檢查消缺、竣工驗收、系統調試……6月16日，位于江蘇常熟的虞城換流站內，工作人員正緊張地忙碌著(zhù)，為即將到來(lái)的帶電試運行“大考”做著(zhù)最后的準備工作。預計6月底，來(lái)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(wàn)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，為華東地區經(jīng)濟發(fā)展注入強勁動(dòng)力。
一頭是大江奔流，一頭是萬(wàn)家燈火。連接它們的“通道”，便是被稱(chēng)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(huì )上，科技部部長(cháng)王志剛表示，特高壓輸電處于先進(jìn)水平，重大技術(shù)突破帶動(dòng)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(jìn)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(fǎng)了國家電網(wǎng)有關(guān)負責同志。
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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(lái)”成為現實(shí)
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，風(fēng)力發(fā)電機的葉片迎風(fēng)飛轉，陽(yáng)光照射蔚藍的電池板……風(fēng)、光被“捕捉”進(jìn)一條條輸電線(xiàn)。據介紹，這里的光伏、風(fēng)電、光熱新能源裝機容量超過(guò)2000萬(wàn)千瓦。
通過(guò)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(jìn)的輸電技術(shù)。這一輸電技術(shù)顛覆了中國傳統的能源輸送模式。
眾所周知，我們生產(chǎn)生活中所用的電，是經(jīng)過(guò)電網(wǎng)送入工廠(chǎng)樓宇、千家萬(wàn)戶(hù)。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(lái)，特高壓比我們日常生活用電電壓高出數千倍。
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有力支撐了我國經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展。傳統的電力供應模式，通常是哪里缺電就在哪里建電廠(chǎng)。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，而大量可用能源資源，如化石能源、水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能等，卻遠離需求中心，集中在西北、西南地區。
如何將西部大規模的能源，尤其是清潔能源跨越數千公里送到東部?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部計劃處處長(cháng)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(zhù)，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(lái)的4倍，輸電損耗可降低到原來(lái)的四分之一。
“特高壓輸電線(xiàn)路就好比是電力高速公路，與普通線(xiàn)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(gè)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(xiàn)路的利用效率，還能夠節省大量土地資源。
諸多優(yōu)勢，讓特高壓被視為輸電網(wǎng)絡(luò )的主動(dòng)脈。
2009年，我國第一條，也是世界首個(gè)特高壓工程——晉東南—南陽(yáng)—荊門(mén)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(lái)”成為現實(shí)。
經(jīng)過(guò)十余年發(fā)展，目前我國建成的特高壓輸電線(xiàn)路已有數十條。僅國家電網(wǎng)公司就累計建成29項特高壓工程，包括15個(gè)特高壓交流工程和14個(gè)特高壓直流工程，在運在建工程線(xiàn)路長(cháng)度達到4.6萬(wàn)公里，可繞赤道一圈還多。“十四五”期間，國家電網(wǎng)共規劃建設特高壓工程“24交14直”，涉及線(xiàn)路3萬(wàn)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(lái)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(gè)組件、每一顆螺栓、每一根水管，他感慨萬(wàn)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(lái)帶電試運行的考驗。“這是我們一年多來(lái)的努力成果。”全程參與該項目建設的陳松濤十分激動(dòng)，他告訴記者，“就像是看著(zhù)自己的孩子慢慢長(cháng)大了，要離開(kāi)家了。”
能夠讓有著(zhù)20年電力行業(yè)工作經(jīng)歷的陳松濤如此激動(dòng)，還在于虞城換流站是世界首座采用常規直流和柔性直流混合級聯(lián)接線(xiàn)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(shí)兼顧常規直流輸電大容量、遠距離和柔性直流控制靈活、電壓動(dòng)態(tài)支撐能力強的特點(diǎn)。”陳松濤告訴記者。
換流站，特高壓直流輸電系統中最為關(guān)鍵的一環(huán)。
“我們平時(shí)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(guò)輸電導線(xiàn)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(xiàn)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(lái)自白鶴灘水電站的清潔電力經(jīng)過(guò)升壓進(jìn)入布拖換流站，在布拖換流站完成整流，通過(guò)“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(guò)江蘇地區交流電網(wǎng)降壓分配。
換流閥是換流站的核心設備，堪稱(chēng)“心臟”。20多年前，我國直流換流閥還全部依賴(lài)進(jìn)口，而且必須“連換流站內草皮打包一齊買(mǎi)”。因此，我國直流換流閥研發(fā)工程又被稱(chēng)為“爭氣閥”。
僅一年多的時(shí)間，我國研發(fā)團隊就完成了“爭氣閥”的研發(fā)，而且有著(zhù)國外產(chǎn)品無(wú)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)革新給系統設計、設備研發(fā)、現場(chǎng)建設、調試運行等帶來(lái)了全方面的挑戰。”王世巍告訴記者，要保證特高壓工程按照設計標準安全穩定運行，不僅對換流閥，對換流變壓器、控制保護系統、調試運行等一系列關(guān)鍵設備、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(kāi)始，許多傳統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(méi)取得成功。對于我國而言，由于地形復雜、氣候多變，研究特高壓更是難上加難。
完全從零開(kāi)始。2004年以來(lái)，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、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)權的特高壓輸電技術(shù)，并將特高壓技術(shù)和設備輸出國外，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(shí)現了“中國創(chuàng )造”和“中國引領(lǐng)”。
如今，身在常熟的陳松濤，時(shí)不時(shí)地會(huì )到蘇州經(jīng)開(kāi)區偉業(yè)路1088號看一看。那里立著(zhù)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(jìn)的超長(cháng)距離GIL(氣體絕緣金屬封閉輸電線(xiàn)路)管廊工程模型。
3
監測設備自動(dòng)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(cháng)，也是國家電網(wǎng)公司首席專(zhuān)家。
他的工作，被形象地稱(chēng)為“電網(wǎng)醫生”。為特高壓電網(wǎng)設備“體檢”，及時(shí)發(fā)現隱藏在設備中的隱患，把隱患消除在萌芽狀態(tài)，給電網(wǎng)安全穩定運行提供技術(shù)支撐，是其工作的重要內容。
這段時(shí)間，正是他一年中最忙的時(shí)節。為全力保障迎峰度夏電力安全穩定供應，他和同事們要對省內所有特高壓線(xiàn)路及變電站、換流站設備進(jìn)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(shí)，他剛剛結束了在榆橫—濰坊1000千伏特高壓交流輸變電工程的終端站——昌樂(lè )變電站的工作。
令記者沒(méi)想到的是，他口中的“新同事”，竟是幾個(gè)并不大的長(cháng)方體箱柜。
“這里面裝著(zhù)的是智能化監測裝置，可對變壓器核心部件——套管的絕緣狀態(tài)、運行情況等進(jìn)行實(shí)時(shí)監測。一旦哪個(gè)套管狀態(tài)異常，智能化監測裝置將會(huì )對后臺發(fā)出警報。”馮新巖解釋道，在山東輸變電設備健康評估系統的基礎上，“智慧醫生”的投用進(jìn)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。
山東省內首個(gè)±800千伏特高壓直流輸電工程——內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束了年度檢修。一款基于全自動(dòng)智能作業(yè)技術(shù)的絕緣子專(zhuān)用清污機器人在此次檢修中得到首次應用，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(jìn)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。
據國網(wǎng)山東省電力公司有關(guān)負責同志介紹，此次特高壓工程年度檢修中，“智能化”深入到了每一個(gè)工作場(chǎng)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(zhuān)業(yè)人士介紹，由于特高壓輸電的電壓等級高、周?chē)妶?chǎng)強度大、輸電距離普遍較遠、線(xiàn)路翻山越嶺跨江過(guò)海等，特高壓設備檢修工作難度很大。近年來(lái)，隨著(zhù)直升機巡檢、無(wú)人機巡檢、在線(xiàn)監測、激光掃描、數字孿生等現代技術(shù)、智能設備的普及應用和迭代升級，電網(wǎng)設備檢修工作越來(lái)越“智慧”。
前不久，在浙江湖州，還實(shí)現了全國首次特高壓密集通道直升機帶電作業(yè)，成功連續消除特高壓密集通道內兩處缺陷隱患，保障了特高壓大電網(wǎng)安全穩定運行。
“我們在攻克特高壓密集通道作業(yè)技術(shù)難點(diǎn)的同時(shí)，針對不同缺陷類(lèi)型，創(chuàng )新應用吊籃、吊索兩種不同工法進(jìn)行直升機帶電作業(yè)連續消除缺陷，僅用1個(gè)多小時(shí)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(shí)間5小時(shí)，向長(cháng)三角增加送電1800萬(wàn)千瓦時(shí)，相當于300萬(wàn)戶(hù)居民一天的用電量，標志著(zhù)我國特高壓運維技術(shù)實(shí)現新突破。
“傳統輸電線(xiàn)路巡檢主要靠人，能否巡視到位看天氣、發(fā)現問(wèn)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(shí)現了從‘人巡’到‘機巡’、再到‘智巡’的轉變。”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。
