在龍門換流站的閥廳網架施工過程中，廣東電網能源發(fā)展公司首次對閥廳網架通過計算機仿真模擬,將重達700多噸的閥廳網架實現(xiàn)整體同步提升。 楊惠平 攝
柳州換流站極1低端閥廳建設現(xiàn)場。 劉志東 攝
今年12月15日，柳北換流站工作人員檢查極1高端閥廳穿墻套管六氟化硫壓力數(shù)值?！∧暇W傳媒全媒體記者 李志杰 攝
“這個工程形成了特高壓常規(guī)直流與柔性直流混合研究設計方案并落地，對我國乃至世界電網發(fā)展都具有引領示范作用，是世界電網發(fā)展史上的一座里程碑?！敝袊こ淘涸菏?、南方電網公司專家委員會主任委員李立浧表示。
昆柳龍直流工程是世界上首個特高壓多端混合直流工程，創(chuàng)造了19項世界第一——包括世界上電壓等級最高、輸送容量最大、輸電距離最長的柔性直流工程，首個具備架空線路直流故障自清除能力的柔性直流輸電工程等，技術難度、工程復雜性均為當前輸變電領域之最。
南方電網公司加強科技攻關，高質量建成工程并掌握全套核心技術、形成知識產權體系。同時，積極帶動國內輸變電設備研發(fā)和制造升級換代，破解產業(yè)發(fā)展“卡脖子”問題，為我國搶占世界特高壓多端直流、柔性直流輸電技術制高點作出貢獻，持續(xù)擦亮了“特高壓”國家名片。
最為關鍵的核心設備經受住考驗
“就像一輛新車，剛落地就開足馬力連續(xù)不停跑了76天，這對設備性能的要求是非常高的。”工程柔直換流閥攻關組組長、南方電網超高壓公司基建部總經理任成林介紹，工程于7月31日第一階段投產后就連續(xù)滿負荷送電76天，刷新國內新建直流工程紀錄，柔直換流閥、柔直變壓器、橋臂電抗器等首臺(套)設備成功經受了考驗。“這進一步堅定了我們繼續(xù)攻堅三端投產的信心和決心?！?/p>
信心源自于科技創(chuàng)新的實力。要同時在特高壓、多端、柔性直流等3個世界電網技術發(fā)展最尖端、最前沿領域取得工程實踐的成功，科技攻關必不可少。為此，南方電網公司組建了柔直換流閥、直流控制保護系統(tǒng)、柔直變壓器及電抗器、直流開關與穿墻套管等4支攻關團隊，推進并確定工程整體技術方案和關鍵技術路線。
其中，柔性直流的“心臟”——柔直換流閥是最為關鍵的核心設備，承擔著將特高壓、遠距離、大容量清潔水電轉換為日常使用交流電的重任。“為了讓這顆強大的‘心臟’跳動起來，我們組織南網科研院和設備廠家，圍繞柔直閥功率模塊高可靠性旁路技術、特高壓柔直閥閥控技術、混合拓撲結構設計、國產功率器件應用等8個攻關方向開展攻關?！比纬闪终f。
從概念到具體方案，再從研究設計到實施，歷經50多次專題技術交流會，30余次現(xiàn)場試驗見證，8次攻關組大會，攻關團隊攻克一個又一個技術堡壘，解決了特高壓柔直換流閥參數(shù)確定、設計、生產、試驗等40余項關鍵問題。特別是成功做到了不因單一模塊故障影響系統(tǒng)穩(wěn)定運行，大幅提升了系統(tǒng)可靠性。目前，柔直換流閥關鍵性能指標領先國內同行一代，該方案也將被國外同行所借鑒。
實現(xiàn)從0到1的跨越
如果說柔直換流閥是工程的“心臟”，那么特高壓多端混合直流工程控制保護系統(tǒng)就是工程的“大腦”和“神經網絡”。它功能多、系統(tǒng)復雜，性能要求高，對設備啟停、功率升降、站間協(xié)調、執(zhí)行保護等均起到關鍵作用。
柔性直流與常規(guī)直流的技術特性、控制方式各不相同，工程把這兩項技術疊加在一起，這在世界上沒有任何先例可循。為此，攻關團隊發(fā)揮各方技術優(yōu)勢開展聯(lián)合集中攻關，給出了一套完整的技術方案，并在實際工程中應用，解決了系統(tǒng)制造、試驗過程中遇到的47項重大技術問題，實現(xiàn)了特高壓多端混合直流工程技術從0到1的跨越。
針對工程多端運行的特點，在控制保護策略設計之初，團隊就提出了優(yōu)化工程運行方式的解決思路，借鑒公司多個直流工程的優(yōu)化方案，與相關單位反復討論，并完成了上千項試驗驗證，歷時一年將幾百種運行方式簡化為108種常用運行方式，大大降低了現(xiàn)場的運行難度。
更難的是解決柔性直流工程架空線路故障自清除問題?！凹芸站€路跨越上千公里，沿途遭遇雷擊、山火等自然災害極為常見，發(fā)生故障的概率較大?！惫リP團隊成員、南網科研院黃偉煌博士介紹，經過多次仿真研究和樣機試驗，工程采用直流故障電流主動控制技術，配合“全橋+半橋”的混合拓撲結構，造價更低、損耗更小，運行可靠性更高。一旦千里之外的架空線路發(fā)生故障，控制保護系統(tǒng)能在百毫秒內實現(xiàn)自動清除——這以前教科書上都認為難以突破的技術，已在工程中變?yōu)楝F(xiàn)實。
推動關鍵設備國產化
在高質量建成工程的基礎上，南方電網公司還牽頭解決“卡脖子”問題，推動柔直關鍵設備和器件國產化，提升我國特高壓產業(yè)鏈的競爭力，為加快構建以國內大循環(huán)為主體、國內國際雙循環(huán)相互促進的新發(fā)展格局貢獻力量。
其中，IGBT器件是柔性直流換流閥功率模塊的核心器件，被稱為柔性直流中的“CPU”。高電壓等級的IGBT器件在產品設計、芯片制造、封裝測試和產品穩(wěn)定性方面難度大，目前主要被國外少數(shù)廠家壟斷，價格高昂，供貨周期長，是特高壓柔性直流工程“卡脖子”關鍵器件。
南方電網公司高度重視國產化IGBT器件的研發(fā)應用，組織國內多家柔直閥供應商、器件廠家，開展多項器件性能測試和試驗，推進國產IGBT器件設計及制造工藝改進。經過一年半的艱苦努力，解決了一系列關鍵技術問題。目前，國產IGBT器件已在龍門換流站、柳北換流站投入使用，設備運行正常，為國產IGBT器件逐步替代進口器件打下了堅實基礎。在南方電網公司正在建設的中南通道柔直背靠背工程中，該器件的使用率將達到50%，使用數(shù)量等于所有國外品牌IGBT器件的總和。
特高壓柔性直流穿墻套管，則是另一項“卡脖子”的關鍵核心設備。
“別小看這支穿墻套管，它是連接直流工程換流站閥廳內外部的唯一電力貫通設備，技術復雜、可靠性要求高?！惫こ添椖坎扛笨偨浝砗挲堈f：“穿墻套管制造技術長期被國外廠家壟斷，不僅技術上受到嚴格封鎖，而且技術支持滯后，采購成本居高不下，一直是我國高壓直流技術的一個‘痛點’”。
南方電網公司決心破解痛點，牽頭成立國產化項目組，聯(lián)合國內套管廠家和相關科研院所協(xié)同攻關、深入調研，提出了±800千伏柔性直流穿墻套管自主化關鍵技術研究的內容，優(yōu)化了絕緣、載流、機械結構，突破柔性直流穿墻套管設計制造的關鍵技術。明年初，通過全套型式試驗和產品鑒定后的特高壓柔性直流穿墻套管將在柳北換流站掛網運行，國產替代邁出重要一步。
“作為世界上首個特高壓多端柔性直流工程，工程投產標志著我國直流輸電工程技術發(fā)展史上的一個重要里程碑?！蹦戏诫娋W公司首席技術專家饒宏表示，這是中國科研人員勇于創(chuàng)新、勇于實踐的結果，他們在直流輸電技術領域的“無人區(qū)”奮力鏖戰(zhàn)，把不可能變成可能。
“工程投產實現(xiàn)了柔性直流技術的跨越式發(fā)展，引領世界特高壓技術邁進柔性直流新時代?！惫リP團隊負責人、南方電網公司基建部副總經理蔡希鵬分析，我國明確要在2030年前碳達峰、2060年前碳中和，非化石能源發(fā)展迎來重大利好。“依托這項技術，未來我們可以把雅江等邊陲地區(qū)龐大的清潔能源遠距離輸送到負荷中心地區(qū)。另一方面，還能解決大規(guī)模開發(fā)海上風電面臨的送出難題，甚至催生‘海上電網’等世界電網發(fā)展新業(yè)態(tài)，助力南方電網公司建成世界上最綠色高效的現(xiàn)代化大電網，為貫徹落實‘四個革命、一個合作’能源安全新戰(zhàn)略作出更大貢獻。”
南網傳媒全媒體記者 陳細英 通訊員 王淳 辛鎮(zhèn)瀚 周慧
十九項世界第一
1 世界上第一個±800千伏特高壓柔性直流輸電工程
2 世界上容量最大的柔性直流輸電工程(800萬千瓦)
3 世界上容量最大的多端直流輸電工程(換流容量1600萬千瓦)
4 世界上單站容量最大的柔性直流輸電工程(500萬千瓦)，具備世界上最大的電網黑啟動能力
5 世界上輸電距離最長的柔性直流輸電工程(1452公里)
6 世界上第一個采用柔性直流換流站與常規(guī)直流換流站混合運行模式的多端直流輸電工程
7 世界上第一個采用全橋+半橋混合拓撲結構的柔性直流工程(全橋比例70%，半橋比例30%)
8 世界上第一個高端閥組、低端閥組串聯(lián)的特高壓柔性直流輸電工程，并首次實現(xiàn)特高壓混合直流系統(tǒng)單閥組、單站在線投退
9 世界上第一個具備架空線路直流故障自清除能力的柔性直流輸電工程
10 世界上第一個具有自適應諧振抑制功能的柔性直流輸電工程
11 世界上首次實現(xiàn)柔直換流閥單一功率模塊所有嚴重故障下均能自動安全隔離并長期可靠運行，模塊抗浪涌電流能力達1000千安級
12 世界上第一套800千伏特高壓柔直換流閥，單極功率模塊數(shù)量最多(2592個)，數(shù)據(jù)處理量最大(FPGA芯片實時處理電氣量達數(shù)百萬個)
13 世界上第一套特高壓混合多端直流輸電控制保護系統(tǒng)，實現(xiàn)了常規(guī)直流送端和2個柔性直流受端的協(xié)調控制
14 世界上第一臺800千伏柔性直流連接變壓器
15 世界上第一臺800千伏橋臂電抗器
16 世界上第一支800千伏柔性直流穿墻套管
17 世界上首次應用800千伏純光學式高速電流測量裝置(采樣頻率100千赫茲)
18 世界上首次實現(xiàn)受端交流故障時，多端混合直流的無閉鎖全穿越
19 世界上跨度最大的柔性直流換流閥閥廳(長89米×寬86.5米×高43.75米)
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