紹興換流站交流場、交流濾波器場低壓電抗、電阻、電容元件，布局整齊緊湊，節(jié)省了大量空間。王旋 攝
目前，±800千伏靈州—紹興特高壓直流輸電工程即將投運(yùn)，由國網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院（簡稱“國網(wǎng)經(jīng)研院”）負(fù)責(zé)的特高壓直流工程成套設(shè)計(jì)取得突破，進(jìn)一步確立了我國在特高壓直流工程輸電技術(shù)方面的引領(lǐng)地位。通過國網(wǎng)經(jīng)研院直流成套設(shè)計(jì)咨詢中心設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的努力，該工程成套設(shè)計(jì)在無功補(bǔ)償與控制策略、接入750千伏系統(tǒng)、交流濾波器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、不同技術(shù)路線設(shè)備之間的接口、首次接入交流750千伏的直流800千伏閥廳設(shè)計(jì)等方面取得了實(shí)質(zhì)性突破，大大提高了工程國產(chǎn)化率，提升了我國輸變電制造業(yè)自主創(chuàng)新能力。
5月4日，位于浙江諸暨市次塢鎮(zhèn)的±800千伏靈州—紹興特高壓直流輸電工程紹興換流站內(nèi)一派繁忙景象，工作人員有條不紊地對各項(xiàng)電力設(shè)施進(jìn)行最后的調(diào)試。在調(diào)試現(xiàn)場，來自國網(wǎng)經(jīng)研院直流設(shè)計(jì)咨詢中心設(shè)備處的工作人員季一鳴告訴記者，為了保障工程調(diào)試的順利進(jìn)行，她已經(jīng)在現(xiàn)場參加聯(lián)合調(diào)試兩周，此次雙極低端換流器順利啟動，標(biāo)志著紹興換流站雙極低端系統(tǒng)帶電調(diào)試正式開始，工程具備接收電能條件。
據(jù)了解，作為我國“加快推進(jìn)大氣污染防治行動計(jì)劃12條重點(diǎn)輸電通道”之一，±800千伏靈州—紹興特高壓直流工程將有效承接西北風(fēng)電和太陽能等新能源，每年減排二氧化碳4375萬噸，每年減排二氧化硫18.5萬噸，在全國范圍內(nèi)能源資源優(yōu)化配置、節(jié)能減排和霧霾治理中發(fā)揮重要作用。該工程采用了1250平方毫米世界較大截面導(dǎo)線，每千公里的輸電損耗僅為2.79%，建成后將是世界上單位輸電距離損耗最低的直流輸電工程之一。
作為國家電網(wǎng)公司直流特高壓輸電工程的技術(shù)支撐部門，國網(wǎng)經(jīng)研院直流技術(shù)咨詢中心負(fù)責(zé)梳理總結(jié)常規(guī)直流工程及已投運(yùn)特高壓直流工程成套設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)和運(yùn)行成果，負(fù)責(zé)落實(shí)“國家電網(wǎng)公司防止直流換流站單、雙極強(qiáng)迫停運(yùn)21項(xiàng)反事故措施”。目前，±800千伏靈州—紹興特高壓直流工程即將順利投運(yùn)，是國網(wǎng)經(jīng)研院直流成套設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新成果的匯聚。
標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)與可靠性并行
成套設(shè)計(jì)是特高壓直流示范工程設(shè)計(jì)建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是直流關(guān)鍵技術(shù)和核心成果的集成，是工程的總體技術(shù)方案，是實(shí)現(xiàn)直流工程整體功能的技術(shù)基礎(chǔ)。該工程目前的技術(shù)水平究竟如何，它的直接效益體現(xiàn)在何處？
“±800千伏靈州—紹興特高壓直流工程作為第一條接入交流750千伏的±800千伏直流成套設(shè)計(jì)項(xiàng)目，雙極額定輸送功率800萬千瓦，輸電距離1720千米，工程靜態(tài)投資211億元，同比這么長距離大功率的采用交流500千伏系統(tǒng)輸電，投資更省，線路走廊占用更少。”國網(wǎng)經(jīng)研院直流成套設(shè)計(jì)咨詢中心主任陳東介紹說。
在接到國家電網(wǎng)公司的任務(wù)后，國網(wǎng)經(jīng)研院立即組織精兵強(qiáng)將，針對工程首次實(shí)現(xiàn)特高壓直流接入750千伏交流的技術(shù)開展重點(diǎn)研究，全面開展特高壓直流工程成套設(shè)計(jì)，確保工程可靠性、經(jīng)濟(jì)性和建設(shè)進(jìn)度。
經(jīng)過幾個(gè)月的努力，國網(wǎng)經(jīng)研院直流技術(shù)咨詢中心形成成套設(shè)計(jì)研究報(bào)告28冊，其中，包括：《主回路參數(shù)設(shè)計(jì)》、《過電壓與絕緣配合研究》、《無功功率補(bǔ)償與控制研究》、《交流濾波器定值研究》、《交流濾波器分組容量優(yōu)化研究》、《直流控制保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)》等關(guān)鍵技術(shù)報(bào)告和成套設(shè)計(jì)書5冊。同時(shí)，完成靈州站和紹興站主設(shè)備技術(shù)規(guī)范共47冊，包括：《換流閥設(shè)備技術(shù)規(guī)范》、《換流變壓器設(shè)備技術(shù)規(guī)范》、《平波電抗器設(shè)備技術(shù)規(guī)范》、《直流開關(guān)設(shè)備技術(shù)規(guī)范》等，聯(lián)調(diào)試驗(yàn)報(bào)告6冊，為工程主設(shè)備采購提供詳細(xì)的技術(shù)支撐。
國網(wǎng)經(jīng)研院直流中心作為國內(nèi)首個(gè)采用全3D技術(shù)完成直流換流站設(shè)計(jì)的負(fù)責(zé)單位，多項(xiàng)設(shè)計(jì)成果均為國內(nèi)首創(chuàng)。此次，該工程閥廳設(shè)計(jì)作為首次接入交流750千伏的直流換流站800千伏閥廳設(shè)計(jì)，既是目前國內(nèi)第一個(gè)，目前世界上首個(gè)，也是由國網(wǎng)經(jīng)研院獨(dú)立完成的。
此外，國網(wǎng)經(jīng)研院還負(fù)責(zé)該工程的控制保護(hù)聯(lián)調(diào)實(shí)驗(yàn)，即：在工程用的控制保護(hù)設(shè)備運(yùn)至現(xiàn)場前，預(yù)先在實(shí)驗(yàn)室通過搭建好的閉環(huán)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真系統(tǒng)進(jìn)行一系列試驗(yàn)，以測試控制保護(hù)系統(tǒng)的功能、性能及與其他二次系統(tǒng)的接口。國網(wǎng)經(jīng)研院直流中心共負(fù)責(zé)完成該工程控制保護(hù)聯(lián)調(diào)實(shí)驗(yàn)1422項(xiàng)，發(fā)現(xiàn)并消除重要技術(shù)問題22個(gè)。這對于保障工程順利推進(jìn)，提高直流工程運(yùn)行可靠性具有重要意義。
設(shè)計(jì)過程中，國網(wǎng)經(jīng)研院直流中心嚴(yán)格落實(shí)國家電網(wǎng)公司防止直流換流站單、雙極強(qiáng)迫停運(yùn)21項(xiàng)反事故措施和國家電網(wǎng)公司18項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施，分析總結(jié)±800千伏哈密—鄭州工程、±800千伏溪洛渡左岸—浙江金華工程的調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，并及時(shí)在成套設(shè)計(jì)和技術(shù)規(guī)范中落實(shí)，依托工程開展了《提高交直流混合電網(wǎng)安全穩(wěn)定性工作方案》部分研究，成果在成套設(shè)計(jì)中得到了應(yīng)用；依托工程編制了《±800千伏特高壓直流輸電工程換流站工程改進(jìn)完善措施》和《防止直流工程閉鎖改進(jìn)措施專題手冊》，成為特高壓直流工程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)性文件。
直流輸電首次接入750千伏系統(tǒng)
±800千伏靈州—紹興特高壓直流工程起于寧夏銀川。近幾年，寧夏電網(wǎng)新能源裝機(jī)呈爆發(fā)式增長，寧夏電力通過建設(shè)750千伏堅(jiān)強(qiáng)主環(huán)網(wǎng)、開發(fā)新能源功率預(yù)測系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等舉措，在電網(wǎng)運(yùn)行中逐步緩解新能源并網(wǎng)及消納帶來的壓力。但由此也帶來了該工程直流成套設(shè)計(jì)需要解決的一個(gè)新的技術(shù)問題，即：±800千伏特高壓直流系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)接入750千伏交流系統(tǒng)。
國網(wǎng)經(jīng)研院該工程直流成套設(shè)計(jì)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人──直流設(shè)計(jì)咨詢中心設(shè)備處處長張濤博士說：“目前，±800千伏特高壓直流網(wǎng)側(cè)接入500千伏交流系統(tǒng)已有多個(gè)工程建設(shè)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，但直接接入750千伏交流系統(tǒng)目前尚為世界首次?！?/p>
張濤介紹，研究分析表明，±800千伏特高壓直流接入750千伏交流電網(wǎng)時(shí)，需解決系統(tǒng)穩(wěn)定、濾波器設(shè)計(jì)、空氣凈距選取等基礎(chǔ)性科研問題，同時(shí)還要攻克換流站內(nèi)關(guān)鍵設(shè)備（如：換流變壓器、交流濾波器斷路器、組合電器等）的研制等難題。
在這些難題中，首先需要完成網(wǎng)側(cè)750千伏換流變壓器的設(shè)計(jì)。張濤強(qiáng)調(diào)，對于±800千伏靈州—紹興直流工程，送端換流站換流變網(wǎng)側(cè)直接接入750千伏，要求鐵路運(yùn)輸，尺寸重量限制嚴(yán)格。國網(wǎng)經(jīng)研院需要研究750千伏網(wǎng)側(cè)出線結(jié)構(gòu)和有限尺寸下的換流變整體絕緣設(shè)計(jì)問題，并保證內(nèi)部電氣強(qiáng)度裕度。通過組織有關(guān)單位、專家反復(fù)研究討論，確定了網(wǎng)側(cè)750千伏特高壓換流變的主要技術(shù)參數(shù)，避免了分接開關(guān)研制難題。國網(wǎng)經(jīng)研院在保證絕緣裕度的前提下，通過優(yōu)化油箱和線圈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使換流變尺寸滿足鐵路運(yùn)輸要求。
國網(wǎng)經(jīng)研院同時(shí)搭建仿真模型，根據(jù)規(guī)劃中特高壓直流工程750千伏濾波器小組斷路器實(shí)際存在極端工況的仿真計(jì)算結(jié)果，考慮設(shè)備實(shí)際制造能力，確定恢復(fù)電壓值為2100千伏，提出了斷路器恢復(fù)電壓的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)以及試驗(yàn)方法，制定了加裝合閘電阻抑制合閘涌流方案，推薦采用1500歐的合閘電阻，并提出了相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)。
在750千伏交流濾波器設(shè)計(jì)時(shí)，國網(wǎng)經(jīng)研院多次組織設(shè)計(jì)單位和設(shè)備廠家進(jìn)行深入研究，創(chuàng)造性地提出采用雙橋差不平衡電流保護(hù)方案，提高了不平衡電流保護(hù)的靈敏性和可靠性。
國網(wǎng)經(jīng)研院在設(shè)計(jì)網(wǎng)側(cè)接入750千伏換流變的交流空氣間隙與閥廳時(shí)，提出換流變壓器網(wǎng)側(cè)套管適當(dāng)偏心布置方案。與以往所有特高壓直流輸電工程巡視走道設(shè)計(jì)方案不同，國網(wǎng)經(jīng)研院提出了兩種通長式巡視走道設(shè)計(jì)方案，并對巡視走道至閥塔的空氣間隙取值進(jìn)行了優(yōu)化，有效地控制了閥廳寬度。
換流站綜合損耗創(chuàng)新低紀(jì)錄
“創(chuàng)新”是國網(wǎng)經(jīng)研院的企業(yè)價(jià)值理念之一，也是國網(wǎng)經(jīng)驗(yàn)院直流技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)的力量源泉。工程的創(chuàng)新，不僅是在技術(shù)層面上，更體現(xiàn)在施工應(yīng)用等全方位。
“工程首次提出并研究交流濾波器預(yù)裝式方艙方案，實(shí)現(xiàn)濾波器的就地控制，節(jié)省控制樓建筑面積；交流濾波器小組數(shù)目優(yōu)化，均為四大組、16小組，節(jié)約占地和工程投資；研究了不同技術(shù)路線換流變壓器接入同一12脈動換流器的可行性?！闭劦皆摴こ痰闹庇^建設(shè)施工創(chuàng)新成果，國網(wǎng)經(jīng)研院直流技術(shù)咨詢中心的換流站處處長吳方劼博士一口氣說了出來。
據(jù)了解，靈州站和紹興站的交流濾波器小組數(shù)目分別由工程可研收口的20組和19組均優(yōu)化到16組，大幅度降低了交流濾波器的損耗，減少了換流站占地。同時(shí)，換流站高低端換流變壓器運(yùn)輸時(shí)按共軌設(shè)計(jì)，大大優(yōu)化了換流變廣場尺寸。此類設(shè)計(jì)優(yōu)化舉措對于需要開山建站的紹興換流站優(yōu)化占地面積，減少挖填方工程量具有重要意義。
在工程中，國網(wǎng)經(jīng)研院直流成套設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)通過優(yōu)化變壓器設(shè)計(jì)、降低換流變短路阻抗損耗等手段，使靈州站比短路阻抗優(yōu)化前損耗降低4.1%，控制到僅比哈密換流站（短路阻抗20%）增大9%的水平。紹興換流站換流變短路阻抗損耗比±800千伏哈密—鄭州工程降低5%。
±800千伏靈州—紹興工程首次研發(fā)并應(yīng)用75豪亨的平波電抗器，靈州站平波電抗器損耗為3050千瓦，比±800千伏哈密—鄭州工程降低5.3%，紹興站損耗為2440千瓦，比±800千伏哈密—鄭州工程降低11%。
國網(wǎng)經(jīng)研院降低晶閘管的通態(tài)電壓降，降低導(dǎo)通損耗、改善晶閘管的開通特性，降低擴(kuò)散損耗、降低閥主回路導(dǎo)體電阻（增大導(dǎo)體截面積、降低接觸電阻等措施）降低導(dǎo)通損耗、降低串聯(lián)電容交流耦合電路的阻性元件阻值和非導(dǎo)通期間閥兩端的電壓，降低阻尼損耗、研制反向恢復(fù)期電荷更優(yōu)化的晶閘管降低關(guān)斷損耗。靈州換流站閥損耗比±800千伏哈密—鄭州工程降低1%，紹興換流站閥損耗比±800千伏哈密—鄭州工程降低3%。
在成套設(shè)計(jì)之初，國家電網(wǎng)公司相關(guān)負(fù)責(zé)人就提出：要注重設(shè)計(jì)功能的完善性，滿足運(yùn)行維護(hù)的安全性和方便性；注重設(shè)計(jì)方案的合理性，滿足施工的方便性；學(xué)習(xí)借鑒優(yōu)秀工程的經(jīng)驗(yàn)，把創(chuàng)建優(yōu)質(zhì)精品工程的要求落實(shí)到每個(gè)局部設(shè)計(jì)方案的細(xì)節(jié)上；高度重視特高壓工程的經(jīng)濟(jì)性。從目前來看，國網(wǎng)經(jīng)研院直流成套設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)成功貫徹了這些設(shè)計(jì)指導(dǎo)理念，在滿足這些要求同時(shí)，推動了大國工程中的“中國標(biāo)準(zhǔn)”落地。
