檢查消缺、竣工驗收、系統(tǒng)調(diào)試……6月16日，位于江蘇常熟的虞城換流站內(nèi)，工作人員正緊張地忙碌著，為即將到來的帶電試運行“大考”做著最后的準備工作。預(yù)計6月底，來自2000多公里外、我國第二大水電站——白鶴灘水電站的首批400萬千瓦清潔水電，將途經(jīng)四川、重慶、湖北、安徽四省市，在這里落地，為華東地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展注入強勁動力。
一頭是大江奔流，一頭是萬家燈火。連接它們的“通道”，便是被稱為“電力高速路”的特高壓輸電工程。
如今，我國特高壓技術(shù)標準即是國際標準，特高壓輸電技術(shù)成為我國制造業(yè)的一張名片。在中宣部近日舉行的“中國這十年”系列主題新聞發(fā)布會上，科技部部長王志剛表示，特高壓輸電處于先進水平，重大技術(shù)突破帶動特高壓輸電工程迅猛發(fā)展。
那么，什么是特高壓?作為目前世界上最先進的輸電技術(shù)，特高壓究竟“特”在哪兒?中國特高壓輸電技術(shù)如何獨步全球?記者近日采訪了國家電網(wǎng)有關(guān)負責(zé)同志。
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輸電距離遠、輸送容量大、運行損耗低……
特高壓讓“電從遠方來”成為現(xiàn)實
我國西北部，青海省共和縣的海南州綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展園區(qū)，風(fēng)力發(fā)電機的葉片迎風(fēng)飛轉(zhuǎn)，陽光照射蔚藍的電池板……風(fēng)、光被“捕捉”進一條條輸電線。據(jù)介紹，這里的光伏、風(fēng)電、光熱新能源裝機容量超過2000萬千瓦。
通過青海—河南±800千伏特高壓直流輸電工程，地處中原的河南人民得以共享這份“綠色紅利”。
特高壓輸電技術(shù)，是指交流1000千伏、直流±800千伏及以上的輸電技術(shù)，是目前世界上電壓等級最高、技術(shù)最先進的輸電技術(shù)。這一輸電技術(shù)顛覆了中國傳統(tǒng)的能源輸送模式。
眾所周知，我們生產(chǎn)生活中所用的電，是經(jīng)過電網(wǎng)送入工廠樓宇、千家萬戶。電網(wǎng)由低壓、中壓、高壓、超高壓、特高壓等不同的電壓等級構(gòu)成。比如，居民生活用電通常是220伏和380伏，屬于低壓范疇;工業(yè)用電一般是中壓范疇。由此看來，特高壓比我們?nèi)粘Ｉ钣秒婋妷焊叱鰯?shù)千倍。
在我國發(fā)展特高壓輸電技術(shù)之前，500千伏的超高壓輸電系統(tǒng)有力支撐了我國經(jīng)濟社會發(fā)展。傳統(tǒng)的電力供應(yīng)模式，通常是哪里缺電就在哪里建電廠。但我國能源資源與需求呈逆向分布，即70%以上的能源需求集中在中東部地區(qū)，而大量可用能源資源，如化石能源、水能、風(fēng)能、太陽能等，卻遠離需求中心，集中在西北、西南地區(qū)。
如何將西部大規(guī)模的能源，尤其是清潔能源跨越數(shù)千公里送到東部?特高壓輸電技術(shù)成為必然選擇。
“電能傳輸同樣的距離，電壓等級越高，輸送容量越大，電能損耗越小，電網(wǎng)輸電能力也就越強。”國網(wǎng)江蘇省電力有限公司建設(shè)部計劃處處長陳松濤告訴記者，與500千伏超高壓輸電相比，特高壓輸電具有許多優(yōu)勢。
記者了解到，電網(wǎng)輸電能力的大小，與電壓的平方成正比，輸電損耗與電壓的平方成反比。這也就意味著，當電網(wǎng)電壓從500千伏提高到1000千伏，其輸送容量可提高到原來的4倍，輸電損耗可降低到原來的四分之一。
“特高壓輸電線路就好比是電力高速公路，與普通線路相比，輸送容量更大，輸電效率更高。”國網(wǎng)江蘇興力工程管理公司工程部副主任王世巍給記者打了個比方，“運行損耗小，輸送距離也更遠，可達2000公里甚至3000公里以上，能覆蓋我國所有的大型能源基地和用電負荷中心。”
不僅如此，由于特高壓技術(shù)大幅提高了架空線路的利用效率，還能夠節(jié)省大量土地資源。
諸多優(yōu)勢，讓特高壓被視為輸電網(wǎng)絡(luò)的主動脈。
2009年，我國第一條，也是世界首個特高壓工程——晉東南—南陽—荊門1000千伏特高壓交流試驗示范工程投入商業(yè)運行，成功將山西煤電送到千里之外的湖北，讓“電從遠方來”成為現(xiàn)實。
經(jīng)過十余年發(fā)展，目前我國建成的特高壓輸電線路已有數(shù)十條。僅國家電網(wǎng)公司就累計建成29項特高壓工程，包括15個特高壓交流工程和14個特高壓直流工程，在運在建工程線路長度達到4.6萬公里，可繞赤道一圈還多。“十四五”期間，國家電網(wǎng)共規(guī)劃建設(shè)特高壓工程“24交14直”，涉及線路3萬余公里。
2
理論、技術(shù)、裝備等取得全面突破……
自主創(chuàng)新讓中國標準成世界標準
6月15日，江蘇常熟。一大早，陳松濤就來到了±800千伏特高壓虞城換流站的閥廳。抬頭仰望閥塔上的每一個組件、每一顆螺栓、每一根水管，他感慨萬千。
作為“西電東送”核心樞紐工程——白鶴灘—江蘇±800千伏特高壓直流輸電工程的受端站，虞城換流站即將迎來帶電試運行的考驗。“這是我們一年多來的努力成果。”全程參與該項目建設(shè)的陳松濤十分激動，他告訴記者，“就像是看著自己的孩子慢慢長大了，要離開家了。”
能夠讓有著20年電力行業(yè)工作經(jīng)歷的陳松濤如此激動，還在于虞城換流站是世界首座采用常規(guī)直流和柔性直流混合級聯(lián)接線方式的換流站，這是特高壓輸電領(lǐng)域的又一技術(shù)創(chuàng)新。
“同時兼顧常規(guī)直流輸電大容量、遠距離和柔性直流控制靈活、電壓動態(tài)支撐能力強的特點。”陳松濤告訴記者。
換流站，特高壓直流輸電系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的一環(huán)。
“我們平時所用的電大部分是交流電。在直流輸電工程中，在發(fā)電端要先將交流變?yōu)橹绷?，通過輸電導(dǎo)線到受電端后，再將直流變?yōu)榻涣鳌?rdquo;王世巍解釋道。以白江線為例，起于四川涼山布拖換流站，止于江蘇常熟虞城換流站。來自白鶴灘水電站的清潔電力經(jīng)過升壓進入布拖換流站，在布拖換流站完成整流，通過“高速路”一站直達虞城換流站，在虞城換流站完成逆變后，再通過江蘇地區(qū)交流電網(wǎng)降壓分配。
換流閥是換流站的核心設(shè)備，堪稱“心臟”。20多年前，我國直流換流閥還全部依賴進口，而且必須“連換流站內(nèi)草皮打包一齊買”。因此，我國直流換流閥研發(fā)工程又被稱為“爭氣閥”。
僅一年多的時間，我國研發(fā)團隊就完成了“爭氣閥”的研發(fā)，而且有著國外產(chǎn)品無法比擬的優(yōu)勢：比其他換流閥額定電流更高，換流容量更大。
“從超高壓到特高壓、從交流到直流，這一系列技術(shù)革新給系統(tǒng)設(shè)計、設(shè)備研發(fā)、現(xiàn)場建設(shè)、調(diào)試運行等帶來了全方面的挑戰(zhàn)。”王世巍告訴記者，要保證特高壓工程按照設(shè)計標準安全穩(wěn)定運行，不僅對換流閥，對換流變壓器、控制保護系統(tǒng)、調(diào)試運行等一系列關(guān)鍵設(shè)備、關(guān)鍵技術(shù)等都提出了更高的標準和要求。
從上世紀60年代開始，許多傳統(tǒng)的電力強國花費巨大精力投入特高壓技術(shù)研發(fā)，但都沒取得成功。對于我國而言，由于地形復(fù)雜、氣候多變，研究特高壓更是難上加難。
完全從零開始。2004年以來，國家電網(wǎng)公司聯(lián)合各方力量，在特高壓理論、技術(shù)、標準、裝備及工程建設(shè)、運行等方面取得全面創(chuàng)新突破，掌握了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的特高壓輸電技術(shù)，并將特高壓技術(shù)和設(shè)備輸出國外，率先建立了完整的技術(shù)標準體系，并讓中國標準成為世界標準，實現(xiàn)了“中國創(chuàng)造”和“中國引領(lǐng)”。
如今，身在常熟的陳松濤，時不時地會到蘇州經(jīng)開區(qū)偉業(yè)路1088號看一看。那里立著目前世界上電壓等級最高、輸送容量最大、技術(shù)水平最先進的超長距離GIL(氣體絕緣金屬封閉輸電線路)管廊工程模型。
3
監(jiān)測設(shè)備自動報警、機器人自主攀爬清污……
智能化裝置守護電網(wǎng)安全
馮新巖，國網(wǎng)山東省電力公司超高壓公司變電檢修中心五級職員、電氣試驗班副班長，也是國家電網(wǎng)公司首席專家。
他的工作，被形象地稱為“電網(wǎng)醫(yī)生”。為特高壓電網(wǎng)設(shè)備“體檢”，及時發(fā)現(xiàn)隱藏在設(shè)備中的隱患，把隱患消除在萌芽狀態(tài)，給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行提供技術(shù)支撐，是其工作的重要內(nèi)容。
這段時間，正是他一年中最忙的時節(jié)。為全力保障迎峰度夏電力安全穩(wěn)定供應(yīng)，他和同事們要對省內(nèi)所有特高壓線路及變電站、換流站設(shè)備進行一輪巡檢。
“我又多了幾名‘新同事’。”6月16日，記者聯(lián)系到馮新巖時，他剛剛結(jié)束了在榆橫—濰坊1000千伏特高壓交流輸變電工程的終端站——昌樂變電站的工作。
令記者沒想到的是，他口中的“新同事”，竟是幾個并不大的長方體箱柜。
“這里面裝著的是智能化監(jiān)測裝置，可對變壓器核心部件——套管的絕緣狀態(tài)、運行情況等進行實時監(jiān)測。一旦哪個套管狀態(tài)異常，智能化監(jiān)測裝置將會對后臺發(fā)出警報。”馮新巖解釋道，在山東輸變電設(shè)備健康評估系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，“智慧醫(yī)生”的投用進一步降低了電力檢修人員的工作強度和危險性，提高了作業(yè)效率。
山東省內(nèi)首個±800千伏特高壓直流輸電工程——內(nèi)蒙古扎魯特至山東青州輸電工程的受端站廣固換流站也剛剛結(jié)束了年度檢修。一款基于全自動智能作業(yè)技術(shù)的絕緣子專用清污機器人在此次檢修中得到首次應(yīng)用，該機器人搭載了智能識污芯片及多任務(wù)管理模塊，能夠自主進行絕緣子攀爬、傘裙識別及污垢判別等，安全高效地完成絕緣子清污工作，有效解決人工清洗效率低、登高作業(yè)安全風(fēng)險高等難題。
據(jù)國網(wǎng)山東省電力公司有關(guān)負責(zé)同志介紹，此次特高壓工程年度檢修中，“智能化”深入到了每一個工作場景，為全省特高壓日常運維和安全管控工作提供了有力保障。
專業(yè)人士介紹，由于特高壓輸電的電壓等級高、周圍電場強度大、輸電距離普遍較遠、線路翻山越嶺跨江過海等，特高壓設(shè)備檢修工作難度很大。近年來，隨著直升機巡檢、無人機巡檢、在線監(jiān)測、激光掃描、數(shù)字孿生等現(xiàn)代技術(shù)、智能設(shè)備的普及應(yīng)用和迭代升級，電網(wǎng)設(shè)備檢修工作越來越“智慧”。
前不久，在浙江湖州，還實現(xiàn)了全國首次特高壓密集通道直升機帶電作業(yè)，成功連續(xù)消除特高壓密集通道內(nèi)兩處缺陷隱患，保障了特高壓大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。
“我們在攻克特高壓密集通道作業(yè)技術(shù)難點的同時，針對不同缺陷類型，創(chuàng)新應(yīng)用吊籃、吊索兩種不同工法進行直升機帶電作業(yè)連續(xù)消除缺陷，僅用1個多小時就完成了維修。”國網(wǎng)湖州供電公司運檢部副主任岳靈平介紹，該作業(yè)使檢修效率提高了80%，減少停電時間5小時，向長三角增加送電1800萬千瓦時，相當于300萬戶居民一天的用電量，標志著我國特高壓運維技術(shù)實現(xiàn)新突破。
“傳統(tǒng)輸電線路巡檢主要靠人，能否巡視到位看天氣、發(fā)現(xiàn)問題缺陷靠眼睛、故障分析研判憑經(jīng)驗，技術(shù)手段單一，工作效率較低。如今，已經(jīng)實現(xiàn)了從‘人巡’到‘機巡’、再到‘智巡’的轉(zhuǎn)變。”國網(wǎng)山東省電力公司超高壓公司輸電檢修中心的李敏告訴記者。
