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刷新世界電網技術新高度

作者:中國儲能網新聞中心 來源:中國能源報 發布時間:2019-11-13 瀏覽:
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準東-皖南±1100千伏特高壓直流輸電線路工程(以下簡稱“準東-皖南工程”),是目前世界電壓等級最高、輸送容量最大、輸電距離最遠、技術水平最先進的世界“四最”特高壓輸電工程,±1100千伏特高壓直流輸電也是目前世界最高效、最經濟的能源輸送方式。

準東-皖南工程實現了“直流電壓、交流電壓和輸送容量”的全面提升,標志著我國成為世界首個具備3000至5000千米范圍內輸送千萬千瓦級電能能力的國家,對于構建全球能源互聯網也具有重大示范作用。

9月26日,歷經10年研究、3年半建設,準東-皖南工程投運。

工程建設中,中國能建西北院負責匯總設計,中國能建所屬15家電力設計院參與設計,電規總院參與可研、初設評審和施工圖評審,3家建設企業參與施工,6家裝備制造企業提供設備,共同助力中國樹起國際高壓直流輸電的重要里程碑。

勠力同心再添“疆電外送”新通道

每年可送電600至850億千瓦時,滿足華東地區5000萬家庭的用電需求

近年來,受輸電能力、走廊資源的限制,現有“疆電外送”首個特高壓直流輸電工程——哈密南—鄭州±800千伏特高壓直流工程已不能滿足大規模電力外送的需求。2016年,“疆電外送”的第二條特高壓輸電工程——準東—皖南工程開工建設。該工程起于新疆昌吉換流站,止于安徽古泉換流站,途經新疆、甘肅、寧夏、陜西、河南、安徽6省(自治區),全長3324千米,額定電壓±1100千伏,輸送容量1200萬千瓦。

準東-皖南工程投運后,每年可送電600至850億千瓦時,滿足華東地區5000萬家庭的用電需求,對推動新疆能源基地集約化開發,實現火電、風電、太陽能發電打捆外送,保障華東地區電力供應,落實大氣污染防治行動計劃具有重要意義。此外,該工程還是落地安徽省的首個特高壓直流輸電工程,連同已經投運的皖電東送淮南至上海特高壓交流輸電工程,共同構成安徽電網特高壓交直流混聯新格局,標志著安徽省由單純電力送出省向送受并舉省轉變。

“新疆段跨越各類交叉56次,創造了新疆電力施工史上的多項第一。”“甘肅段全長約1280千米,是工程最長的線段,跨越黃河1次、±800千伏特高壓祁紹線1次、750千伏線路8次。”“安徽段江流縱橫、密布河網,多基鐵塔鄰近帶電體,展放導線跨越長江1次,多次跨越高鐵、高速公路和1000千伏、500千伏、220千伏等電壓等級線路。”……

準東-皖南工程每項技術跨越的背后都是設計人員一次次的“登高”。所經地區,既有人煙罕至的沙漠戈壁,也有連綿起伏的丘陵山峰,既要翻越嚴寒刺骨的天山,又要穿越風災頻發的百里風區,地理環境及氣候條件十分惡劣,加之地理氣象資料缺乏,工作面臨極大困難。

借助全息大場景立體影像平臺、海拉瓦技術、DEM等新手段,東北院和山西院優化了路徑方案選擇,較可研路徑進一步縮短;在新疆百里風區,江蘇院確定了合理的設計風速取值,解決了桿塔超長懸臂設計等技術難題;在長江大跨越中,華東院在世界上首次采用900平方毫米大截面跨江導線,減少了損耗,降低了投資;采用地面三維激光掃描技術,復核全線耐張塔電氣間隙,安徽院精確校驗了電氣安全距離,提高了工程運行的可靠性。

針對工程特點和所處區域環境特點,中國能建各設計院采用大噸位絕緣子、大規格高強度建材、大荷載特高壓桿塔設計、F型塔布置方式、基礎防腐設計、銅覆鋼及柔性石墨接地等方法,降低了線路損耗,節約了土地和走廊資源,提高了工程的經濟性,每千公里輸電損耗也降低至約1.5%。

準東-皖南工程所經不少地段生態脆弱。采用接地極線路與直流線路共塔,以挖孔基礎為主的原狀土基礎型式、巖石錨桿基礎,種植草方格固沙,耕作區表土剝離及回覆、土地整治、礫石壓蓋護沙……中國能建各設計院將減少對地表擾動貫穿設計方案始終。

完善的管理體系、嚴格的安全管控、全面的質量保證、可靠的技術保障,中國能建各設計院勠力同心,舞好設計“龍頭”,實現了準東-皖南工程“自主創新、經濟合理、安全可靠、環境友好、國際一流”的和諧統一。

超強換流站搶占電網技術制高點

換流站是工程的心臟,代表了目前頂級的電力設備技術

在全球范圍內,首次將電壓等級提高到±1100千伏,準東—皖南工程對系統穩定性、絕緣配合、換流站布置和設備性能等都提出了更高的要求。

“準東—皖南工程的技術創新有九成體現在換流站中。”昌吉換流站西北院設總王黎彥說,“昌吉換流站和古泉換流站是工程的心臟,二者各有特色,代表了目前頂級的電力設備技術。”

據王黎彥介紹,昌吉換流站與五彩灣750千伏變電站合并建設。世界輸送容量最大的換流站——輸送容量1200萬千瓦,擁有世界最高的閥廳——高、低端閥廳檐口分別高39.1米、23.8米,擁有世界電壓等級最高、制造難度最大的變壓器——緊鄰閥廳的換流變壓器單臺容量607兆伏安,擁有世界最長的變壓器運輸軌道——高、低端閥廳的中間區域及換流區東側布置的主搬運軌道長599米……作為世界電壓等級最高的輸電工程送端,昌吉換流站成就了多項世界換流站“之最”。

承擔昌吉換流站直流場與接地極設計,空氣間隙進入飽和區域、設備尺寸和重量大幅提升,是廣東院面臨的最大挑戰。

首創戶內直流場L型布置方案、三肢管桁架結構方案,首次應用±1100千伏“鼓型”均壓屏蔽裝置和雙層屏蔽籠,首次采用±1100千伏隔離開關共靜觸頭、地刀一體化設計,創新設計±1100千伏站內菱形出線塔、V形絕緣子串,廣東院創新優化了昌吉換流站戶內直流場布置,將相關設備研發和安裝難度降低,長期運行可靠性顯著提高。

作為具備交流電和直流電轉換功能的換流站,古泉換流站分別接入目前電壓等級最高的1000千伏電網和超高壓500千伏電網,直流側更是首創±1100千伏電壓等級。同時,該換流站也有多項世界之最“加冕”——世界最大的換流變壓器、最重的戶內平波電抗器、最高的戶內直流場、最復雜的網側交流系統分層介入等。值得一提的是,該換流站還是國內首個特高壓5G基站。

“全新的±1100千伏換流變壓器規模、閥廳戶內直流場聯合建筑物、交流側接于不同電壓等級的系統要求,對整站的設計提出了更為復雜的要求。” 古泉換流站整體牽頭設計單位中南院副總經理彭開軍說。

首次提出并應用“±1100千伏特高壓直流工程總平面布置結構”“±1100千伏換流站的閥廳及換流區域布置結構”“±1100千伏關鍵主設備端子受力及解決措施研究”等專利和科研成果;首次提出±1100千伏戶內直流場布置方案、六柱并聯絕緣子減少套管端子受力方案、適用戶內±1100千伏設備均壓屏蔽設計方案、戶內直流場雙層屏蔽籠設計方案、雙向開門安裝平波電抗器方案、從閥廳側安裝套管方案;1000千伏交流濾波器場采用改進“田”字形布置、五柱式隔離開關,優化進線型式改善端子板受力,優化防雷設計滿足絕緣配合要求……

面對古泉換流站的種種未知,中南院、西南院、華東院撥云見霧,開創了多項全球設計首創,刷新了世界電網技術的新高度,開啟了特高壓輸電技術發展的新紀元。

數字賦能給工地裝上“智慧大腦”

建設實現了“大、云、物、移、智”的結合

“很多任務都是第一次接觸,只能一點點探索。”在昌吉換流站,承建單位安徽電建二公司項目經理胡寶說。據他介紹,昌吉換流站全站設備基礎數以千計,大型電氣設備有上千臺,電纜、光纖數以十萬計,±1100千伏直流穿墻套管、高端變壓器、換流閥等諸多設備皆是世界首套、首臺,施工組織、技術方案均沒有可參照的經驗。

“昌吉換流站地處新疆沙漠荒地,地基土鹽漬化普遍,地下水位對混凝土腐蝕性強,建設伊始便遇到了難題。”安徽電建二公司項目總工宋升勇說。在反復查閱資料,與業主、監理、設計院、施工班組多次討論后,他帶領團隊提出了采用瀝青、素混凝土“雙墊層”的方法,既防止了基礎底面被腐蝕的可能,又避免了基礎鋼筋的安裝問題,為工程順利推進邁出了關鍵的第一步。

與此同時,同在該換流站施工的天津電建施工團隊,在50多攝氏度的高溫和零下40多攝氏度的嚴寒中奮戰,保持了施工現場的安全、質量、進度始終可控在控,各指標均符合相關要求。

“通過使用自主研制的‘智能工作牌’‘大型施工機具GPS定位系統’‘微氣象站’等科技成果,準東—皖南工程創新開展了‘智慧工地’構建,將工程建設與大數據、云計算、物聯網、移動端、智慧城市等手段結合了起來。”在古泉換流站,安徽電建一公司項目經理任銀漢介紹,所有設備運行狀況都可以通過視頻監控調節,還可以30倍變焦查看局部細節。

“我們積極研究臨建工程、構架基礎、35千伏站用電室及500千伏GIS室中的BIM技術應用,并利用三維信息模型,現場指導施工與交底,提高了出圖效率,節省了材料及人力,控制了成本。”安徽電建一公司BIM工作室組員殷仁俊表示,大到林林密密的鋼筋綁扎,上千道模板交接縫的拼接,小到每顆螺絲釘的安裝考究,古泉換流站涉及了電氣工程領域所有五大專業的前沿研究成果,是新技術的一次全面“亮相”。

在變電站最重要、最關鍵設備之一——電抗器基礎埋件的施工中,安徽電建一公司還成立了QC攻關小組,攻關調整優化方案,極大減少了施工誤差,一次合格率超過97%,獲得2018年全國電力建設優秀質量管理QC成果獎。

核心研發實現“中國創造”

工程在關鍵技術研究和關鍵設備研制中取得突破

“超大容量、超遠距離、更低損耗,準東—皖南工程已經達到很多設備的設計極限,一切都要重新開始。”北京設備公司±1100千伏平波電抗器負責人張月華說。

作為這項“世界四最”工程的裝備供應商,以北京設備公司為代表的中國能建6家裝備制造企業,深入開展相關設備研制工作,在關鍵技術研究和關鍵設備研制中取得了重大突破。

借鑒±800千伏平波電抗器的研制經驗,設計了±1100千伏平波電抗器多段圓弧狀非閉合均壓屏蔽環,掌握了更高電壓等級的屏蔽技術;設計出±1100千伏平波電抗器的最佳外形比例,開發出單股直徑更小的1.8毫米扁型全絕緣換位鋁導線,降低了整體損耗,減少了設備整體尺寸和重量的增加值;提出了能夠耐受八級地震的支撐體系結構,使重量增大后的±1100千伏平波電抗器能夠滿足穩定運行的要求;制作了模擬線圈,解決了絕緣水平提升后,±1100千伏平波電抗器凈空間隙問題……北京設備公司±1100千伏平波電抗器的研制之路,充滿了汗水與艱辛,也閃耀著光榮與夢想。

技術研發一環扣著一環,創新突破一個接著一個,準東—皖南工程的投運,標志著我國全面掌握了世界最高電壓等級輸電的核心技術,進一步增強了在電網技術和電工裝備制造領域的國際影響力與核心競爭力。協同經營,發揮全產業鏈一體化優勢參建準東—皖南工程,中國能建為特高壓輸電技術在世界范圍內更廣泛的應用積累了經驗,也向實現更高質量、更有效率、更可持續的發展,基本建成具有國際競爭力工程公司的戰略目標更進一步。

關鍵字:特高壓

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