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±800千伏灵州—绍兴特高压直流输电工程引领成套设计“中国标准”

编辑:   发布时间:2016-07-28

       目前,±800千伏灵州—绍兴特高压直流输电工程即将投运,由国网北京经济技术研究院(简称“国网经研院”)负责的特高压直流工程成套设计取得突破,进一步确立了我国在特高压直流工程输电技术方面的引领地位。通过国网经研院直流成套设计咨询中心设计团队的努力,该工程成套设计在无功补偿与控制策略、接入750千伏系统、交流滤波器结构设计、不同技术路线设备之间的接口、首次接入交流750千伏的直流800千伏阀厅设计等方面取得了实质性突破,大大提高了工程国产化率,提升了我国输变电制造业自主创新能力。

       5月4日,位于浙江诸暨市次坞镇的±800千伏灵州—绍兴特高压直流输电工程绍兴换流站内一派繁忙景象,工作人员有条不紊地对各项电力设施进行最后的调试。在调试现场,来自国网经研院直流设计咨询中心设备处的工作人员季一鸣告诉记者,为了保障工程调试的顺利进行,她已经在现场参加联合调试两周,此次双极低端换流器顺利启动,标志着绍兴换流站双极低端系统带电调试正式开始,工程具备接收电能条件。

       据了解,作为我国“加快推进大气污染防治行动计划12条重点输电通道”之一,±800千伏灵州—绍兴特高压直流工程将有效承接西北风电和太阳能等新能源,每年减排二氧化碳4375万吨,每年减排二氧化硫18.5万吨,在全国范围内能源资源优化配置、节能减排和雾霾治理中发挥重要作用。该工程采用了1250平方毫米世界较大截面导线,每千公里的输电损耗仅为2.79%,建成后将是世界上单位输电距离损耗最低的直流输电工程之一。

       作为国家电网企业直流特高压输电工程的技术支撑部门,国网经研院直流技术咨询中心负责梳理总结常规直流工程及已投运特高压直流工程成套设计的经验和运行成果,负责落实“国家电网企业防止直流换流站单、双极强迫停运21项反事故措施”。目前,±800千伏灵州—绍兴特高压直流工程即将顺利投运,是国网经研院直流成套设计团队创新成果的汇聚。

       标准化设计与可靠性并行

       成套设计是特高压直流示范工程设计建设的关键环节,是直流关键技术和核心成果的集成,是工程的总体技术方案,是实现直流工程整体功能的技术基础。该工程目前的技术水平究竟如何,它的直接效益体现在何处?“±800千伏灵州—绍兴特高压直流工程作为第一条接入交流750千伏的±800千伏直流成套设计项目,双极额定输送功率800万千瓦,输电距离1720千米,工程静态投资211亿元,同比这么长距离大功率的采用交流500千伏系统输电,投资更省,线路走廊占用更少。”国网经研院直流成套设计咨询中心主任陈东先容说。 在接到国家电网企业的任务后,国网经研院马上组织精兵强将,针对工程首次实现特高压直流接入750千伏交流的技术开展重点研究,全面开展特高压直流工程成套设计,确保工程可靠性、经济性和建设进度。

       经过几个月的努力,国网经研院直流技术咨询中心形成成套设计研究报告28册,其中,包括:《主回路参数设计》、《过电压与绝缘配合研究》、《无功功率补偿与控制研究》、《交流滤波器定值研究》、《交流滤波器分组容量优化研究》、《直流控制保护系统设计》等关键技术报告和成套设计书5册。同时,完成灵州站和绍兴站主设备技术规范共47册,包括:《换流阀设备技术规范》、《换流变压器设备技术规范》、《平波电抗器设备技术规范》、《直流开关设备技术规范》等,联调试验报告6册,为工程主设备采购提供详细的技术支撑。

       国网经研院直流中心作为国内首个采用全3D技术完成直流换流站设计的负责单位,多项设计成果均为国内首创。此次,该工程阀厅设计作为首次接入交流750千伏的直流换流站800千伏阀厅设计,既是目前国内第一个,目前世界上首个,也是由国网经研院独立完成的。

       此外,国网经研院还负责该工程的控制保护联调实验,即:在工程用的控制保护设备运至现场前,预先在实验室通过搭建好的闭环实时数字仿真系统进行一系列试验,以测试控制保护系统的功能、性能及与其他二次系统的接口。国网经研院直流中心共负责完成该工程控制保护联调实验1422项,发现并消除重要技术问题22个。这对于保障工程顺利推进,提高直流工程运行可靠性具有重要意义。 设计过程中,国网经研院直流中心严格落实国家电网企业防止直流换流站单、双极强迫停运21项反事故措施和国家电网企业18项电网重大反事故措施,分析总结±800千伏哈密—郑州工程、±800千伏溪洛渡左岸—浙江金华工程的调试经验,并及时在成套设计和技术规范中落实,依托工程开展了《提高交直流混合电网安全稳定性工作方案》部分研究,成果在成套设计中得到了应用;依托工程编制了《±800千伏特高压直流输电工程换流站工程改进完善措施》和《防止直流工程闭锁改进措施专题手册》,成为特高压直流工程设计的引导性文件。

       直流输电首次接入750千伏系统

       ±800千伏灵州—绍兴特高压直流工程起于宁夏银川。近几年,宁夏电网新能源装机呈爆发式增长,宁夏电力通过建设750千伏坚强主环网、开发新能源功率预测系统及控制系统等举措,在电网运行中逐步缓解新能源并网及消纳带来的压力。但由此也带来了该工程直流成套设计需要解决的一个新的技术问题,即:±800千伏特高压直流系统网侧接入750千伏交流系统。

       国网经研院该工程直流成套设计项目负责人———直流设计咨询中心设备处处长张涛博士说:“目前,±800千伏特高压直流网侧接入500千伏交流系统已有多个工程建设和运行经验,但直接接入750千伏交流系统目前尚为世界首次。”张涛先容,研究分析表明,±800千伏特高压直流接入750千伏交流电网时,需解决系统稳定、滤波器设计、空气净距选取等基础性科研问题,同时还要攻克换流站内关键设备(如:换流变压器、交流滤波 器断路器、组合电器等)的研制等难题。

       在这些难题中,首先需要完成网侧750千伏换流变压器的设计。张涛强调,对于±800千伏灵州—绍兴直流工程,送端换流站换流变网侧直接接入750千伏,要求铁路运输,尺寸重量限制严格。国网经研院需要研究750千伏网侧出线结构和有限尺寸下的换流变整体绝缘设计问题,并保证内部电气强度裕度。通过组织有关单位、专家反复研究讨论,确定了网侧750千伏特高压换流变的主要技术参数,避免了分接开关研制难题。国网经研院在保证绝缘裕度的前提下,通过优化油箱和线圈结构设计,使换流变尺寸满足铁路运输要求。

       国网经研院同时搭建仿真模型,根据规划中特高压直流工程750千伏滤波器小组断路器实际存在极端工况的仿真计算结果,考虑设备实际制造能力,确定恢复电压值为2100千伏,提出了断路器恢复电压的试验标准以及试验方法,制定了加装合闸电阻抑制合闸涌流方案,推荐采用1500欧的合闸电阻,并提出了相应的技术参数。

       在750千伏交流滤波器设计时,国网经研院多次组织设计单位和设备厂家进行深入研究,创造性地提出采用双桥差不平衡电流保护方案,提高了不平衡电流保护的灵敏性和可靠性。

       国网经研院在设计网侧接入750千伏换流变的交流空气间隙与阀厅时,提出换流变压器网侧套管适当偏心布置方案。

       与以往所有特高压直流输电工程巡视走道设计方案不同,国网经研院提出了两种通长式巡视走道设计方案,并对巡视走道至阀塔的空气间隙取值进行了优化,有效地控制了阀厅宽度。

       换流站综合损耗创新低纪录

       “创新”是国网经研院的企业价值理念之一,也是国网经验院直流技术攻关团队的力量源泉。工程的创新,不仅是在技术层面上,更体现在施工应用等全方位。

       “工程首次提出并研究交流滤波器预装式方舱方案,实现滤波器的就地控制,节省控制楼建筑面积;交流滤波器小组数目优化,均为四大组、16小组,节约占地和工程投资;研究了不同技术路线换流变压器接入同一12脉动换流器的可行性。”谈 到该工程的直观建设施工创新成果,国网经研院直流技术咨询中心的换流站处处长吴方劼博士一口气说了出来。

       据了解,灵州站和绍兴站的交流滤波器小组数目分别由工程可研收口的20组和19组均优化到16组,大幅度降低了交流滤波器的损耗,减少了换流站占地。同时,换流站高低端换流变压器运输时按共轨设计,大大优化了换流变广场尺寸。此类设计优化举措对于需要开山建站的绍兴换流站优化占地面积,减少挖填方工程量具有重要意义。

       在工程中,国网经研院直流成套设计团队通过优化变压器设计、降低换流变短路阻抗损耗等手段,使灵州站比短路阻抗优化前损耗降低4.1%,控制到仅比哈密换流站(短路阻抗20%)增大9%的水平。绍兴换流站换流变短路阻抗损耗比±800千伏哈密—郑州工程降低5%。

       ±800千伏灵州—绍兴工程首次研发并应用75豪亨的平波电抗器,灵州站平波电抗器损耗为3050千瓦,比±800千伏哈密—郑州工程降低5.3%,绍兴站损耗为2440千瓦,比±800千伏哈密—郑州工程降低11%。

       国网经研院降低晶闸管的通态电压降,降低导通损耗、改善晶闸管的开通特性,降低扩散损耗、降低阀主回路导体电阻(增大导体截面积、降低接触电阻等措施)降低导通损耗、降低串联电容交流耦合电路的阻性元件阻值和非导通期间阀两端的电压,降低阻尼损耗、研制反向恢复期电荷更优化的晶闸管降低关断损耗。    灵州换流站阀损耗比±800千伏哈密—郑州工程降低1%,绍兴换流站阀损耗比±800千伏哈密—郑州工程降低3%。

       在成套设计之初,国家电网企业相关负责人就提出:要注重设计功能的完善性,满足运行维护的安全性和方便性;注重设计方案的合理性,满足施工的方便性;学习借鉴优秀工程的经验,把创建优质精品工程的要求落实到每个局部设计方案的细节上;高度重视特高压工程的经济性。从目前来看,国网经研院直流成套设计团队成功贯彻了这些设计引导理念,在满足这些要求同时,推动了大国工程中的“中国标准”落地。

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