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刷新世界电网技术新高度

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国能源报 发布时间:2019-11-13 浏览:
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准东-皖南±1100千伏特高压直流输电线路工程(以下简称“准东-皖南工程”),是目前世界电压等级最高、输送容量最大、输电距离最远、技术水平最先进的世界“四最”特高压输电工程,±1100千伏特高压直流输电也是目前世界最高效、最经济的能源输送方式。

准东-皖南工程实现了“直流电压、交流电压和输送容量”的全面提升,标志着我国成为世界首个具备3000至5000千米范围内输送千万千瓦级电能能力的国家,对于构建全球能源互联网也具有重大示范作用。

9月26日,历经10年研究、3年半建设,准东-皖南工程投运。

工程建设中,中国能建西北院负责汇总设计,中国能建所属15家电力设计院参与设计,电规总院参与可研、初设评审和施工图评审,3家建设企业参与施工,6家装备制造企业提供设备,共同助力中国树起国际高压直流输电的重要里程碑。

勠力同心再添“疆电外送”新通道

每年可送电600至850亿千瓦时,满足华东地区5000万家庭的用电需求

近年来,受输电能力、走廊资源的限制,现有“疆电外送”首个特高压直流输电工程——哈密南—郑州±800千伏特高压直流工程已不能满足大规模电力外送的需求。2016年,“疆电外送”的第二条特高压输电工程——准东—皖南工程开工建设。该工程起于新疆昌吉换流站,止于安徽古泉换流站,途经新疆、甘肃、宁夏、陕西、河南、安徽6省(自治区),全长3324千米,额定电压±1100千伏,输送容量1200万千瓦。

准东-皖南工程投运后,每年可送电600至850亿千瓦时,满足华东地区5000万家庭的用电需求,对推动新疆能源基地集约化开发,实现火电、风电、太阳能发电打捆外送,保障华东地区电力供应,落实大气污染防治行动计划具有重要意义。此外,该工程还是落地安徽省的首个特高压直流输电工程,连同已经投运的皖电东送淮南至上海特高压交流输电工程,共同构成安徽电网特高压交直流混联新格局,标志着安徽省由单纯电力送出省向送受并举省转变。

“新疆段跨越各类交叉56次,创造了新疆电力施工史上的多项第一。”“甘肃段全长约1280千米,是工程最长的线段,跨越黄河1次、±800千伏特高压祁绍线1次、750千伏线路8次。”“安徽段江流纵横、密布河网,多基铁塔邻近带电体,展放导线跨越长江1次,多次跨越高铁、高速公路和1000千伏、500千伏、220千伏等电压等级线路。”……

准东-皖南工程每项技术跨越的背后都是设计人员一次次的“登高”。所经地区,既有人烟罕至的沙漠戈壁,也有连绵起伏的丘陵山峰,既要翻越严寒刺骨的天山,又要穿越风灾频发的百里风区,地理环境及气候条件十分恶劣,加之地理气象资料缺乏,工作面临极大困难。

借助全息大场景立体影像平台、海拉瓦技术、DEM等新手段,东北院和山西院优化了路径方案选择,较可研路径进一步缩短;在新疆百里风区,江苏院确定了合理的设计风速取值,解决了杆塔超长悬臂设计等技术难题;在长江大跨越中,华东院在世界上首次采用900平方毫米大截面跨江导线,减少了损耗,降低了投资;采用地面三维激光扫描技术,复核全线耐张塔电气间隙,安徽院精确校验了电气安全距离,提高了工程运行的可靠性。

针对工程特点和所处区域环境特点,中国能建各设计院采用大吨位绝缘子、大规格高强度建材、大荷载特高压杆塔设计、F型塔布置方式、基础防腐设计、铜覆钢及柔性石墨接地等方法,降低了线路损耗,节约了土地和走廊资源,提高了工程的经济性,每千公里输电损耗也降低至约1.5%。

准东-皖南工程所经不少地段生态脆弱。采用接地极线路与直流线路共塔,以挖孔基础为主的原状土基础型式、岩石锚杆基础,种植草方格固沙,耕作区表土剥离及回覆、土地整治、砾石压盖护沙……中国能建各设计院将减少对地表扰动贯穿设计方案始终。

完善的管理体系、严格的安全管控、全面的质量保证、可靠的技术保障,中国能建各设计院勠力同心,舞好设计“龙头”,实现了准东-皖南工程“自主创新、经济合理、安全可靠、环境友好、国际一流”的和谐统一。

超强换流站抢占电网技术制高点

换流站是工程的心脏,代表了目前顶级的电力设备技术

在全球范围内,首次将电压等级提高到±1100千伏,准东—皖南工程对系统稳定性、绝缘配合、换流站布置和设备性能等都提出了更高的要求。

“准东—皖南工程的技术创新有九成体现在换流站中。”昌吉换流站西北院设总王黎彦说,“昌吉换流站和古泉换流站是工程的心脏,二者各有特色,代表了目前顶级的电力设备技术。”

据王黎彦介绍,昌吉换流站与五彩湾750千伏变电站合并建设。世界输送容量最大的换流站——输送容量1200万千瓦,拥有世界最高的阀厅——高、低端阀厅檐口分别高39.1米、23.8米,拥有世界电压等级最高、制造难度最大的变压器——紧邻阀厅的换流变压器单台容量607兆伏安,拥有世界最长的变压器运输轨道——高、低端阀厅的中间区域及换流区东侧布置的主搬运轨道长599米……作为世界电压等级最高的输电工程送端,昌吉换流站成就了多项世界换流站“之最”。

承担昌吉换流站直流场与接地极设计,空气间隙进入饱和区域、设备尺寸和重量大幅提升,是广东院面临的最大挑战。

首创户内直流场L型布置方案、三肢管桁架结构方案,首次应用±1100千伏“鼓型”均压屏蔽装置和双层屏蔽笼,首次采用±1100千伏隔离开关共静触头、地刀一体化设计,创新设计±1100千伏站内菱形出线塔、V形绝缘子串,广东院创新优化了昌吉换流站户内直流场布置,将相关设备研发和安装难度降低,长期运行可靠性显著提高。

作为具备交流电和直流电转换功能的换流站,古泉换流站分别接入目前电压等级最高的1000千伏电网和超高压500千伏电网,直流侧更是首创±1100千伏电压等级。同时,该换流站也有多项世界之最“加冕”——世界最大的换流变压器、最重的户内平波电抗器、最高的户内直流场、最复杂的网侧交流系统分层介入等。值得一提的是,该换流站还是国内首个特高压5G基站。

“全新的±1100千伏换流变压器规模、阀厅户内直流场联合建筑物、交流侧接于不同电压等级的系统要求,对整站的设计提出了更为复杂的要求。” 古泉换流站整体牵头设计单位中南院副总经理彭开军说。

首次提出并应用“±1100千伏特高压直流工程总平面布置结构”“±1100千伏换流站的阀厅及换流区域布置结构”“±1100千伏关键主设备端子受力及解决措施研究”等专利和科研成果;首次提出±1100千伏户内直流场布置方案、六柱并联绝缘子减少套管端子受力方案、适用户内±1100千伏设备均压屏蔽设计方案、户内直流场双层屏蔽笼设计方案、双向开门安装平波电抗器方案、从阀厅侧安装套管方案;1000千伏交流滤波器场采用改进“田”字形布置、五柱式隔离开关,优化进线型式改善端子板受力,优化防雷设计满足绝缘配合要求……

面对古泉换流站的种种未知,中南院、西南院、华东院拨云见雾,开创了多项全球设计首创,刷新了世界电网技术的新高度,开启了特高压输电技术发展的新纪元。

数字赋能给工地装上“智慧大脑”

建设实现了“大、云、物、移、智”的结合

“很多任务都是第一次接触,只能一点点探索。”在昌吉换流站,承建单位安徽电建二公司项目经理胡宝说。据他介绍,昌吉换流站全站设备基础数以千计,大型电气设备有上千台,电缆、光纤数以十万计,±1100千伏直流穿墙套管、高端变压器、换流阀等诸多设备皆是世界首套、首台,施工组织、技术方案均没有可参照的经验。

“昌吉换流站地处新疆沙漠荒地,地基土盐渍化普遍,地下水位对混凝土腐蚀性强,建设伊始便遇到了难题。”安徽电建二公司项目总工宋升勇说。在反复查阅资料,与业主、监理、设计院、施工班组多次讨论后,他带领团队提出了采用沥青、素混凝土“双垫层”的方法,既防止了基础底面被腐蚀的可能,又避免了基础钢筋的安装问题,为工程顺利推进迈出了关键的第一步。

与此同时,同在该换流站施工的天津电建施工团队,在50多摄氏度的高温和零下40多摄氏度的严寒中奋战,保持了施工现场的安全、质量、进度始终可控在控,各指标均符合相关要求。

“通过使用自主研制的‘智能工作牌’‘大型施工机具GPS定位系统’‘微气象站’等科技成果,准东—皖南工程创新开展了‘智慧工地’构建,将工程建设与大数据、云计算、物联网、移动端、智慧城市等手段结合了起来。”在古泉换流站,安徽电建一公司项目经理任银汉介绍,所有设备运行状况都可以通过视频监控调节,还可以30倍变焦查看局部细节。

“我们积极研究临建工程、构架基础、35千伏站用电室及500千伏GIS室中的BIM技术应用,并利用三维信息模型,现场指导施工与交底,提高了出图效率,节省了材料及人力,控制了成本。”安徽电建一公司BIM工作室组员殷仁俊表示,大到林林密密的钢筋绑扎,上千道模板交接缝的拼接,小到每颗螺丝钉的安装考究,古泉换流站涉及了电气工程领域所有五大专业的前沿研究成果,是新技术的一次全面“亮相”。

在变电站最重要、最关键设备之一——电抗器基础埋件的施工中,安徽电建一公司还成立了QC攻关小组,攻关调整优化方案,极大减少了施工误差,一次合格率超过97%,获得2018年全国电力建设优秀质量管理QC成果奖。

核心研发实现“中国创造”

工程在关键技术研究和关键设备研制中取得突破

“超大容量、超远距离、更低损耗,准东—皖南工程已经达到很多设备的设计极限,一切都要重新开始。”北京设备公司±1100千伏平波电抗器负责人张月华说。

作为这项“世界四最”工程的装备供应商,以北京设备公司为代表的中国能建6家装备制造企业,深入开展相关设备研制工作,在关键技术研究和关键设备研制中取得了重大突破。

借鉴±800千伏平波电抗器的研制经验,设计了±1100千伏平波电抗器多段圆弧状非闭合均压屏蔽环,掌握了更高电压等级的屏蔽技术;设计出±1100千伏平波电抗器的最佳外形比例,开发出单股直径更小的1.8毫米扁型全绝缘换位铝导线,降低了整体损耗,减少了设备整体尺寸和重量的增加值;提出了能够耐受八级地震的支撑体系结构,使重量增大后的±1100千伏平波电抗器能够满足稳定运行的要求;制作了模拟线圈,解决了绝缘水平提升后,±1100千伏平波电抗器净空间隙问题……北京设备公司±1100千伏平波电抗器的研制之路,充满了汗水与艰辛,也闪耀着光荣与梦想。

技术研发一环扣着一环,创新突破一个接着一个,准东—皖南工程的投运,标志着我国全面掌握了世界最高电压等级输电的核心技术,进一步增强了在电网技术和电工装备制造领域的国际影响力与核心竞争力。协同经营,发挥全产业链一体化优势参建准东—皖南工程,中国能建为特高压输电技术在世界范围内更广泛的应用积累了经验,也向实现更高质量、更有效率、更可持续的发展,基本建成具有国际竞争力工程公司的战略目标更进一步。

关键字:特高压

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