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智慧城市建设,电力技术升级先行

日期:2019-12-05    来源:南风窗

国际电力网

2019
12/05
10:23

关键词: 电力技术 城市电网 电力革命

   城市发展,电力先行;智慧城市建设,电力技术升级先行。
  当下,人工智能、区块链、云计算、大数据等前沿技术的应用,一场前所未有的产业革命袭来,可以预见的是,在万物互联的智能时代,电力革命的竞争将是全球发展的另一个战略制高点,如何抢占这一轮竞争的制高点,技术创新是突破。
  广州电网是全国供电负荷密度最大的城市电网之一,南方电网广州供电局对这种竞争的感知力更强,主动扛起了技术创新的大旗。从自主研发的中国第一台大型植物油电力变压器,到正在建的中国距离最长、电压最高、容量最大的500千伏陆上交联电缆项目——楚庭输变电工程,他们用技术引领电力设备的革新,提升供电能力的同时,也确保了供电安全。
  自主研发式的创新,注定是一条坎坷的路,但广州供电人,一路披荆斩棘,突破技术难题,让广州电力勇立潮头。
  自主研发 做行业“领头羊”
  广州漫长的用电史也见证了变压器绝缘油的变迁。100多年前,来源广、稳定性好的矿物绝缘油变压器被人类开发使用,但其燃点低容易引发电力火灾,各国一直在寻找新的替代品,先后尝试硅油、气体式变压器,最终因成本大、无法扩容等因素没能广泛普及。直到上世纪末,美国人研发出植物油变压器,并在南美、北美推广,引发世界各国关注。
  为什么是植物绝缘油?答案很简单,植物绝缘油燃点高,能较大程度上缓解电力火灾事故,同时,植物绝缘油能延长变压器寿命且易降解,经济又环保,“1台110千伏植物油主变压器,比传统的矿物油变压器能节省全寿命周期成本100万元。”
  时间回拨到2010年,广州供电局试图开展植物油变压器自主研发,将目标定为国内首台110千伏植物油变压器,理由是“要做就做到最好”,两年后,110千伏植物油变压器的研制正式立项。此时,国外已经掌握了110至420千伏电压等级的植物油变压器关键技术,并对中国进行技术封锁,这就意味着自主研发是异常艰难。
  植物油变压器
  一般而言,植物油变压器的绝缘性能由变压器内部的植物绝缘油和绝缘纸决定,这也间接决定着变压器能承载多大的的电压等级和传输容量。但植物绝缘油有两个致命缺点,其一,因它容易降解,它的稳定性比矿物绝缘油差,被氧化后会降低其介电性能;其二,在不均匀电场等某些特定情况下,植物油抗雷电冲击的能力比较弱。
  只有消除植物绝缘油的缺点才能最大限度发挥植物油变压器的优势,这也是研制植物油变压器需要攻破的难题。改善植物绝缘油稳定性的秘诀在于不断优化植物油的添加剂配方。经过广州供电局和合作方重庆大学研发人员两年多的努力,他们提炼的植物绝缘油顺利通过国内权威机构检测,关键技术指标优于进口产品。
  如何应对植物绝缘油抗雷电冲击弱的特性,才是决定植物油变压器能否研制成功的关键。雷电冲击过电压试验就是最难的实验,“国外花了5、6年的时间才搞定,我们也失败了两次”,广州供电局试研院理化二班副班长宋浩永说,面对这个难题只能不断试验,寻找规律。再一个个排查风险点,不断优化设计方案和制造工艺。在这个过程中,还遇到了变压器油浸纸板被氧化后污染油品的难题。“我们重新更改变压器设计、制作工艺和技术方案,才得以解决这个问题。”
  功夫不负有心人,2017年10月21日,广州供电局研制的植物油变压器顺利通过所有型式试验项目,这也意味着,广州供电局历时5年,率先打破国外技术封锁,研制出中国第一台具有完全自主知识产权的110千伏植物绝缘油大型电力变压器。2018年1月9日,这台植物油变压器在广州市花都区110千伏芙蓉变电站正式投产。
  意义不止于此。这台植物油变压器的研制得到的技术经验,编入1项国家标准、3项行业标准以及6项团体标准,极大地推动了植物油变压器在国内的推广和应用,并迫使进口植物绝缘油价格从5万元/吨降到3万元/吨以下。2019年3月底,南方电网组织中国、国际变压器行业专家团队对此台变压器给出了“整体国际领先”的鉴定结果。
  这份权威的鉴定结果是对广州供电局试研院研发团队的莫大鼓励,目前,他们正在研发220千伏电压等级的植物油变压器,预计明年挂网。同时,他们将继续向500千伏电压等级发起“进攻”。“待500千伏的植物油变压器研制成功后,那就是世界上最高等级的植物油变压器了,离这个目标的实现应该不会太久了。”宋浩永信心满满地说。
  创新技术 筑智能安全网
  “你们吊车作业的时候要设置安全围栏。”“你看,这个电缆沟预制件安全养护要跟进。”番禺石壁村二组,在建的500千伏楚庭变电站的项目工地上,广州供电局项目经理谢剑翔给记者介绍变电站建设情况的空隙,总会不厌其烦地一再嘱咐现场施工人员注意安全。半天采访下来,给人最大的感受是,如果变电站也有标签或性格,那属于楚庭变电站的标签就是“技术确保安全无处不在”。
  这里的“安全”,有两层内涵:其一,在施工过程中,用各类先进、智能技术确保施工过程中的安全;其二,项目投产后,对广州城市生产、生活安全用电的改善。
  “安全”这个标签并非凭空而来,它是楚庭变电站自身禀赋决定的。500千伏楚庭输变电工程包括楚庭变电站、电力隧道和电缆线路三部分,电缆线路单线长度达20.1千米,是全国距离最长、电压最高、容量最大的500千伏陆上交联电缆项目。因项目横跨广州南站商圈和番禺万博商圈,线路全线采用隧道铺设,这就意味着要挖20公里的电力隧道。
  广州500千伏楚庭输变电站工程基地
  广州素有“地质博物馆”之称,地质情况异常复杂,如白云、花都为熔岩、土洞发育区,而项目线路经过的番禺区则是以淤泥及砂层为主,对隧道技术要求更高,电力隧道深达17米。
  电力隧道施工,是项目建设中的高风险作业。楚庭电力隧道施工以盾构工法为主,项目采用的土压平衡盾构机由前端刀盘、土仓和输送机等组成,盾构机在掘进过程,因前端刀片磨损快,需要工作人员进入到土仓内换刀。在开仓换刀期间,土仓内外压力不平衡、地层软弱都有可能发生坍塌,引发人员伤亡。
  事实上,因盾构机换刀而出现的安全事故屡见报端,为了防控风险,楚庭电力隧道工程创新性研究了冷冻刀盘开仓换刀技术,简单地说,就是在人工换刀之前,在刀盘内增加冷冻管路和制冷设备,利用冷冻刀盘逐步将土仓外的地层冷冻起来,加固让它稳定。
  此外,“我们使用的土压平衡盾构机的转弯半为80米,是国内同类盾构机中最小的,在确保隧道转弯掘进安全的同时,还可以提高掘进效率,”项目部技术管理工程师王学良对记者介绍,与此同时,项目在国内率先使用单元大容量混合型超级电容运输车,“减少盾构机等待渣土运输机的时间,让掘进效率提高5倍。”
  值得一提的是,广州供电局还运用了智能化手段来监控施工过程中的安全风险。如实时监控盾构机数据,对掘进规律进行智能分析预警和风险管控,在室内变电站建设过程中用智能无线数据采集仪,打造智慧工地,实时掌控施工过程各项指标的变化。
  广州供电局楚庭输变电建设团队
  如今,500千伏楚庭变电站建设正在如火如荼进行,预计明年4月交付使用。与其他500千伏变电站不同,它是广州市第一座500千伏GIS户内变电站,也是粤港澳大湾区建设的重点设施项目,建成后,供电范围将辐射广州的番禺区西北部、荔湾区中南部、海珠区西部和越秀区西南部,能有效解决600兆瓦负荷。
  此外,项目投产后产生的安全效应也不容忽视。2015年,广州电网500千伏广南变电站被突发龙卷风正面侵袭,因500千伏变电站布点不足,导致广州遭遇了20多年来最大范围的一次停电。楚庭站投产后,将改善城区500千伏环网布局,让广州居民生产生活用电更安全。
  攻坚克难 引领行业变革
  地处广州南站商圈的番禺区石壁村二组,地铁22号线等多个项目同时施工,好不热闹。透过无人机的视角看到,蜿蜒的22号地铁线经过陈头岗停车场附近时,像一个大大的问号,将楚庭变电站项目包裹其中,当两个项目同时施工,楚庭变电站遇到了同类项目中罕见的用水、用电、用路困难。
  当天的采访,项目经理谢剑翔不断接到项目工地打来的电话,需要他出面和周边工地协调。“这个工程在建设过程中需要一直协调用水、用路的问题”。
  最艰难的时候,是今年夏天,工地的供水管道“一周被压断三次”,因吃饭洗澡的水都没有,工人都走了,工程进度也因此被耽搁。最危险的时候,是下雨天,因工地被包围,地势发生改变,排水管道被堵,两米多高的电箱被淹了一半,极容易发生漏电事故。为了解决这些困难,他们想尽各种办法,多次上报区政府请求协调,解决了项目用水、用路难的问题。
  相比楚庭变电站遇到的项目管理上的难题,植物油变压器需要克服的困难是用自主研发突破外国核心技术的封锁。
  2016年5月中下旬的一天,“砰”的一声闷响,正在试验操作现场的宋浩永感到情况不妙,“坏了,出问题了,这声音是变压器里面传出来的,”作为主创团队成员之一,宋浩永立马做出专业判断。过了两个小时,取出油样分析,果不其然,某部分的放电指标升高了多倍,“但完全不知道放电部位在哪里。”
  面对突如其来的失败,一时间,宋浩永和他的团队不知从何下手,正当他们一筹莫展时,“有国外厂家找到我们,愿意免费提供油品并给予大型植物油电力变压器设计制造的技术指导,被我们毫不犹豫拒绝了。”宋浩永说,这台变压器是国内行业标杆,一旦用了外国的技术,这对国内产业是毁灭性打击,他们选择了将自主研发走到底。
  如何突破?他们逐个排查风险,同时将负责初设的沈阳研究院、设备厂家和重庆大学的专家悉数请到现场,集思广益,寻找事故原因、商量对策。在经过团队没日没夜地奋斗一个多月后,终于找到了解决问题的方案。
  步履不停,创新不止。从自主研发突破国外植物油变压器核心技术的封锁,到创新电力隧道挖掘技术,广州供电人攻坚克难、勇于创新的职业本色展露无遗。
  攻坚克难的电网铁军
  诚然,每种职业都有其职业本色,它们能在艰难的时候,激发闪耀的人性。但不同的是,广州供电的职业本色,造福了广州1400余万市民生活用电的便利与安全,创造了一系列的骄人成绩:国内首台110千伏植物油电力变压器,国内距离最长、电压最高、容量最大的500千伏陆上交联电缆,国内首个3D打印配电房,填补行业技术空白,引领行业变革。
  这些瞩目的成绩是广州供电人职业本色的外化,更是广州供电局技术创新的结晶,也彰显着广州电力向高端制造、智能制造、绿色制造进军的决心。
  未来已来,如何满足粤港澳大湾区建设提出的用电需求,如何应对人工智能时代带来的电力发展挑战,如何更好地满足人们对美好生活的电力需求?广州供电局将以更谦卑的姿态继续前行:攻坚克难助突破,技术创新促变革,让广州电力发展勇立潮头。
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