南方电网承建的我国特高压直流阀厅首个网架整体提升成功

南方电网建成世界首个三端混合直流创新平台

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2019年7月10日

日前,中国西电集团所属西电电力系统公司承接建设的南方电网科学研究院特高压多端混合直流换流阀装备试验研究平台——±10.5kV/66MW混合三端直流系统三端调试解锁成功。该试验研究平台的成功解锁,标志着LCC与VSC混合直流理论世界上首次在实际系统中得到验证。

近日,特变电工新疆新能源股份有限公司(以下简称:特变电工新能源公司)成功中标中国南方电网公司乌东德电站送电广东广西特高压多端直流示范工程(简称:昆柳龙直流工程)直流主设备。这是特变电工新能源公司研制成功世界首个特高压柔性直流换流阀后,首次实现产业化落地,将有助于改变我国能源输送的格局。

9月26日,南方电网超高压公司负责建设的昆柳龙直流工程广东受端龙门换流站极2低端阀厅钢结构网架整体提升完成,标志昆柳龙直流工程8个柔直阀厅网架吊装工作的开始,这也是我国电力建设史上总面积最大的屋面网架结构提升工作的开始。

“特高压多端混合直流换流阀装备试验研究平台正式三端解锁成功!”6月29日,随着工作站显示屏上6个电气符号全部变成红色,世界首个三端混合直流创新平台正式建成,最大容量为66兆瓦功率水平,可以真实模拟、分析昆柳龙直流工程主要设备实际运行情况,确保关键直流主设备设计达到预期各项功能及性能要求,提升系统可靠性和稳定性。

“混合直流输电技术被验证切实可行。”7月18日,南方电网特高压三端混合直流创新平台通过直流故障清除与再重启试验,验证了混合直流输电技术在实际电网运行的可行性。这标志着南方电网公司攻克了混合直流系统成套设计等多项技术难题,混合直流技术构想首次实现了从理论到实践的重大跨越,能够实现直流输电系统最基本的功能,又能满足电网高标准的可靠性和动态性能要求,即使高压输电线路出现瞬间短时故障,系统不用停运,换流阀等主要设备可以实现故障清除,电网运行系统仍然可以正常运行。这是一项引领型的工程技术,是世界直流输电技术领域的突破性成果。

2017年5月,特变电工新能源公司与中国南方电网合作开发,研制成功了世界首个±800kV/5000MW特高压柔性直流输电换流阀,首次将柔性直流输电技术由超高压提升至特高压电压等级,提出了无闭锁架空柔性直流输电技术,开创了基于架空线的特高压柔性直流输电工程应用新局面。

据了解,昆柳龙直流工程是南方电网公司深入学习贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,建设美丽中国,促进能源结构向清洁低碳方向转变,打好污染防治攻坚战,服务粤港澳大湾区建设的重大基础建设项目;也是国家《能源发展“十三五”规划》及《电力发展“十三五”规划》的落实西电东送战略、加快消纳云南水电的跨省区输电重点工程。

据介绍,该创新平台由南方电网公司建设完成,平台的建成进一步提升了南方电网核心竞争力,抢占直流输电技术的制高点,带动多端直流、特高压柔直等多项关键技术和标准从中国走向世界。

混合直流技术由南方电网公司首次提出,在送电端采用传统直流技术,在受电端采用柔性直流技术。“柔性”是相对于传统直流输电技术而言,可依据电网需要灵活快速改变电能输送的大小和方向。混合直流技术不是简单地将这两种技术进行叠加,而是通过技术手段将这两种特性完全不同的直流输电技术充分融合成为一个有机整体,在发挥各自技术优势的同时尽量避免技术短板。“如果将电网系统比喻成河流,我们就拥有了半秒钟内迅速处理堵塞恢复河道畅通的能力,能确保电网系统运行的安全稳定。”南网科研院直流所研究员周月宾表示。

特变电工新能源公司柔性直流换流阀阀塔

昆柳龙直流工程设计输送容量800万千瓦,线路全长约1452公里,途径云南、贵州、广西、广东四省区。作为世界首个±800千伏特高压大容量多端混合直流输电工程,建成后将创造多项电网世界第一。工程广东、广西受端分别为龙门换流站、柳北换流站,均采用柔性直流输电技术。

“正在建设的昆柳龙直流工程是世界首个特高压混合多端直流输电工程,也是世界上首次实现特高压柔性直流输电工程应用,具有突出的创新示范作用,同时也充满了技术挑战。该创新平台能够更加真实地模拟验证工程主要设备运行情况,是验证特高压柔直换流阀功能性能的重要手段,有利于提前暴露、解决各项技术问题,能满足对昆柳龙工程技术方案较为全面的检验和验证,对高质量开展工程建设具有重要意义。”南方电网首席技术专家饶宏表示。

据介绍,三端混合直流创新平台是南方电网公司建成的世界首个三端混合直流创新平台,为±10.5千伏混合三端直流系统,最大容量为66兆瓦,送端为常规换流阀,两个受端为柔直换流阀。该试验系统设计攻克了LCC-VSC混合直流系统成套设计、系统直流侧故障自清除、不同参数柔性直流换流阀组件接入试验方法等多项技术难题,该试验系统设计为世界上首个特高压混合多端直流输电工程从功率模块级到站级完整物理试验验证和控制保护策略全链路测试与验证创造了试验条件。

什么是昆柳龙直流工程?据介绍,目前已经全面开建的国家重点示范工程项目——昆柳龙直流工程将具备四项世界之最:迄今为止世界上容量最大的特高压多端直流输电工程、世界上首个特高压多端混合直流工程、世界上首个特高压柔性直流换流站工程、世界上首个具备架空线路直流故障自清除能力的柔性直流输电工程。

作为特高压柔直换流站的核心功能区,阀厅内柔直换流阀的电气工艺布置十分复杂。为了保证工艺流程及电气净距,要求阀厅跨度达70-90米,单个面积为5200-8000平米,容积达到15-34万立方米的无立柱结构空间。

据介绍,该创新平台为±10.5千伏混合三端直流系统,送端为常规换流阀、两个受端为柔直换流阀,是南方电网公司为积极主动应对工程技术攻关过程中面临的技术问题搭建而成。该创新平台旨在实现技术工程应用前对关键技术和新研发的装备进行充分有力的验证,对复杂技术问题进行判断,验证核心主设备的技术指标,以确保关键直流主设备设计达到预期各项功能及性能要求,提升系统可靠性和稳定性。来源:南方电网报

南方电网公司正在建设中的昆柳龙直流工程是世界首个特高压混合多端直流输电工程。通过三端混合直流创新平台能够更加真实地模拟验证工程主要设备运行情况,有利于提前暴露、解决各项技术问题,满足对昆柳龙直流工程技术方案较为全面的检验和验证。南方电网公司高级技术专家李岩表示,未来海上风电柔性直流接入、大容量柔直背靠背等新建柔直工程都可以在该平台上得到充分验证,这对抢占直流输电技术的制高点,引领直流技术发展具有重大意义。

该工程西起云南昆北换流站,东至广西柳北换流站、广东龙门换流站,采用±800千伏三端混合直流输电技术,线路全长1489千米,输送容量800万千瓦,是国家特高压多端直流示范工程。工程计划于2020年投产送电,2021年全部建成投产,届时将增加云南水电800万千瓦的通道送电能力,年送电量超过320亿千瓦时。云南清洁水电可直接输送到广东、广西的负荷中心。

为此,公司组织技术骨干针对空间网架、管桁架等多种适用于大跨度工业建筑的结构形式,经过多轮次、多方案技术经济比较分析,决定在龙门和柳北站8个柔直阀厅屋盖结构设计中采用网架结构。网架结构与其他空间结构相比,具有用钢量最省、加工运输方便、抗震能力强、经济性能好等优点。昆柳龙直流工程8个柔直阀厅屋面网架总面积达5万2千平米,是电力工程建设史上总面积最大的网架屋盖结构;阀厅总容积近200万立方,是国内电网工程总容积最大的厂房系统。屋盖结构用钢量仅3800吨,综合单位面积用钢量为73公斤每平米,比管桁架节约约20%用钢量。

特变电工全力以赴为此国家重点示范工程,特变电工新能源公司组建了以国家千人计划专家为首,10年以上电力电子资深专家为骨干的技术团队,投入过亿元持续专注柔性直流输电领域的研发与产业化落地工作。针对柔性直流输电应用于高压、大容量、远距离、架空线的应用需求,提出了新一代无闭锁架空柔性直流输电技术,系统地解决了柔性直流输电应用于架空直流输电线路存在的行业共性难题,研制成功了业内首套架空柔性直流输电样机、常规直流-柔性直流混合直流输电样机、高低阀串联型柔直样机、IGBT双脉冲测试平台、功率模块测试平台、功率模块自老化平台、换流阀阀段运行与短路实验平台、±800kV柔直换流阀阀控系统工程样机、±10.5kV/60MW柔直换流阀原型样机等多个样机或装备研制平台并完成了系列实验,有力地支撑了昆柳龙直流工程的方案设计。

本次提升的是龙门站极2低端柔直阀厅的屋面网架,也是昆柳龙直流工程首个提升的阀厅网架,采用单跨设计,长、宽分别达到80.5m、68.5m。网架面积达到5514平方米,相当于13个标准篮球场的面积。提升高度为22.8米,相当于7层楼高。提升总重量达506吨,是世界最大客机A380重量的两倍左右。整个网架由3800个钢杆件和1050个球节点连接而成。

特变电工新能源公司也将利用好此次中标国家重点工程的机遇,依托该工程不断提升技术装备水平,带动大容量柔性直流关键设备的自主研发水平,巩固并提升特变电工在电力装备领域的国际领先地位,为变革能源输送格局,推动绿色发展、创新发展、区域协调发展作出更大贡献。

面对如此大跨度的阀厅网架,怎么安装到设计标高位置,是摆在电力建设者面前的一项重大挑战。“若采用分件高空散装,不但高空组装、焊接工作量大、现场机械设备很难满足吊装要求,而且所需高空组拼胎架难以搭设,存在很大的安全、质量风险,施工难度大。工期也不允许。”南方电网超高压输电公司乌东德项目部质量安全总监付诗禧介绍到。“后来,我们经过充分调研、反复开展技术论证,决定采取将网架在地面拼装完成后,利用“超大型构件液压同步提升技术”将其整体提升到位这么一种方案。这将大大降低安装施工难度与安装风险,大大提高安装效率与质量。”

在整个龙门站极2低端阀厅网架安装及提升施工过程中,南方电网超高压公司深入践行“人民电业为人民”的宗旨,科学谋划,紧密结合技术把关、安全管控、质量提升等三个方面开展现场工作,带领现场全体参建人员最终圆满完成了此次攻坚任务,

昆柳龙直流工程首个柔直大跨度阀厅网架结构整体提升的成功实施,不仅满足了昆柳龙直流工程的功能需求,也为后续特高压柔性直流阀厅的设计提供了宝贵的工程应用经验,对电网工程建设的高质量发展具有重要的示范意义。