向家坝-上海±800kV特高压直流输电示范工程是我国自主研发、自主设计和自主建设的,世界上电压等级最高、输送容量最大、送电距离最远、技术水平最先进的直流输电工程,是我国能源领域取得的世界级创新成果,代表了当今世界高压直流输电技术的最高水平。向-上工程于2007年4月26日核准,2010年7月8日投入运行。工程在±500kV超高压直流输电工程的基础上,在世界范围内率先实现了直流输电电压和电流的双提升,输电容量和送电距离的双突破,它的成功建设和投入运行,标志着国家电网全面进入特高压交直流混合电网时代。
    特高压直流输电示范工程投运后,每年可向上海输送320亿千瓦时的清洁电能,最大输送功率约占上海高峰负荷的1/3,可节省原煤1500万吨,减排二氧化碳超过3000万吨。工程的成功建设系统验证了特高压直流输电的技术可行性、设备可靠性、系统安全性和环境友好性,是国家电网公司继特高压交流试验示范工程成功投产后的又一重大成果。
工程简介
    向家坝-上海±800kV特高压直流输电示范工程承担着金沙江下游大型水电基地的送出任务,起于四川宜宾复龙换流站,止于上海奉贤换流站,途经四川、重庆、湖北、湖南、安徽、浙江、江苏、上海等8省市,四次跨越长江。线路全长1907公里。工程额定电压±800千伏,额定电流4000安培,额定输送功率640万千瓦,最大连续输送功率720万千瓦。工程由国家电网公司负责建设。
工程建设意义
    向-上工程的成功投运,标志着国家电网在超远距离、超大规模输电技术上取得全面突破,为加快我国西部地区清洁能源的大规模开发,提高非化石能源比重,形成可持续的能源供应体系,应对气候变化挑战奠定了坚实的基础,是迎接新能源革命的开创工程。
    工程的成功投运,标志着国家电网全面进入特高压交直流电网时代,为推动电力布局从就地平衡向全国乃至更大范围统筹平衡转变,从根本上解决长期存在的煤电运紧张矛盾奠定了坚实的基础,是转变我国电力发展方式的关键工程。
    工程的成功投运,标志着我国已经全面攻克了特高压交、直流两大前沿领域的世界性难题、抢占了制高点,在理论研究、工程建设、运行管理、试验能力、标准制定等各方面都走在了国际前列,为我国从电力大国走向电力科技强国奠定了坚实基础,是电力行业服务创新型国家建设的标志工程。
    工程的成功投运,标志着我国已经具备了生产和系统集成全套特高压直流关键设备的综合能力,显著提升了我国电工装备制造业的自主创新能力和核心竞争力,为我国电工装备制造业的产业升级和跨越发展创造了条件,是振兴民族装备业的引领工程。
工程主要特点
    (一)技术水平高。特高压直流输电工程额定电压±800千伏,额定电流4000安培,最大连续输送容量720万千瓦,送电距离近2000公里,是世界直流输电技术的制高点;特高压直流关键设备均为首次研制,没有可供借鉴的标准和规范,需要对特高压直流工程系统方案、过电压与绝缘配合、电磁环境控制、成套设计和设备制造等方面进行全面、系统攻关。
    (二)设备研制难度大。特高压直流设备绝缘水平高,通流能力大,使用的800千伏、30万千伏安级特高压换流变压器,通流能力4500安培的6英寸晶闸管,单阀组容量180万千瓦的换流阀,额定电流4000安培的低噪声干式平波电抗器、直流穿墙套管、直流断路器和隔离开关,基于实时操作系统的换流站控制保护系统等关键设备均为世界首创,研制难度极大,是对电力电子技术、电工技术、材料技术、高压试验技术和控制技术的极限挑战。特别是两大系列、8种型号换流变的研发,涉及电场分布技术、磁场分布技术、发热和传导计算、谐波分析、油纸兼容和电化学技术、直流电场和交流电场叠加交互作用分析等技术。每台换流变涉及上万种物料,物料供应涉及多个国家数十个制造厂,组织和管理难度极大。
    (三)建设任务繁重。特高压直流工程采用双极、每极两个十二脉动换流器串联接线,输送容量、送电距离和工程量均是±500kV直流工程的两倍以上。工程共需换流变压器56台,平波电抗器20台,换流阀96个,晶闸管5794只,控制保护屏柜832面;导地线5.9万吨,铁塔材料23万吨,瓷绝缘子72万片,合成绝缘子2万支。线路工程途经8个省(市),56个县(市)、区,房屋拆迁总计9152户、近250万平米,涉及大型厂矿搬迁195处。工程试验室联调项目2200项,现场分系统调试超过2万项,站系统调试147项,系统调试12大类591项。总计有26家设计单位、111家厂商、168家施工监理单位参与工程建设,组成了最大规模的建设联合体。信息整理:
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    (四)可靠性指标先进。特高压直流工程采用对称、模块化设计,单个换流模块故障情况下,其它换流模块仍可以继续运行,一个极故障也不影响另一极的运行,有46种运行方式,运行方式灵活。由于每个换流模块相对独立,工程设计的可靠性指标大大提升,能量不可用率不大于0.5%,双极强迫停运率不大于0.05次/年,远小于±500kV直流工程的0.1次/年。
    (五)环保指标严格。通过采用6×720mm2的大截面、多分裂导线,增加对地距离,特高压直流输电线路的电磁环境指标优于±500kV直流工程;通过采用低噪音设备、优化换流站平面布置、采用隔声屏障等措施,特高压换流站场界和周边居民敏感点噪声达到国家二类标准,昼间不大于60dB(A),夜间不大于50dB(A)。通过采用GIS等节地设备、共用接地极、优化线路路径和换流站平面布置等措施,有效减少了工程占地面积,使换流站单位面积换流容量达到±500kV直流工程的1.65倍(与三沪工程受端换流站相比),线路长度也大幅缩短;全面采用全方位高低腿、锚杆及掏挖基础施工、动力伞架线等节能环保型施工技术,工程对环境的影响完全达到并优于标准要求。
    (六)经济效益显著。特高压直流工程单位走廊输电能力约为±500kV直流工程的1.5倍,单位长度单位容量线路电阻损耗约为±500kV直流工程的40%。工程总投资为232.74亿元,每千瓦每公里造价1.91元/(千瓦?公里),比±500kV直流工程(三沪工程)每千瓦每公里造价2.16 元/(千瓦?公里)降低11.6%,具有明显的技术经济优越性;两端换流站总投资为110.38亿元,单位输送容量造价1725元/千瓦,相比±500kV直流工程(三沪工程)单位输送容量造价1680元/千瓦仅增加2.7%,基本达到同等造价水平。
工程创新成就
    特高压直流示范工程始终坚持“科研为先导,设计为龙头,设备是关键,建设是基础”的方针,把创新作为增强特高压直流输电技术生命力的关键,将创新意识贯彻到工程建设每个环节,取得了一大批国内外领先的创新成果,形成了世界上试验能力最强的特高压、大电网试验研究体系,培养了一大批优秀的技术和管理人才。主要创新成果如下:
    (一) 工程技术方案先进,率先实现直流输电电压、电流双提升。特高压直流示范工程不仅将输送电压提升至800千伏,同时采用6英寸晶闸管技术,将额定电流提升至4000安培,使工程额定输送容量达到640万千瓦,最大连续输送容量达到720万千瓦。经过艰苦的科研攻关,±800kV特高压直流输电的技术难点相继被突破,工程顺利通过严格的试验考核,系统功能和输送能力达到设计要求。而输送容量的提升,也极大地提高了工程的经济性,使单位容量单位送电距离的造价水平低于±500kV直流工程。
    (二) 科研成果突出,全面掌握特高压直流输电核心技术。为全面支撑关键技术研究,投资建设了世界一流的特高压直流试验基地、高海拔试验基地、杆塔试验基地、特高压直流输电工程成套设计研发(实验)中心、大电网仿真中心,拥有了世界最高参数的高电压、大电网试验和大电网仿真条件,试验研究能力达到了世界领先水平。借助这些先进的试验条件和手段,共完成重大关键技术和工程专项研究130项,研究内容全面系统,涵盖规划、系统、设计、设备、施工、调试、试验、调度、运行等,成功解决了特高压直流输电关键的技术难题,取得了一大批具有世界领先水平的技术成果,全面掌握了特高压直流输电核心技术,实现了原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新的有机结合。目前,特高压直流输电技术已申请专利214项,已授权92项。
    (三) 标准化工作系统推进,完整建立特高压输电技术标准体系。在世界上首次研究形成了从系统成套、工程设计、设备制造、施工安装、调试试验到运行维护的全套技术标准和试验规范,为特高压输电的规模应用创造了条件。推动成立了IEC高压直流输电技术委员会(编号为TC115)并将秘书处设在中国,秘书处成员均为国家电网公司员工,大大增强了我国在世界高压输电领域的话语权。截至目前,共发布特高压直流技术企业标准57项、行业标准8项,立项编制国际标准4项、国家标准14项、行业标准7项,2名公司系统专家被推荐成为Cigre委员会直流顾问组成员,多名公司系统专家被推荐成为IEC国际标准工作组发起人或成员。
    (四)勇于开展设计创新,深入优化工程实施方案。成套设计在对系统主回路、无功补偿、绝缘配合、暂态分析、主设备参数、滤波器设计、控制保护策略等进行深入研究的基础上,选取了技术经济综合指标最优的主回路方案,确定了800千伏直流电压最合理的绝缘配合方案,设计出高效的直流滤波系统,在国内首次提出并采用“等值电场强度积污试验法”测量换流站污秽水平。同时,编制出完整的±800kV特高压直流系统的设备规范,打破以往直流工程采用单一技术路线的惯例,将不同的成套技术整合到同一设计平台上,极大推动了特高压直流工程标准化设计的进程。工程设计中引入三维设计技术,便捷地实现了阀厅设备布置及空气间隙校核。通过采用GIS设备、交流滤波器“田”字型布置、阀厅面对面布置、换流变安装广场宽度优化等措施,使换流站总平布置紧凑,配电装置功能分区明确,占地面积缩小,大大节省了土地资源。提出双换流器并联融冰理念并成功实现工程应用,通过简单的运行方式倒换即实现线路阻冰、融冰功能。采用6×720mm2大截面导线、选用低噪声设备、换流变使用box-in降噪设计、围墙加装隔音屏障等方案,使工程真正实现“环境友好型”。
    (五)关键设备世界首创,成功研制国际领先水平的特高压直流设备。国家电网公司全面主导研制成功了代表国际领先水平的全套特高压直流设备,经过了直流示范工程的全面严格的试验验证和考核,创造了一大批世界纪录。直流输电用6英寸晶闸管在世界上首次研制成功,并实现工程应用;研制的换流变压器电压等级最高、单台容量最大,换流阀单阀组容量最大,低噪声干式平波电抗器、直流穿墙套管、直流断路器和隔离开关通流能力最大,均创造了世界之最。其中,特高压换流变、换流阀等重要设备研发属于世界级技术难题,采用国内外联合研发的方式,换流变由国内外厂家联合制造供货,平波电抗器和交流设备则完全立足于国内自主研制,使设备国产化率达到67%,并使国内设备厂家依托工程掌握了特高压直流设备制造的核心技术,具备了绝大部分特高压设备批量生产的能力,推动了国内电工装备制造业的产业升级和跨越式发展,提高了民族装备制造业的核心竞争力。信息整理:
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    (六)建设管理科学高效,广泛应用新材料、新技术和新工艺。工程采用创新的建设管理模式,坚持以集团化运作抓工程推进,以集约化协调抓工程组织,以精细化管理创精品工程,以标准化建设构技术体系。建立健全了协同高效的三级管理组织体系和科学严谨的三级管理制度体系,坚持“统一指挥、分工协作”的原则,充分发挥公司总部的管理职能和资源优势,发挥直属单位的专业管理优势,发挥属地电力公司的地方协调优势,在工程建设中收到了很好的效果。不仅工程建设质量优良,而且创造了输电工程建设速度的新记录、新水平。自开工建设以来,仅用约10个月有效时间,即完成近2000公里特高压直流线路建设任务;仅用两年半时间,即完成工程双极全部建设任务。同时,大批新材料、新技术和新工艺在工程建设中得到广泛推广,有效提升了工程建设的科技含量。线路大量应用高强钢、F型塔、原状土基础、旋挖钻机机械成孔工艺、六分裂大截面导线同步展放工艺、可拆卸式全钢瓦楞导线盘以及复合绝缘子防鸟害技术等,并开发出基于海拉瓦技术的三维可视管理信息平台,实现了线路工程数字化施工管理;换流站开展防火墙组装大模板、清水混凝土基础质量控制等多项施工技术攻关科研,“大体积混凝土基础温度控制、裂缝防治、预埋螺栓标高控制”等多项科技成果获科技创新成果奖。
    (七)调试试验全面细致,大幅提高现场调试效率。将整个调试任务分解为试验室联调试验、分系统试验、站系统试验和系统试验几个层次逐步实施。试验室联调试验是在试验室仿真一次设备的前提下,从系统角度全面检验控制保护设备的功能、性能及其接口正确性;分系统试验是在控制保护设备现场安装完成后,全面检验二次回路设计和接线的正确性。特高压直流示范工程高度重视这两个调试环节,总共历时19个多月,完成2200项试验室联调项目和20000余项分系统试验项目,为现场站系统和系统试验打下了坚实的基础。站系统和系统试验则根据工程建设进展分期实施,建成一个换流器单元即调试一个,调试时科学优化步骤以减少方式倒换,并根据奉贤站建设进度超前的实际情况,采用提前进行交叉方式试验项目的办法合理有效利用时间,147项站系统试验和591项系统试验仅用时50余天即保质保量完成,系统严格地验证了工程的功能和性能,同时创造了直流输电工程调试效率的新纪录。
    (八) 人才培养成效显著,造就出一批特高压技术和管理领军队伍。工程建设注重发挥全体参建者的智慧和力量,力求为所有建设者提供一个自我发挥、自我实现和自我提升的平台,培养出了一大批站在世界电力科技前沿的技术专家,锻炼了一大批善于学习、大胆创新、勇于实践的管理人才,造就了一批特别讲政治、特别负责任、特别能创新、特别能吃苦、特别能战斗、特别能奉献的优秀队伍,为坚强智能电网发展储备了人才资源。
    信息来源:国家电网公司 信息整理:
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