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特高压建设 再难也要创新

日期:2014-12-24    来源:国家电网杂志  作者:国家电网杂志

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2014
12/24
13:24
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关键词: 特高压 直流输电技术 输变电工程

    陈维江,国家电网公司交流建设部副主任,国家电网特高压交流试验示范工程功勋名单排名第三。从2004年起,他全过程参与特高压输电技术研发与工程实践,主持研发建设了武汉特高压交流试验基地,作为首席科学家,主持国家973计划“交直流特高压输电系统电磁与绝缘特性基础问题研究”,攻克一系列关键技术难题,其成果全部应用于工程建设。

    在国家电网公司交流建设部副主任陈维江的回忆中,他的职业生涯,几乎一直伴随着高压技术度过。

    1985年,苏联建设了第一条特高压试验工程,1986年,中国开始跟踪国外特高压技术发展。尽管当时国内的研究基础极为薄弱,这个属于电工技术领域的最高殿堂似乎遥不可及,但从那时起,中国电力人关于特高压的梦想已开始悄悄萌动。

敢为人先的魄力

    这个梦一做就是近20年。时光的指针转到了2004年。这20年的时间里,中国全社会用电需求激增,经济发展需要电,人民生活需要电,处处都是对电的呼唤。史无前例的需求增长推动了500千伏输变电工程如火如荼地投运,750千伏工程也上马开工建设。这一年,国家电网公司党组做出了一个敢为人先的决策:发展特高压交直流输电技术

    何谓敢为人先?放眼世界,当时特高压并无成熟技术。苏联自1985年建成约900公里、包含3个变电站的特高压交流试验工程后,断断续续运行了5年。1991年,苏联解体,国内经济下滑,用电需求下降,该工程由1150千伏降压直500千伏运行。日本在1999年建设了426公里1000千伏交流同塔双回试验线路,之后由于福岛核电等大型能源基地建设停滞,一直降压500千伏运行。美国和意大利都只做了基础研究,没有工程建设。我国发展特高压输电工程,没有国外成熟的经验和技术可以借鉴。公司提出的这一决策,是创新精神的彰显,是先行使命的驱动。

    先行者的道路总是艰难万险。正因特高压技术的不成熟,国外并无成功的工程,一些业内人士对于我国研发特高压输电技术疑虑重重。质疑者的声音也并非无理:我们的基础如此薄弱,过去都是引进消化别人的东西,仅凭自己的研发能力能够成功吗?750千伏工程也不过于2005年刚刚建成,此时上马特高压,需要跨越的技术难度太大,我们是否有足够的实力来完成这样一项顶尖的技术研发工作?

攀登科技之巅

    被神圣的科技高峰牵引的使命自然令人热血沸腾,但在攀登过程中的每一步都需要在日常平淡单调的研究中度过,这个过程才是真正的挑战。基础研究、技术研发、工程设计、设备研制……任何一个关节的阻塞,都会影响全盘工作。陈维江说:“特高压不同于其他电压等级,不同于超高压,国外有许多年的运行经验,我们可以去参观去学习,甚至可以采购他们的设备。现在,连国外的技术都不成熟,这对于我们的科研人员来说是难上加难。” 比如电磁环境问题,建设了试验线路的苏联并未很好地解决。

    2004年,陈维江到俄罗斯圣彼得堡直流研究院考察。据专家介绍,苏联特高压试验工程初期沿线电晕放电现象明显,人们在线路走廊下就能听到很强的噪声,甚至在晚上还可以看到紫色的晕光,电磁环境问题严重,电压的控制也做得不够精细,设备又大又重。特高压电压1000千伏,导体表面电场强度很大,电晕放电影响突出,如果解决不好这个问题,可能使得特高压电磁环境影响公众正常生产生活。

    为了解决基础研究问题,国家电网公司申请了科技部973项目“交直流特高压输电系统电磁与绝缘特性的基础问题研究”,陈维江担任首席科学家,他带领科研人员深入研究交直流系统的三大放电现象与绝缘特性。

    除此之外,特高压技术还存在过电压控制、绝缘配置、设备制造等技术难题。每一个难题之中,又存在着全新的技术细节需要攻克,这是一项复杂而庞大的工作,每一个投身于其中的研发人员都处于一种忘我的拼搏状态。

    2005年8月,公司任命陈维江担任国网武汉高压研究院院长。武高院是我国最早开展特高压研究的单位之一。在当时,武高院与电科院各有分工,电科院主攻特高压直流技术,武高院主攻特高压交流技术。陈维江来到武高院,首要任务是建设交流试验基地。特高压输电的每一项重大技术都必须通过严格的试验才能投入运行,因此,试验基地是研究工作中的基础和关键。

    建设试验基地最大的难题在于设备的研发,其使用的设备,都是交流特高压1:1真型设备,这些设备研制需要从零开始,边设计,边研制。可以说,交流特高压设备的研发始于试验基地的建设。为了研制出相应的设备,武高院联合了51家设备企业进行攻关。与此同时,基地的建设工作也马不停蹄地开展起来,设备一旦研制出来便立刻进入基地实验。

    交流特高压试验基地能够检验出许多实验室中无法发现的问题。比如为了解决电磁环境问题,研究人员在实验室中进行了简化实验,一切都很稳定,于是在基地的电磁环境试验设施上进行检验。意外出现了,加压的一瞬间,有一个部位刷状放电达到半米长!这让每一个科研人员都无比困惑,在实验室中已经进行了多次实验都很好,为何装配到变电站就出现了问题?后来发现,由于变电站的设备尺寸大,这些设备本身对于带电导体的电场有增强作用,这样的情况在实验室未出现,但在1:1的真型设备上进行检验就暴露了问题。于是,团队从理论上、方法上进行修正,最终建立了线路电磁环境分析模型,提出了工程设计方案,并研制成功相关设备和措施,在试验示范工程上得以成功应用。国家环保部曾3次委托国家辐射环境监测技术中心对试验示范工程全线开展电磁环境测量,实际结果表明,我国的特高压工程电磁环境各项指标完全符合预期,与500千伏超高压工程相当,达到了国家标准要求限制,远低于国际标准要求限制,成功实现了环境友好目标。

    此外,特高压线路长,沿线可能经过雨雪冰冻、高海拔、重污秽、强雷电等地区,受到复杂自然环境的影响,技术研发难度很大。特高压传输的负荷大,因此更不容许出现故障,一旦遇到自然灾害引起跳闸停运,损失的可能是一个城市全部的负荷。试验基地为此专门建设了一个模拟气候环境的人工气候实验室,可以模拟低气压,低温,覆冰等各种气候环境,以试验设备在以上诸多气候条件下的绝缘情况。同时,为了保障特高压的安全性,研发团队按照能够承受百年一遇的自然灾害对工程进行设计,较之超高压按照50年一遇的设计标准,特高压工程抵御自然灾害的能力更强。

产学研协同攻关

     特高压试验示范工程中的一个最大亮点,就是设备国产化率达到了90%以上,中国拥有所有的核心技术知识产权。

    在书面的记载里,90%,仅仅是一个简单的数字,但这个数字背后有无数难以逾越的困难、无比庞杂的工作和科研人员历经失败、再重新来过的心路历程。在四年的时间里,特高压设备从一片空白之中形成设计理念、方案,最终变成实实在在的设备,这其中国家电网公司树立的用户主导、产学研协同攻关的研发模式功不可没。“过去我们上一个电压等级,基本上设备靠机械制造,公司只需要采购,但这次不一样,这次公司提出团结一切可以团结的力量,把系统内的科研单位,把高等院校以及机械制造部门,甚至把国外的一些力量都调动起来,发挥大家的智慧和力量。”陈维江说,“因为特高压的设备在当时是没有的,公司需要提出系统特性、标准、设备规范,并组织专家、厂家共同研究确定技术路线,实现一个从无到有的过程。”

    但在最初,推行这一模式并不容易。设备企业都有各自的知识产权,并不愿互通有无进行合作。其中变压器是特高压输电系统最关键的设备之一,试验工程的两组变压器分别由特变电工(600089,股吧)沈阳变压器厂和保定天威变压器厂制造,但其研制工作出现了一次重大的挫折,险些延误了工期。

特高压让中国扬眉吐气

    特高压输电技术的成功大幅提升我国在国际电工领域的影响力和话语权,国际大电网委员会专题报告指出,“特高压关键技术和关键设备取得的重要突破性成果,对推动特高压输电技术在世界范围内的研究和应用具有重大意义;中国的特高压工程是一个伟大的技术成就,是世界电力工业发展史上的重要里程碑。” 国际大电网委员会(CIGRE)成立了6个特高压工作组,负责总结提炼特高压输电成果;国际电气和电子工程师学会(IEEE)成立了特高压工作组,由中国专家主导,负责制定了3项特高压国际标准,陈维江担任了这一工作组主席。国际电工委员会(IEC)专门成了2个技术委员会,负责组织开展全球特高压输电技术标准化活动,其中我国担任特高压交流输电技术委员会的主席国和直流输电技术委员的秘书处,国家电网公司总经理舒印彪也担任了IEC副主席。从此,在国际电工领域学术舞台上可以看到越来越多的中国身影、听到越来越强的中国声音。
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