  ——搶占世界電網(wǎng)科技制高點(diǎn),帶來(lái)經(jīng)濟(jì),、環(huán)境、社會(huì)等多重效益

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  全球首條特高壓長(zhǎng)江綜合管廊在江蘇南通貫通

  8月21日9時(shí)許,,長(zhǎng)江北岸,,江蘇南通,巨大的“卓越號(hào)”盾構(gòu)機(jī)翻卷著泥漿駛出過(guò)江隧道,。這一刻,,1000千伏淮南—南京—上海交流特高壓輸變電工程蘇通GIL(氣體絕緣輸電線路)綜合管廊隧道工程貫通。這也是特高壓工程首次穿越長(zhǎng)江隧道,。

  自晉東南-南陽(yáng)-荊門(mén),、向家壩-上海兩條特高壓示范工程投入運(yùn)營(yíng)以來(lái),特高壓建設(shè)駛?cè)肟燔?chē)道,,一項(xiàng)項(xiàng)特高壓工程猶如巨龍縱橫東西南北,。“運(yùn)行電壓最高,、輸送能力最強(qiáng),、技術(shù)水平最高”的指標(biāo)一次次被刷新:

  2012年12月,錦屏—蘇南±800千伏特高壓直流輸電工程投入運(yùn)營(yíng),;

  2016年7月,,錫盟—山東1000千伏特高壓交流輸電工程投入運(yùn)營(yíng);

  2017年9月,,錫盟—泰州±800千伏特高壓直流輸電工程投入運(yùn)營(yíng),;

  2018年5月31日,總長(zhǎng)3000多公里的新疆昌吉至安徽古泉±1100千伏特高壓直流工程全線貫通,。整個(gè)項(xiàng)目建成后,,將是世界上電壓等級(jí)最高,、輸送容量最大、輸送距離最遠(yuǎn),、技術(shù)水平最先進(jìn)的特高壓輸電工程,。

  ……

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  國(guó)家電網(wǎng)公司在運(yùn)在建23項(xiàng)特高壓工程,線路長(zhǎng)度達(dá)3.3萬(wàn)公里

  目前,,我國(guó)是世界上唯一一個(gè)將特高壓輸電項(xiàng)目投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)的國(guó)家,。截至今年9月,國(guó)家電網(wǎng)公司已累計(jì)建成“八交十直”特高壓工程,,在建“四交一直”特高壓工程,,在運(yùn)在建23項(xiàng)特高壓工程,線路長(zhǎng)度達(dá)到3.3萬(wàn)公里,,變電(換流)容量超過(guò)3.3億千伏安(千瓦),。

  “國(guó)家電網(wǎng)公司已初步建成了特高壓電網(wǎng)架構(gòu),形成全國(guó)‘西電東送,、北電南供,、水火互濟(jì)、風(fēng)光互補(bǔ)’能源互聯(lián)網(wǎng)新格局,、資源優(yōu)化配置新平臺(tái),,為保證電力可靠供應(yīng)、推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型和區(qū)域經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),?!眹?guó)家電網(wǎng)公司特高壓建設(shè)部副主任王紹武說(shuō)。

  特高壓電網(wǎng),,“一頭連著西部清潔能源開(kāi)發(fā)利用,,一頭連著東中部清潔發(fā)展”。

  2014年5月,,包括“四交四直”特高壓工程在內(nèi)的12條重點(diǎn)輸電通道納入國(guó)家大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃,,并于2017年底全面建成投運(yùn),形成了一幅自北向南,、自西向東的清潔電能輸送藍(lán)圖:新增跨區(qū)輸電能力8500萬(wàn)千瓦,,每年可減少燃煤運(yùn)輸約1.9億噸,減排二氧化碳約3.2億噸,、二氧化硫約100萬(wàn)噸,、氮氧化物約94萬(wàn)噸,為打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)做出了重要貢獻(xiàn),。

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  ±800千伏沂南換流站閥廳直流設(shè)備驗(yàn)收(徐可 攝)

  許繼集團(tuán)研制出世界首套±800千伏直流輸電控制保護(hù)系統(tǒng),,完成世界首套±1100千伏控制保護(hù)系統(tǒng)開(kāi)發(fā),總體技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平;南瑞集團(tuán)研發(fā)的統(tǒng)一潮流控制器達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平……依托特高壓工程建設(shè),,中國(guó)電工裝備制造企業(yè)技術(shù)水平大幅提升,,創(chuàng)新能力顯著增強(qiáng)。

  特高壓不僅在國(guó)內(nèi)遍地開(kāi)花,,還走出了國(guó)門(mén),。“近年來(lái),,國(guó)家電網(wǎng)公司先后中標(biāo)巴西美麗山±800千伏特高壓直流一,、二期項(xiàng)目,實(shí)現(xiàn)了特高壓輸電技術(shù),、標(biāo)準(zhǔn),、裝備、工程總承包和運(yùn)行管理全產(chǎn)業(yè)鏈,、全價(jià)值鏈輸出,,帶動(dòng)超、特高壓設(shè)備出口超過(guò)50億人民幣,?!眹?guó)家電網(wǎng)公司國(guó)際部黨總支書(shū)記于軍說(shuō)。

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  巴西美麗山±800千伏特高壓直流一期項(xiàng)目

  據(jù)介紹,,我國(guó)在世界上率先建立了由168項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)組成的特高壓輸電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系,。同時(shí),成功推動(dòng)了國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)成立專(zhuān)門(mén)的特高壓直流和交流輸電技術(shù)委員會(huì)(TC115和TC122),,秘書(shū)處均設(shè)在中國(guó),占據(jù)了技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)制高點(diǎn),,顯著提升了我國(guó)在國(guó)際電工標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域的話語(yǔ)權(quán),。

  “勇攀電力技術(shù)珠穆朗瑪峰”

  ——堅(jiān)定自信又冷靜清醒,把特高壓這張“金色名片”擦得更亮

  看似尋常最奇崛,,成如容易卻艱辛,。

  談起中國(guó)特高壓輸電技術(shù)發(fā)展歷程,相關(guān)參與者都有著說(shuō)不完的故事,。

  “長(zhǎng)期以來(lái),,電力工業(yè)領(lǐng)域,我們一直是跟在西方發(fā)達(dá)國(guó)家后面亦步亦趨,。在特高壓以前,,我們國(guó)家每一個(gè)電壓等級(jí)的出現(xiàn)都至少晚了西方國(guó)家20年?!标惥S江說(shuō),。

  王紹武講了一個(gè)讓他記憶猶新的畫(huà)面:“我是2001年參加工作的,當(dāng)時(shí)中國(guó)只有一條高壓直流輸電工程,就是±500kV葛洲壩—上海直流工程,。這是外國(guó)公司參與建設(shè)的項(xiàng)目,,里面幾乎找不到國(guó)產(chǎn)的設(shè)備,就連換流站里值班人員的椅子,、變電站里的馬桶都是國(guó)外整裝進(jìn)來(lái)的,。”

  從跟著別人,、一直落后,,到較短時(shí)間內(nèi)研發(fā)特高壓成功,并取得成熟的實(shí)際運(yùn)用,,靠的是什么,?

  “一個(gè)是我國(guó)能源資源大范圍配置的迫切需要,為發(fā)展特高壓注入了強(qiáng)大需求動(dòng)力,?!标惥S江說(shuō),還有一個(gè)關(guān)鍵因素,,就在于我們國(guó)家集中力量辦大事的制度優(yōu)勢(shì),,使政府支持、企業(yè)主導(dǎo),、產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合,、社會(huì)各方廣泛參與的科技創(chuàng)新工作體系高效運(yùn)轉(zhuǎn)?!疤馗邏狠旊娫趪?guó)際上沒(méi)有成熟適用的經(jīng)驗(yàn)可供借鑒,,面對(duì)巨大的創(chuàng)新壓力和工程挑戰(zhàn),兩大電網(wǎng)公司集聚電力,、機(jī)械行業(yè)300多家單位的專(zhuān)家和資源,,開(kāi)展產(chǎn)學(xué)研協(xié)同攻關(guān)?!?/p>

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  1000千伏錫盟—山東特高壓輸電線路高空作業(yè)(徐可 攝)

  有這樣一個(gè)故事,。當(dāng)時(shí)研制特高壓變壓器時(shí),參與的兩家企業(yè)一開(kāi)始各自進(jìn)行技術(shù)攻關(guān),,分頭研制出了樣品,,但是在做試驗(yàn)時(shí),先后都失敗了,。這時(shí)產(chǎn)學(xué)研協(xié)同攻關(guān)體系發(fā)揮了作用,。國(guó)家電網(wǎng)公司主導(dǎo),召集相關(guān)企業(yè),,聯(lián)合國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家,,一起分析會(huì)診,很快找到了問(wèn)題所在,分析出了原因,,然后進(jìn)行了技術(shù)上的改進(jìn),,最后非常順利地通過(guò)了試驗(yàn),取得了研制成功,。

  研發(fā)特高壓,,還需要完備的試驗(yàn)研究體系和嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的科學(xué)精神,需要敢為人先,、堅(jiān)定自信的精神力量,。

  “特高壓電網(wǎng)不是500千伏高壓電網(wǎng)的簡(jiǎn)單放大,而是關(guān)鍵技術(shù)和配套設(shè)備質(zhì)的提升,。既面臨高電壓,、強(qiáng)電流的電磁與絕緣技術(shù)世界級(jí)挑戰(zhàn),又面臨重污穢,、高海拔的嚴(yán)酷自然環(huán)境影響,,創(chuàng)新難度極大,一直被喻為輸電領(lǐng)域的‘珠穆朗瑪峰’,?!崩铢i說(shuō),我們敢為人先,,非常注重試驗(yàn)驗(yàn)證,,用科學(xué)的態(tài)度開(kāi)展研究。

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  科研人員在-20℃溫度下進(jìn)行長(zhǎng)串絕緣子覆冰試驗(yàn)

  2006年8月以來(lái),,國(guó)家電網(wǎng)公司先后建成特高壓直流試驗(yàn)基地,、特高壓交流試驗(yàn)基地、特高壓工程力學(xué)試驗(yàn)基地,、高海拔試驗(yàn)基地,、國(guó)家電網(wǎng)仿真中心、特高壓直流輸電工程成套設(shè)計(jì)研發(fā)(試驗(yàn))中心等“四基地兩中心”,,用大量科學(xué)嚴(yán)密的試驗(yàn)攻克了一個(gè)又一個(gè)世界性難題,。

  以高海拔試驗(yàn)基地為例,,在基地建成之前,,國(guó)際上對(duì)海拔2000米以上的輸電技術(shù)研究尚缺乏系統(tǒng)全面的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。高海拔試驗(yàn)基地的建立,,為海拔4000米及以上輸變電線路,、設(shè)備外絕緣和電磁環(huán)境特性的研究提供了可能,填補(bǔ)了世界特高壓高海拔試驗(yàn)研究的空白,。

  正是在一大批科研專(zhuān)家,、電力工作者的艱辛奮斗下,特高壓輸電技術(shù)在中國(guó)成為現(xiàn)實(shí),一項(xiàng)項(xiàng)特高壓工程崛起在華夏大地,,也培育鍛造出難能可貴的特高壓精神:忠誠(chéng)報(bào)國(guó)的負(fù)責(zé)精神,、實(shí)事求是的科學(xué)精神、敢為人先的創(chuàng)新精神,、百折不撓的奮斗精神和團(tuán)結(jié)合作的集體主義精神,。

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  電力建設(shè)者迎著朝霞上工

  征途漫漫,由中國(guó)書(shū)寫(xiě)的特高壓傳奇還在繼續(xù),。

  黨的十九大對(duì)我國(guó)能源轉(zhuǎn)型與綠色發(fā)展作出重大決策部署,,強(qiáng)調(diào)“推進(jìn)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命,構(gòu)建清潔低碳,、安全高效的能源體系,。”“瞄準(zhǔn)世界科技前沿,,強(qiáng)化基礎(chǔ)研究,,實(shí)現(xiàn)前瞻性基礎(chǔ)研究、引領(lǐng)性原創(chuàng)成果重大突破”,。

  “在成就面前要始終保持冷靜清醒的頭腦,,創(chuàng)新的腳步不能停歇?!标惥S江說(shuō),,下一步我們將繼續(xù)推進(jìn)特高壓輸電技術(shù)研究,實(shí)現(xiàn)相關(guān)設(shè)備徹底國(guó)產(chǎn)化,,不斷提高其可靠性,、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性,,建設(shè)更多符合實(shí)際需要的特高壓工程,,把特高壓這張“金色名片”擦得更亮


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